論文の概要: Radiation-Induced Dark Counts for Silicon Single-Photon Detectors in Space

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.09435v1
• Date: Wed, 17 Nov 2021 22:36:41 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-07 21:28:29.249177
• Title: Radiation-Induced Dark Counts for Silicon Single-Photon Detectors in Space
• Title（参考訳）: 宇宙におけるシリコン単光子検出器の放射線誘起暗黒数
• Authors: Brandon A. Wilson, Alexander Miloshevsky, David A. Hooper, and Nicholas A. Peters
• Abstract要約: イオン化放射線による検出器の材料格子の変位損傷は、検出器の永久的な暗カウントの増加をもたらす。 高高度の核爆発が発生した場合、爆発によって生成された人工放射線帯は、低軌道衛星のシリコン単光子検出器に過度に損傷を与える。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 55.41644538483948
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Single-photon detectors operating on satellites for use in a quantum communications network can incur large dark count rate increases from the natural radiation environment of space. Displacement damage to the material lattice of a detector from the ionizing radiation can result in a permanent dark count increase in the detector. In this work, we analyze the radiation-induced dark count rate of a silicon single-photon avalanche diode onboard a satellite at different orbiting altitudes, as well as, the additional radiation from a nuclear-disturbed environment caused by a high-altitude nuclear explosion. For detectors on low Earth orbit satellites, protons are the biggest source of radiation damage and are best mitigated by choosing an orbit that minimizes exposure when passing through the South Atlantic Anomaly and Polar Cusps. Detectors on medium Earth orbit and geostationary orbit satellites, if shielded by more than 10 mm of aluminum, provide the best platform in terms of the least amount of radiation damage to the detectors. In the event of a high-altitude nuclear explosion, the artificial radiation belts produced by the explosion will cause too much damage to silicon single-photon detectors on low Earth orbit satellites and render them unfit for quantum communications in less than a day. Higher orbit satellites will only suffer minor dark count rate increases from the artificial radiation belts.
• Abstract（参考訳）: 量子通信ネットワークで使用する衛星上の単一光子検出器は、宇宙の自然放射線環境から大きな暗黒数率の上昇を引き起こすことができる。 イオン化放射線による検出器の材料格子の変位損傷は、検出器の永久的な暗カウントの増加をもたらす。 本研究では、高高度の核爆発による核乱れ環境からの追加放射を衛星に搭載した単一光子アバランシェダイオードの放射による暗黒計数率を解析した。 低軌道衛星の検出器にとって、プロトンは最大の放射線損傷源であり、南大西洋の異常と極性カスプを通過する際の露光を最小にする軌道を選択することで最も軽減される。 中地球軌道と静止軌道上の検出器は、10mm以上のアルミニウムで遮蔽されている場合、検出器に対する放射線損傷の少ない点において最良のプラットフォームとなる。 高高度の核爆発が発生した場合、爆発によって生成された人工放射線ベルトは、低軌道衛星上のシリコン単一光子検出器に過大な損傷を与え、1日以内に量子通信に適さない。 高軌道衛星は、人工放射帯からのわずかな暗黒数の増加しか受けない。

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