Irradiación de protones y restauración térmica de SiPMs para misiones en LEO
Autores: Luszczak, Alexis; Finazzi, Lucas; Gagliardi, Leandro; Moreno, Milagros; Ibarra, Maria L.; Golmar, Federico; Sanca, Gabriel A.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Irradiación de protones y restauración térmica de SiPMs para misiones en LEO
Categoría
Gestión y administración
Subcategoría
Gestión del conocimiento
Palabras clave
Fotomultiplicadores de silicio
Daño por radiación
Recocido térmico
Corriente oscura
Radiación ionizante
Aplicaciones espaciales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Los fotomultiplicadores de silicio (SiPM) son sensores ópticos ampliamente utilizados en aplicaciones espaciales debido a su alta eficiencia en la detección de fotones, bajo consumo de energía y robustez. Sin embargo, en la órbita terrestre baja (LEO), su rendimiento se degrada con el tiempo debido a la exposición prolongada a la radiación ionizante, principalmente de protones y electrones atrapados. El efecto dominante inducido por la radiación en los SiPM es un aumento en la corriente oscura, lo que puede comprometer la sensibilidad del detector. Este estudio investiga el potencial del recocido térmico como una estrategia de mitigación para el daño por radiación en los SiPM. Diseñamos y probamos calentadores integrados en PCB para calentar selectivamente los SiPM irradiados e inducir procesos de recuperación. Se desarrolló un sistema controlado por PID para estabilizar la temperatura a 100 grados C, y se implementó un sistema experimental controlado de forma remota para operar bajo condiciones de irradiación. Dos SiPM fueron irradiados simultáneamente con protones de 9 MeV en la instalación EDRA, alcanzando una fluencia acumulativa equivalente a neutrones de 1 MeV de (9.5 +/- 0.2) x 10 cm. Un sensor pasó por recocido térmico entre ciclos de irradiación, mientras que el otro sirvió como control. A lo largo del experimento, la corriente oscura fue monitoreada continuamente utilizando una unidad de medida de fuente, y se registraron curvas I-V antes y después de la irradiación. Se logró una recuperación de más del 39% después de solo 5 minutos de ciclado térmico a 100 grados C, apoyando este enfoque de recuperación como una estrategia de baja complejidad para mitigar el daño inducido por radiación en aplicaciones de SiPM basadas en el espacio y aumentar la vida útil del dispositivo en entornos adversos.
Descripción
Los fotomultiplicadores de silicio (SiPM) son sensores ópticos ampliamente utilizados en aplicaciones espaciales debido a su alta eficiencia en la detección de fotones, bajo consumo de energía y robustez. Sin embargo, en la órbita terrestre baja (LEO), su rendimiento se degrada con el tiempo debido a la exposición prolongada a la radiación ionizante, principalmente de protones y electrones atrapados. El efecto dominante inducido por la radiación en los SiPM es un aumento en la corriente oscura, lo que puede comprometer la sensibilidad del detector. Este estudio investiga el potencial del recocido térmico como una estrategia de mitigación para el daño por radiación en los SiPM. Diseñamos y probamos calentadores integrados en PCB para calentar selectivamente los SiPM irradiados e inducir procesos de recuperación. Se desarrolló un sistema controlado por PID para estabilizar la temperatura a 100 grados C, y se implementó un sistema experimental controlado de forma remota para operar bajo condiciones de irradiación. Dos SiPM fueron irradiados simultáneamente con protones de 9 MeV en la instalación EDRA, alcanzando una fluencia acumulativa equivalente a neutrones de 1 MeV de (9.5 +/- 0.2) x 10 cm. Un sensor pasó por recocido térmico entre ciclos de irradiación, mientras que el otro sirvió como control. A lo largo del experimento, la corriente oscura fue monitoreada continuamente utilizando una unidad de medida de fuente, y se registraron curvas I-V antes y después de la irradiación. Se logró una recuperación de más del 39% después de solo 5 minutos de ciclado térmico a 100 grados C, apoyando este enfoque de recuperación como una estrategia de baja complejidad para mitigar el daño inducido por radiación en aplicaciones de SiPM basadas en el espacio y aumentar la vida útil del dispositivo en entornos adversos.