моделювання збору світла у сцинтиляційних детекторах з кристалами вольфрамату кальцію для низькотемпературних експериментів

 

Р. В. Кобичев ^1,2, Ф. А. Даневич ¹, В. В. Кобичев ¹, Г. Краус ³, В. Б. Михайлик ³,

В. М. Мокіна ¹

 

¹ Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, Україна

² Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, Україна

³ Оксфордський університет, Оксфорд, Великобританія

 

Сцинтиляційні кристали вольфрамату кальцію (CaWO₄) є перспективним матеріалом для кріогенних експериментів з пошуку темної матерії завдяки високому світловому виходу при низьких температурах. Зокрема, цей матеріал планується використовувати у кріогенному експерименті EURECA, для якого принциповою вимогою є зниження порогу реєстрації детектора у сцинтиляційному каналі, що може бути досягнуто шляхом оптимізації умов збору сцинтиляційних фотонів. Світловий вихід важливий також для низькотемпературних експериментів з пошуку подвійного бета-розпаду за допомогою близьких за своїми оптичними характеристиками до CaWO₄ оксидних сцинтиляторів вольфрамату кадмію, молібдатів цинку, літію та кальцію, а також селеніду цинку. Метою нашої роботи було розробити методи моделювання залежності світлового виходу та енергетичної роздільної здатності від форми (циліндр, а також гексагональна, квадратна, трикутна призми) та стану поверхні (полірована чи шліфована) кристалу, а також від матеріалу та форми відбивача світла і порівняти розрахунки з експериментом [1]. Представлені перші результати моделювання збору світла у вказаних умовах методом Монте-Карло з використанням пакетів ZEMAX [2], GEANT4 [3] та Litrani [4].

 

[1] В. М. Мокіна та ін., Відгук сцинтиляційного детектора з кристалами вольфрамату кальцію різної форми (див. у цьому збірнику тез).

[2] http://www.radiantzemax.com/en/zemax

[3] S. Agostinelli et al., Geant4 - a simulation toolkit, Nucl. Instr. Meth. A 506 (2003) 250.

[4] http://gentitfx.fr/litrani/