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This document was prepared by the DUNE collaboration using the resources of the Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), a U.S. Department of Energy, Office of Science, HEP User Facility. Fermilab is managed by Fermi Research Alliance, LLC (FRA), acting under Contract No. DE-AC02-07CH11359. This work was supported by CNPq, FAPERJ, FAPEG and FAPESP, Brazil; CFI, IPP and NSERC, Canada; CERN; MSMT, Czech Republic; ERDF, H2020-EU and MSCA, European Union; CNRS/IN2P3 and CEA, France; INFN, Italy; FCT, Portugal; NRF, South Korea; CAM, Fundacion "La Caixa", Junta de Andalucia-FEDER, MICINN, and Xunta de Galicia, Spain; SERI and SNSF, Switzerland; TUBITAK, Turkey; The Royal Society and UKRI/STFC, United Kingdom; DOE and NSF, United States of America.

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Perez Gonzalez, Yuber FerneyAutor o Coautor

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Doping liquid argon with xenon in ProtoDUNE Single-Phase: effects on scintillation light

Publicado en:Journal Of Instrumentation. 19 (8): ad6432- - 2024-08-01 19(8), DOI: 10.1088/1748-0221/19/08/P08005

Autores: Abud, A.A.; ...; Fernández-Martínez, E.; González-López, M.; …; The DUNE collaboration

Afiliaciones

Resumen

Doping of liquid argon TPCs (LArTPCs) with a small concentration of xenon is a technique for light-shifting and facilitates the detection of the liquid argon scintillation light. In this paper, we present the results of the first doping test ever performed in a kiloton-scale LArTPC. From February to May 2020, we carried out this special run in the single-phase DUNE Far Detector prototype (ProtoDUNE-SP) at CERN, featuring 720 t of total liquid argon mass with 410 t of fiducial mass. A 5.4 ppm nitrogen contamination was present during the xenon doping campaign. The goal of the run was to measure the light and charge response of the detector to the addition of xenon, up to a concentration of 18.8 ppm. The main purpose was to test the possibility for reduction of non-uniformities in light collection, caused by deployment of photon detectors only within the anode planes. Light collection was analysed as a function of the xenon concentration, by using the pre-existing photon detection system (PDS) of ProtoDUNE-SP and an additional smaller set-up installed specifically for this run. In this paper we first summarize our current understanding of the argon-xenon energy transfer process and the impact of the presence of nitrogen in argon with and without xenon dopant. We then describe the key elements of ProtoDUNE-SP and the injection method deployed. Two dedicated photon detectors were able to collect the light produced by xenon and the total light. The ratio of these components was measured to be about 0.65 as 18.8 ppm of xenon were injected. We performed studies of the collection efficiency as a function of the distance between tracks and light detectors, demonstrating enhanced uniformity of response for the anode-mounted PDS. We also show that xenon doping can substantially recover light losses due to contamination of the liquid argon by nitrogen.

Palabras clave

ApdsCcdsCmos imagersDouble-phase)EbccdsEmccdsEtcG-apdsIonizationNeutrino detectorsNoble liquid detectors (scintillationNoble liquid detectors (scintillation, ionization, double-phase)Photon detectors for uvPhoton detectors for uv, visible and ir photons (solid-state) (pin diodes, apds, si-pmts, g-apds, ccds, ebccds, emccds, cmos imagers, etc)Si-pmtsVisible and ir photons (solid-state) (pin diodes

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Journal Of Instrumentation debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia Scopus (SJR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2024 aún no existen indicios calculados, pero en 2023, se encontraba en la posición , consiguiendo con ello situarse como revista Q2 (Segundo Cuartil), en la categoría Instrumentation. Destacable, igualmente, el hecho de que la Revista está posicionada en el Cuartil Q3 para la agencia WoS (JCR) en la categoría Instruments & Instrumentation.

Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2025-06-03:

  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 14 (PlumX).

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: Armenia; Brazil; Canada; Chile; China; Colombia; Czech Republic; Finland; France; Georgia; Germany; Greece; Hungary; India; Iran; Israel; Italy; Japan; Macao; Madagascar; Mexico; Netherlands; Oman; Paraguay; Peru; Poland; Portugal; Puerto Rico; Republic of Korea; Serbia; Switzerland; Turkey; Ukraine; United Kingdom; United States of America.