Direct comparison of PEN and TPB wavelength shifters in a liquid argon detector
Direct comparison of PEN and TPB wavelength shifters in a liquid argon detector
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液氩检测器中 PEN 和 TPB 波长转换器的直接比较
DOI：
10.1140/epjc/s10052-021-09870-7
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Horikawa, S.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Boulay, M. G.;Camillo, V.;Canci, N.;Choudhary, S.;Consiglio, L.;Flammini, A.;Galbiati, C.;Ghiano, C.;Gola, A.;Horikawa, S.
由于液态氩的高闪烁率和远距离漂移电离电荷的能力，大量的粒子探测器采用液态氩作为目标材料。氩的闪烁光在128 nm处达到峰值，需要波长移频器才能有效探测。在这项工作中，我们直接比较了两个相同的液体氩气室，其中一个配备了聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN），另一个配备了四苯基丁二烯（TPB）波长移位器。两个腔室都配备了增强镜面反射器，并配备了覆盖分数约为1%的sipm，这代表了与未来大型探测器相当的几何结构。我们测得PEN腔的产光率为TPB腔的39.40.4(stat)1.9(syst)%。通过蒙特卡罗模拟，得出PEN相对于TPB的移波长效率为47.25.7%。这一结果为使用易于获得的PEN箔作为波长移位器铺平了道路，这可以大大简化未来液态氩探测器的构建。
A large number of particle detectors employ liquid argon as their target material owing to its high scintillation yield and its ability to drift ionization charge over large distances. Scintillation light from argon is peaked at 128 nm and a wavelength shifter is required for its efficient detection. In this work, we directly compare the light yield achieved in two identical liquid argon chambers, one of which is equipped with polyethylene naphthalate (PEN) and the other with tetraphenyl butadiene (TPB) wavelength shifter. Both chambers are lined with enhanced specular reflectors and instrumented with SiPMs with a coverage fraction of approximately 1%, which represents a geometry comparable to the future large scale detectors. We measured the light yield of the PEN chamber to be 39.40.4(stat)1.9(syst)% of the yield of the TPB chamber. Using a Monte Carlo simulation this result is used to extract the wavelength shifting efficiency of PEN relative to TPB equal to 47.25.7%. This result paves the way for the use of easily available PEN foils as a wavelength shifter, which can substantially simplify the construction of future liquid argon detectors.
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