Summary (English)
This scientific paper investigates the effects of proton irradiation on charge trapping in germanium cross-strip detectors for use in astrophysical studies.
The main objectives include characterizing spectral resolution, quantifying hole trap production due to proton damage, and developing calibration methods to mitigate degradation in detector performance.
The study first calibrated and characterized the COSI-balloon detector’s spectral resolution to understand intrinsic trapping effects.
It found that electron trapping due to impurities dominates over hole trapping in undamaged detectors.
The authors then performed two rounds of proton irradiation on the detector, measuring for the first time how charge traps are produced by this process.
They discovered a linear relationship between the product of hole trap density and cross-sectional area ([nσ]h) and the proton fluence (Fp), with a slope of 5.4 × 10−11 cm/p+.
Lastly, using their measurements of physical trapping parameters, they performed calibrations to correct for trapping effects and improve spectral resolution.
This research is crucial for missions like NASA’s Compton Spectrometer and Imager (COSI) Small Explorer (SMEX), which aims to study astrophysical sources in the 0.2–5 MeV energy range with unprecedented imaging, sensitivity, and polarization capabilities.
The main objectives include characterizing spectral resolution, quantifying hole trap production due to proton damage, and developing calibration methods to mitigate degradation in detector performance.
The study first calibrated and characterized the COSI-balloon detector’s spectral resolution to understand intrinsic trapping effects.
It found that electron trapping due to impurities dominates over hole trapping in undamaged detectors.
The authors then performed two rounds of proton irradiation on the detector, measuring for the first time how charge traps are produced by this process.
They discovered a linear relationship between the product of hole trap density and cross-sectional area ([nσ]h) and the proton fluence (Fp), with a slope of 5.4 × 10−11 cm/p+.
Lastly, using their measurements of physical trapping parameters, they performed calibrations to correct for trapping effects and improve spectral resolution.
This research is crucial for missions like NASA’s Compton Spectrometer and Imager (COSI) Small Explorer (SMEX), which aims to study astrophysical sources in the 0.2–5 MeV energy range with unprecedented imaging, sensitivity, and polarization capabilities.
요약 (Korean)
이 과학 논문은 천체 물리학 연구에 사용하기 위해 게르마늄 교차 스트립 탐지기의 전하 포획에 대한 양성자 조사의 효과를 조사합니다.
주요 목표에는 스펙트럼 해상도 특성화, 양성자 손상으로 인한 구멍 트랩 생산량을 정량화하고 검출기 성능의 분해를 완화하기위한 교정 방법 개발이 포함됩니다.
이 연구는 먼저 본질적인 트래핑 효과를 이해하기 위해 COSI- 볼로 룬 검출기의 스펙트럼 분해능을 보정하고 특성화했습니다.
불순물로 인한 전자 트래핑은 손상되지 않은 탐지기에서 구멍 트래핑 위에 지배적이라는 것을 발견했다.
그런 다음 저자는 검출기에 대해 2 라운드의 양성자 조사를 수행 하여이 과정에서 충전 트랩을 어떻게 생성하는지 처음으로 측정했습니다.
그들은 구멍 트랩 밀도와 단면적 ([nσ] h)와 5.4 × 10-11 cm/p+의 경사면으로 양성자 fluence (FP) 사이의 선형 관계를 발견했습니다.
마지막으로, 물리적 트래핑 매개 변수의 측정을 사용하여 교정을 수행하여 트래핑 효과를 수정하고 스펙트럼 해상도를 향상 시켰습니다.
이 연구는 NASA의 Compton 분광계 및 이미지 (COSI) Small Explorer (SMEX)와 같은 임무에 중요합니다.
이는 전례없는 이미징, 민감도 및 편광 기능으로 0.2-5 MEV 에너지 범위에서 천체 물리학 소스를 연구하는 것을 목표로합니다.
주요 목표에는 스펙트럼 해상도 특성화, 양성자 손상으로 인한 구멍 트랩 생산량을 정량화하고 검출기 성능의 분해를 완화하기위한 교정 방법 개발이 포함됩니다.
이 연구는 먼저 본질적인 트래핑 효과를 이해하기 위해 COSI- 볼로 룬 검출기의 스펙트럼 분해능을 보정하고 특성화했습니다.
불순물로 인한 전자 트래핑은 손상되지 않은 탐지기에서 구멍 트래핑 위에 지배적이라는 것을 발견했다.
그런 다음 저자는 검출기에 대해 2 라운드의 양성자 조사를 수행 하여이 과정에서 충전 트랩을 어떻게 생성하는지 처음으로 측정했습니다.
그들은 구멍 트랩 밀도와 단면적 ([nσ] h)와 5.4 × 10-11 cm/p+의 경사면으로 양성자 fluence (FP) 사이의 선형 관계를 발견했습니다.
마지막으로, 물리적 트래핑 매개 변수의 측정을 사용하여 교정을 수행하여 트래핑 효과를 수정하고 스펙트럼 해상도를 향상 시켰습니다.
이 연구는 NASA의 Compton 분광계 및 이미지 (COSI) Small Explorer (SMEX)와 같은 임무에 중요합니다.
이는 전례없는 이미징, 민감도 및 편광 기능으로 0.2-5 MEV 에너지 범위에서 천체 물리학 소스를 연구하는 것을 목표로합니다.
기술적 용어 설명 (Technical Terms)
추출된 기술 용어가 없습니다.
Excerpt (English Original)
Characterizing hole trap production due to proton irradiation in germanium cross-strip detectors Sean N.
Pike 1*, Steven E.
Boggs 1,2, Gabriel Brewster 1, Sophia E.
Haight 1, Jarred M.
Roberts 1, Albert Y.
Shih 3, Joanna Szornel 4, John A.
Tomsick 2, Andreas Zoglauer 2 1Department of Astronomy & Astrophysics, University of California, San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, 92093, CA, USA.2024 2Space Sciences Laboratory, University of California, Berkeley, 7 Gauss Way, Berkeley, 94720, CA, USA.
3NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, 20771, MD, USA.Dec 4Nuclear Science Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, 12 Berkeley, 94720, CA, USA.
*Corresponding author(s).
E-mail(s): snpike@ucsd.edu; Abstract We present an investigation into the effects of high-energy proton damage on charge trapping in germanium cross-strip detectors, with the goal of accom- plishing three important measurements.
First, we calibrated and characterized the spectral resolution of a spare COSI-balloon detector in order to determine the effects of intrinsic trapping, finding that electron trapping due to impurities dominates over hole trapping in the undamaged detector.
Second, we performed[physics.ins-det] two rounds of proton irradiation of the detector in order to quantify, for the first time, the rate at which charge traps are produced by proton irradiation.
We find that the product of the hole trap density and cross-sectional area, [nσ]h follows a linear relationship with the proton fluence, Fp, with a slope of (5.4 ± 0.4) × 10−11 cm/p+.
Third, by utilizing our measurements of physical trapping parameters, we performed calibrations which corrected for the effects of trapping and mitigated degradation to the spectral resolution of the detector.
Keywords: Germanium semiconductor detectors, charge trapping, gamma-ray spectroscopy, radiation damage 1arXiv:2412.08836v1 1 Introduction The soft gamma-ray band remains an understudied regime in astronomy due to the difficulty of achieving high sensitivity in the “MeV gap” between about 100 keV and 100…
Pike 1*, Steven E.
Boggs 1,2, Gabriel Brewster 1, Sophia E.
Haight 1, Jarred M.
Roberts 1, Albert Y.
Shih 3, Joanna Szornel 4, John A.
Tomsick 2, Andreas Zoglauer 2 1Department of Astronomy & Astrophysics, University of California, San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, 92093, CA, USA.2024 2Space Sciences Laboratory, University of California, Berkeley, 7 Gauss Way, Berkeley, 94720, CA, USA.
3NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, 20771, MD, USA.Dec 4Nuclear Science Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, 12 Berkeley, 94720, CA, USA.
*Corresponding author(s).
E-mail(s): snpike@ucsd.edu; Abstract We present an investigation into the effects of high-energy proton damage on charge trapping in germanium cross-strip detectors, with the goal of accom- plishing three important measurements.
First, we calibrated and characterized the spectral resolution of a spare COSI-balloon detector in order to determine the effects of intrinsic trapping, finding that electron trapping due to impurities dominates over hole trapping in the undamaged detector.
Second, we performed[physics.ins-det] two rounds of proton irradiation of the detector in order to quantify, for the first time, the rate at which charge traps are produced by proton irradiation.
We find that the product of the hole trap density and cross-sectional area, [nσ]h follows a linear relationship with the proton fluence, Fp, with a slope of (5.4 ± 0.4) × 10−11 cm/p+.
Third, by utilizing our measurements of physical trapping parameters, we performed calibrations which corrected for the effects of trapping and mitigated degradation to the spectral resolution of the detector.
Keywords: Germanium semiconductor detectors, charge trapping, gamma-ray spectroscopy, radiation damage 1arXiv:2412.08836v1 1 Introduction The soft gamma-ray band remains an understudied regime in astronomy due to the difficulty of achieving high sensitivity in the “MeV gap” between about 100 keV and 100…
발췌문 (Korean Translation)
게르마늄 크로스 스트립 탐지기의 양성자 조사로 인한 구멍 트랩 생산 특성 Sean N.
Pike 1*, Steven E.
Boggs 1,2, Gabriel Brewster 1, Sophia E.
Haight 1, Jarred M.
Roberts 1, Albert Y.
Shih 3, Joanna Szornel 4, John A.
Tomsick 2, Andreas Zoglauer 2 1department of Grostomy 및 Storly의 지구조 및 지구조.
Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, 92093, CA, 미국.
2024 2space Sciences Laboratory, California University, Berkeley, 7 Gauss Way, Berkeley, 94720, CA, 미국.
3NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, 20771, MD, USA.DEC 4Nuclear Science Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, 12 Berkeley, 94720, CA, USA.
*해당 저자.
이메일 : snpike@ucsd.edu; 초록 우리는 세 가지 중요한 측정을 수행하기 위해 게르마늄 크로스 스트립 탐지기의 전하 포획에 대한 고 에너지 양성자 손상의 영향에 대한 조사를 제시합니다.
먼저, 본 발명자들은 고유 트래핑의 효과를 결정하기 위해 여분의 COSI- 볼로 룬 검출기의 스펙트럼 분해능을 보정하고 특성화하여, 불순물로 인한 전자 트래핑이 손상되지 않은 탐지기에서 구멍 포획보다 우세하다는 것을 발견했다.
둘째, 우리는 처음으로, 전하 트랩이 양성자 조사에 의해 생성되는 속도를 정량화하기 위해 검출기의 두 라운드의 양성자 조사를 수행했다.
우리는 구멍 트랩 밀도 및 단면적 인 [nσ] h의 생성물이 (5.4 ± 0.4) × 10-11 cm/p+의 경사와 함께 양성자 fluence fp와의 선형 관계를 따른다는 것을 발견했다.
셋째, 물리적 트래핑 매개 변수의 측정을 활용하여 검출기의 스펙트럼 분해능에 대한 트래핑 및 완화 된 저하의 영향에 대해 보정 된 교정을 수행했습니다.
키워드 : 게르마늄 반도체 감지기, 충전 트래핑, 감마선 분광학, 방사선 손상 1ARXIV : 2412.08836V1 1 소프트 감마-레이 밴드는 약 100 KEV와 100 사이의“MEV 갭”에서 높은 감수성을 달성하기가 어려워서 천문학에서 남아있는 정권으로 남아 있습니다.
Pike 1*, Steven E.
Boggs 1,2, Gabriel Brewster 1, Sophia E.
Haight 1, Jarred M.
Roberts 1, Albert Y.
Shih 3, Joanna Szornel 4, John A.
Tomsick 2, Andreas Zoglauer 2 1department of Grostomy 및 Storly의 지구조 및 지구조.
Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, 92093, CA, 미국.
2024 2space Sciences Laboratory, California University, Berkeley, 7 Gauss Way, Berkeley, 94720, CA, 미국.
3NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, 20771, MD, USA.DEC 4Nuclear Science Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, 12 Berkeley, 94720, CA, USA.
*해당 저자.
이메일 : snpike@ucsd.edu; 초록 우리는 세 가지 중요한 측정을 수행하기 위해 게르마늄 크로스 스트립 탐지기의 전하 포획에 대한 고 에너지 양성자 손상의 영향에 대한 조사를 제시합니다.
먼저, 본 발명자들은 고유 트래핑의 효과를 결정하기 위해 여분의 COSI- 볼로 룬 검출기의 스펙트럼 분해능을 보정하고 특성화하여, 불순물로 인한 전자 트래핑이 손상되지 않은 탐지기에서 구멍 포획보다 우세하다는 것을 발견했다.
둘째, 우리는 처음으로, 전하 트랩이 양성자 조사에 의해 생성되는 속도를 정량화하기 위해 검출기의 두 라운드의 양성자 조사를 수행했다.
우리는 구멍 트랩 밀도 및 단면적 인 [nσ] h의 생성물이 (5.4 ± 0.4) × 10-11 cm/p+의 경사와 함께 양성자 fluence fp와의 선형 관계를 따른다는 것을 발견했다.
셋째, 물리적 트래핑 매개 변수의 측정을 활용하여 검출기의 스펙트럼 분해능에 대한 트래핑 및 완화 된 저하의 영향에 대해 보정 된 교정을 수행했습니다.
키워드 : 게르마늄 반도체 감지기, 충전 트래핑, 감마선 분광학, 방사선 손상 1ARXIV : 2412.08836V1 1 소프트 감마-레이 밴드는 약 100 KEV와 100 사이의“MEV 갭”에서 높은 감수성을 달성하기가 어려워서 천문학에서 남아있는 정권으로 남아 있습니다.
출처: arXiv
답글 남기기