[論文レビュー] Recent Advances in Diamond Detectors

W. Trischuk, collaboration, the RD42|ArXiv.org|Oct 20, 2008

Diamond and Carbon-based Materials Research参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、1.8 × 10^16 個/cm² のプロトン線量まで照射された多結晶および単結晶化学蒸着（CVD）ダイヤモンド検出器のビームテスト結果を提示しており、両タイプが同一の損傷曲線に従うことを示しており、将来のスーパーLHCで予想される極端な放射線条件下での性能の信頼性ある外挿が可能であることを示している。本研究は、今後の高出力衝突型加速器実験における放射線耐性センサーとしてのCVDダイヤモンドの有効性を裏付けている。

ABSTRACT

With the commissioning of the LHC expected in 2009, and the LHC upgrades expected in 2012, ATLAS and CMS are planning for detector upgrades for their innermost layers requiring radiation hard technologies. Chemical Vapor Deposition (CVD) diamond has been used extensively in beam conditions monitors as the innermost detectors in the highest radiation areas of BaBar, Belle and CDF and is now planned for all LHC experiments. This material is now being considered as an alternate sensor for use very close to the interaction region of the super LHC where the most extreme radiation conditions will exist. Recently the RD42 collaboration constructed, irradiated and tested polycrystalline and single-crystal chemical vapor deposition diamond sensors to the highest fluences available. We present beam test results of chemical vapor deposition diamond up to fluences of 1.8 x 10^16 protons/cm^2 showing that both polycrystalline and single-crystal chemical vapor deposition diamonds follow a single damage curve allowing one to extrapolate their performance as a function of dose.

研究の動機と目的

• スーパーLHCで想定される極端な線量条件下におけるCVDダイヤモンドセンサーの放射線耐性を評価すること。
• 高線量照射後の多結晶および単結晶CVDダイヤモンド検出器の性能を比較すること。
• 異なる放射線レベルにおいて、両ダイヤモンドタイプの応答を記述するための単一の損傷曲線が成立するかどうかを特定すること。
• 今後のLHC実験における内層検出器のレイヤーに使用するCVDダイヤモンドを放射線耐性センサーとして採用することを支援すること。
• 高放射線環境における検出器性能の外挿を実験的に検証すること。

提案手法

• プロトンビームを用いて、多結晶および単結晶CVDダイヤモンドセンサーを最大1.8 × 10^16 個/cm² の線量まで照射すること。
• 照射済みセンサーのビームテストを実施し、電荷収集効率および信号応答を測定すること。
• 両タイプのダイヤモンドに対して共通の損傷曲線モデルを用いて、性能劣化の相関を分析すること。
• 高線量レベルでの照射およびテストキャンペーンを実施したRD42共同研究のデータを分析すること。
• 照射前後における信号の振幅および電荷収集効率の比較を通じて、放射線損傷の程度を評価すること。
• 性能の外挿を可能にする統一損傷モデルを適用すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多結晶および単結晶CVDダイヤモンド検出器は、高線量条件下で類似した放射線誘発劣化を示すか？
• RQ2 一様な損傷曲線が、多結晶および単結晶CVDダイヤモンドセンサーの両方の性能を正確に記述できるか？
• RQ3 1.8 × 10^16 個/cm² を超える線量条件下でも、CVDダイヤモンドセンサーはどれほど機能を維持できるか？
• RQ4 極端な放射線レベル下で、放射線損傷はCVDダイヤモンド検出器の電荷収集効率にどのように影響を与えるか？
• RQ5 CVDダイヤモンドセンサーの性能は、スーパーLHCの最も放射線が強い領域で信頼性を持って外挿可能か？

主な発見

• 多結晶および単結晶CVDダイヤモンド検出器は、1.8 × 10^16 個/cm² の線量まで照射された場合、同一の放射線誘発劣化を示す。
• 両タイプのダイヤモンドからのデータは、同一の損傷曲線に一致しており、放射線損傷に対して普遍的な応答を示している。
• 測定された線量範囲全域で電荷収集効率が測定可能かつ予測可能であり、長期的な安定性を支持する。
• 統一損傷曲線により、実験で測定された線量を超えた性能の外挿が信頼性を持って可能である。
• CVDダイヤモンドは、今後のLHC検出器の内層に使用するに十分な放射線耐性を示している。
• 本結果により、高出力衝突型加速器環境における放射線耐性センサーとしてのCVDダイヤモンドの有効性が実証された。