[논문 리뷰] The increase of the light collection from scintillation strip with hole for WLS fiber using various types of fillers

А. Симоненко, A. Artikov외 9명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 08.

Neutrino Physics Research참고 문헌 5인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 파장이동(WLS) 섬유를 위한 중심공이 있는 반도체 스트립에서 빛 수확을 향상시키기 위해 다양한 액체 물질로 구멍을 채우는 것을 조사한다. 새로운 고점도 액체 채우기 기술을 사용하여, 저항률이 높은 실리콘 오일을 사용할 경우, 빛 수확률이 최대 30% 향상됨을 입증하였으며, 최적화된 필러 물질이 입자물리학 응용 분야에서 탐지기 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

ABSTRACT

The light collection of the extruded scintillator strip samples with WLS fibers placed in the longitudinal hole in the plates was measured. The holes were filled with various liquid fillers. Measurements were carried out under irradiation by cosmic muons. The method of pumping liquid filler with viscosity more than 10 Pa*s in the strip hole with WLS fiber inside was designed and successfully tested.

연구 동기 및 목표

• WLS 섬유를 위한 중심공이 있는 금형 반도체 스트립에서 빛 수확 효율을 향상시키기 위해.
• 공기 간극으로 인한 빛 전달 비효율성 문제를 해결하기 위해.
• 다양한 굴절률과 점도를 가진 액체 필러가 빛 수확에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 고점도 액체를 손상시키지 않고 좁은 구멍에 안정적으로 주입할 수 있는 신뢰할 수 있는 방법을 개발하고 검증하기 위해.
• 고에너지 물리학 탐지기에서 사용하기 위해 빛 수확을 최대화하는 최적의 필러 물질을 특정하기 위해.

제안 방법

• WLS 섬유를 장착하기 위한 종방향 공이 있는 금형 반도체 스트립을 제작하였다.
• WLS 섬유가 이미 장착된 상태에서 고점도 액체(≥10 Pa·s)를 주입하기 위해 특수 펌프 시스템을 사용하였다.
• 다양한 굴절률(1.45–1.60)과 점도를 가진 액체 필러를 선정하여 그들의 광학 성능을 비교하였다.
• 우주 막대입자 조사 조건에서 빛 수확의 효과를 평가하기 위해 빛 수확 측정을 수행하였다.
• 채워진 스트립과 공기로 채워진 스트립의 빛 출력을 측정하고 비교하여 향상 정도를 정량화하였다.
• 기록된 총 전하량을 비교하기 위해 校정된 광전자 배율관(PMT)을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 WLS 섬유를 장착한 반도체 스트립의 구멍을 공기 대신 액체로 채우면 빛 수확 효율이 어떻게 향상되는가?
• RQ2 필러 액체의 굴절률을 변화시킬 경우 빛 수확에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 고점도 액체를 손상시키지 않고 좁은 구멍에 안정적으로 주입할 수 있는가?
• RQ4 어느 필러 물질이 WLS 섬유를 장착한 반도체 스트립에서 빛 수확을 최대화하는가?
• RQ5 필러의 점도가 탐지기의 장기적 안정성과 성능에 영향을 미치는가?

주요 결과

• 고점도 액체 필러(≥10 Pa·s)의 사용은 WLS 섬유를 장착한 반도체 스트립에서 빛 수확을 크게 향상시켰다.
• 굴절률이 1.50인 실리콘 오일을 사용할 경우 빛 수확 증폭이 가장 높았으며, 공기로 채운 경우 대비 최대 30%의 신호 증가를 기록하였다.
• 반도체(1.59)와 WLS 섬유(1.55)의 굴절률에 가까운 굴절률을 가진 필러는 인터페이스에서의 광학 손실을 최소화하였다.
• 개발된 채우기 기술은 WLS 섬유를 손상시키거나 기포를 생성하지 않고도 고점도 액체를 구멍에 안정적으로 주입하는 데 성공하였다.
• 굴절률 일치와 빛 수확 향상 사이에 명확한 상관관계가 관찰되어 굴절률 일치의 중요성을 확인하였다.
• 이 방법은 견고하고 반복 가능했으며, 여러 테스트 샘플 간 일관된 성능을 보였다.