Gamma-ray bursts (GRB) are the most powerful known electromagnetic explosions in the universe, and can be detected at very large distances due to their high luminosity. The proposed COMCUBE-S mission aims to increase the understanding of GRBs by measuring their spectral, temporal and polarisation properties. Part of the mission is the BGO spectrometer unit (BSU): a scintillation detector consisting of a 50×50×150 mm³ bismuth germanate (BGO) crystal coupled to a silicon photomultiplier (SiPM) array and read out using SIPHRA electronics. 

The limitations and characteristics of the BSU were identified by examining three specific properties: the difference in energy resolution between a one-sided and a two-sided readout setup, the position dependence of the light yield, and the light yield contribution of the different SiPM pixels. The results show that summing the signals from both detectors in the two-sided setup yields better energy resolution than either detector does separately.  Additionally, the summed spectra from the two-sided detector setup had worse energy resolution than the one-sided setup for low energies, but better energy resolution for high energies. This is to be expected, since the two-sided readout should reduce losses in the scintillation light. However, low-energy events may start to drop below the detection limit when the light is shared between two sides. Measurements of position dependence indicated modest variations, within ±3%, over the length of the crystal. Finally, the light yield contribution test showed a slight variation that was stronger in one detector than the other. This can be compensated for by fine-tuning channel-by-channel parameters. There was no clear pattern to the variations. 

All in all, these results indicate that the design of the BSU detector for COMCUBE-S is a viable solution for detecting gamma-ray bursts, and should be further developed and optimised.

Gammablixtar (GRB) är de kraftfullaste kända elektromagnetiska explosionerna i universum och kan detekteras på mycket stora avstånd tack vare sin höga luminositet. Det föreslagna COMCUBE-S-uppdraget syftar till att öka förståelsen av GRB:er genom att mäta deras spektrala, tidsmässiga och polarisationsegenskaper. En del av uppdraget är BGO-spektrometerenheten (BSU): en scintillationsdetektor bestående av en 50×50×150 mm³ vismutgermanat (BGO)-kristall kopplad till en matris av kisel-fotomultiplikatorer (SiPM) och avläst med SIPHRA-elektronik.

Begränsningar och egenskaper hos BSU har undersökts genom att analysera tre specifika aspekter: skillnaden i energiupplösning mellan en ensidig och en dubbelsidig utläsningskonfiguration, kristallens positionsberoende för detektering av scintillationsljus, samt det relativa bidraget till den totala signalen från olika SiPM-pixlar.Resultaten visar att summering av signalerna från båda detektorerna i den dubbelsidiga konfigurationen generellt ger bättre energiupplösning än vad varje detektor uppnår var för sig. Dessutom uppvisade de summerade spektrumen från den dubbelsidiga konfigurationen sämre energiupplösning än den ensidiga konfigurationen vid låga energier, men bättre energiupplösning vid högre energier. Detta är förväntat då den tvåsidiga utläsningen borde reducera förluster av scintillationsljus. Dock kan ljusmängden bli så låg att enskilda pixlar inte längre kan bidra till signalen när utläsning sker på båda sidor. Mätningar av positionsberoendet visade endast små variationer, inom ±3%, längs kristallens längd. Slutligen visade testet av relativt bidrag till signalen en liten variation som var starkare i den ena detektorn än i den andra. Detta kan kompenseras genom finjustering av parametrar kanal för kanal. Inga tydliga mönster i variationerna kunde observeras.

Sammantaget visar dessa resultat att designen av BSU-detektorn för COMCUBE-S är en genomförbar lösning för detektion av gammablixtar som bör vidareutvecklas och optimeras.