The effect of radiation damage on the light yield and uniformity of candidate plastic scintillator tiles for the CMS hadron calorimeter upgrade
Authors: Gevorgyan A. , Petrosyan A. , Tumasyan A. , Van De Klundert M. , Van Haevermaet H. , Van Mechelen P. , Van Spilbeeck A. , Alves G.A. , Hensel C. , Aldá Júnior W.L. , Carvalho W. , Chinellato J. , De Olivera Martins C. , Matos Figueiredo D. , Mora Herrera C. , Nogima H. , Prado Da Silva W.L. , Tonelli Manganote E.J. , Vilela Pereira A. , Finger M. , Finger M. , Adamov G. , Lomidze I. , Toriashvili T. , Tsamalaidze Z. , Borras K. , Campbell A. , Engelke F. , Krücker D. , Martens I. , Wiens L. , Csanád M. , Lökös S. , Feherkuti A. , Pásztor G. , Surányi O. , Veres G.I. , Hegde V. , Kothekaar K. , Pandey S. , Sharma S. , Beri S.B. , Bhawandeep B. , Chawla R. , Kalsi A. , Kaur A. , Kaur M. , Walia G. , Bhattacharya S. , Ghosh S. , Nandan S. , Purohit A. , Sharan M. , Banerjee S. , Bhattacharya S. , Chatterjee S. , Das P. , Guchait M. , Jain S. , Kumar S. , Maity M. , Majumder G. , Mazumdar K. , Patil M. , Sarkar T. , Sekmen S. , Juodagalvis A. , Agyel D. , Boran F. , Damarseckin S. , Demiroglu Z.S. , Dolek F. , Dumanoglu I. , Eskut E. , Gokbulut G. , Guler Y. , Gurpinar Guler E. , Isik C. , Kangal E.E. , Kara O. , Kayis Topaksu A. , Kiminsu U. , Onengut G. , Ozdemir K. , Pinar E. , Polatoz A. , Simsek A.E. , Tali B. , Tok U.G. , Turkcapar S. , Uslan E. , Zorbakir I.S. , Bilin B. , Karapinar G. , Murat Guler A. , Ocalan K. , Yalvac M. , Zeyrek M. , Akgun B. , Atakisi I.O. , Gülmez E. , Kaya M. , Kaya O. , Tekten S. , Yetkin E.A. , Yetkin T. , Cankocak K. , Sen S. , Aydilek O. , Cerci S. , Hacisahinoglu B. , Hos I. , Isildak B. , Kaynak B. , Ozkorucuklu S. , Potok O. , Sert H. , Simsek C. , Sunar Cerci D. , Zorbilmez C. , Boyarintsev A. , Grynyov B. , Levchuk L. , Popov V. , Sorokin P. , Flacher H. , Abdullin S. , Caraway B. , Dittmann J. , Hatakeyama K. , Kanuganti A.R. , McMaster B. , Saunders M. , Wilson J. , Bunin P. , Buccilli A. , Cooper S.I. , Henderson C. , Perez C.U. , Rumerio P. , West C. , Arcaro D. , Cosby C. , Demiragli Z. , Gastler D. , Hazen E. , Rohlf J. , Hadley M. , Heintz U. , Kwon T. , Landsberg G. , Lau K.T. , Mao Z. , Yan X. , Yu D.R. , Gary J.W. , Karapostoli G. , Long O.R. , Bhandari R. , Heller R. , Stuart D. , Yoo J.H. , Chen Y. , Duarte J. , Lawhorn J.M. , Spiropulu M. , Winn D. , Apresyan A. , Apyan A. , Banerjee S. , Chlebana F. , Feng Y. , Freeman J. , Green D. , Hirschauer J. , Joshi U. , Kwok K.H.M. , Lincoln D. , Los S. , Madrid C. , Pastika N. , Pedro K. , Spalding W.J. , Tkaczyk S. , Linn S. , Markowitz P. , Hagopian V. , Kolberg T. , Martinez G. , Viazlo O. , Hohlmann M. , Kumar Verma R. , Noonan D. , Yumiceva F. , Alhusseini M. , Bilki B. , Blend D. , Dilsiz K. , Emediato L. , Gandrajula R.P. , Herrmann M. , Köseyan O.K. , Merlo J.-P. , Mestvirishvili A. , Miller M. , Ogul H. , Onel Y. , Penzo A. , Southwick D. , Tiras E. , Wetzel J. , Al-bataineh A. , Bowen J. , Le Mahieu C. , McBrayer W. , Marquez J. , Murray M. , Nickel M. , Popescu S. , Smith C. , Wang Q. , Kaadze K. , Kim D. , Maravin Y. , Mohammadi A. , Natoli J. , Roy D. , Saini L.K. , Adams E. , Baden A. , Baron O. , Belloni A. , Calderon J.D. , Chen Y.M. , Coldsmith C. , Eno S.C. , Ferraioli C. , Grassi T. , Hadley N.J. , Hunt A. , Jeng G.Y. , Kellogg R.G. , Koeth T. , Kunkle J. , Lai Y. , Lascio S. , Mignerey A.C. , Nabili S. , Palmer C. , Papageorgakis C. , Ricci-Tam F. , Seidel M. , Shin Y.H. , Wang L. , Wong K. , Yang Z. , Yao Y. , D'Alfonso M. , Hu M. , Klute M. , Crossman B. , Hiltbrand J. , Krohn M. , Mans J. , Revering M. , Strobbe N. , Heering A. , Musienko Y. , Ruchti R. , Wayne M. , Benaglia A.D. , Chung W. , Kopp G. , Medvedeva T. , Mei K. , Tully C. , Bodek A. , de Barbaro P. , Fallon C. , Ferbel T. , Galanti M. , Garcia-Bellido A. , Khukhunaishvili A. , Taus R. , Vishnevskiy D. , Zielinski M. , Chiarito B. , Chou J.P. , Thayil S.A. , Wang H. , Akchurin N. , Damgov J. , De Guio F. , Kunori S. , Lamichhane K. , Lee S.W. , Mengke T. , Muthumuni S. , Undleeb S. , Volobouev I. , Wang Z. , Whitbeck A. , Cummings G. , Goadhouse S. , Hakala J. , Hirosky R. , Alexakhin V. , Andreev V. , Andreev Yu. , Azarkin M. , Belyaev A. , Bitioukov S. , Boos E. , Bychkova O. , Chadeeva M. , Chekhovsky V. , Chistov R. , Danilov M. , Demianov A. , Dermenev A. , Dubinin M. , Dudko L. , Elumakhov D. , Epshteyn V. , Ershov Y. , Ershov A. , Gavrilov V. , Golutvin I. , Gribushin A. , Kalinin A. , Kaminskiy A. , Karneyeu A. , Khein L. , Kirakosyan M. , Klyukhin V. , Kodolova O. , Krychkine V. , Kurenkov A. , Litomin A. , Lychkovskaya N. , Makarenko V. , Mandrik P. , Moisenz P. , Obraztsov S. , Oskin A. , Parygin P. , Petrov V. , Petrushanko S. , Polikarpov S. , Popova E. , Rusinov V. , Ryutin R. , Savrin V. , Selivanova D. , Smirnov V. , Snigirev A. , Sobol A. , Stepennov A. , Tarkovskii E. , Terkulov A. , Tlisov D. , Tlisova I. , Tolochek R. , Toms M. , Toropin A. , Troshin S. , Volkov A. , Zarubin A. , Yuldashev B. , Zhokin A. ,   The CMS HCAL collaboration
Published: January 2025

Abstract
A study has been performed to understand the effects of
radiation damage on various plastic scintillator tiles considered
for a possible upgrade of the hadron calorimeter of the CMS
detector. Measurements were made with unirradiated tiles and with
tiles that had been irradiated in the CMS collision hall to a dose
of 44 kGy. Results are presented for
the tiles of different shapes in terms of the energy spectrum,
efficiency as a function of the position at which each tile was hit,
as well as light yield. All the tiles showed a light reduction of up
to about 50%. The tiles with the shape currently used in the CMS
detector did not see increased non-uniformity of light collection,
while a significant disuniformity was observed for the tiles
considered as alternatives.