Scintillation light detection in the long-drift ProtoDUNE-DP liquid argon TPC
ProtoDUNE-DP是一个6x6 x6 m3的液氩时间投影室(LArTPC),于2019-2020年在CERN的中微子平台上运行,作为DUNE远探测器的原型。DUNE是一个用于长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的双站点实验。这些探测器中的光信号对于提供精确的计时能力至关重要。在ProtoDUNE-DP中,宇宙μ子在LArTPC中产生的闪烁光由放置在距离相互作用点7 m处的光电倍增管(PMT)收集。闪烁光的产生和传播过程进行了分析,并与模拟进行了比较,提高了对一些液态氩特性的理解。
2021-06-29 hep-ex physics.ins-det
Impact of xenon doping in the scintillation light in a large liquid-argon TPC
氙掺杂液氩的使用是大型纯液氩TPC的一种有前途的替代方案。掺氙液氩不仅增强了光的产生,减轻了由于杂质而可能造成的抑制,而且增加了闪烁光的波长,扩大了有效的瑞利散射长度,改善了检测均匀性。ProtoDUNE Dual-Phase是一个300吨有效体积的LAr TPC,是深层地下中微子实验(DUNE)的原型,DUNE是一个用于长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的双站点实验。Protodune Dual-Phase在欧洲核子研究中心用纯液态氩和氙掺杂液态氩收集宇宙μ介子数据一年多。将介绍闪烁光中氙的存在的影响及其与纯液氩数据的比较。这些结果是感兴趣的任何未来的大型LAr TPC。
2021-09-13 hep-ex physics.ins-det
Optical fiber read-out for liquid argon scintillation light
在本文中,我们描述了一个光探测器的性能的Ar闪烁光的波长移动(WLS)光纤连接到硅光电倍增管(SiPM)。该装置被认为是用于直接在液态氩(LAr)中操作的高纯锗(HPGe)探测器的反康普顿否决。在一个约800 kg LAr的低温恒温器中测量了不同放射源的本底抑制效率。这项工作是GERDA实验的研发工作的一部分。
2016-06-14 hep-ex physics.ins-det
Design and performance of a scintillation tracker for track matching in nuclear-emulsion-based neutrino interaction measurement
精确测量加速器中微子束与中微子-核相互作用对当前和未来的中微子振荡实验具有重要意义。利用核乳胶基混合探测器测量μ子-中微子荷电相互作用,μ子径迹匹配是必不可少的。本文描述了一种新研制的闪烁跟踪器的设计和性能,该跟踪器用于用核乳胶探测器测量中微子-核相互作用中的μ子径迹匹配。利用闪烁跟踪器和另一个探测器Baby MIND重建了μ子径迹,并与核乳胶探测器中的径迹进行了匹配。闪烁跟踪器由四层水平和垂直对齐的闪烁体条组成,覆盖面积为$1\,\mathrm{m} \times 1\,\mathrm{m}$。在该层中,24 mm宽的塑料闪烁体条被特别布置,彼此之间具有故意的间隙。通过识别四层的命中图案,实现了2.5mm的精确位置分辨率,同时保持读出通道的数量小至256。对前向μ子的径迹匹配效率大于97%,闪烁跟踪器的位置和角分辨率分别为2.5 mm和20-40 mrad。结果表明,闪烁跟踪器的设计的μ子轨道匹配的核乳胶为基础的中微子-核相互作用测量的有用性。
2022-05-10 hep-ex physics.ins-det
Measuring Fast Neutrons with Large Liquid Scintillation Detector for Ultra-low Background Experiments
我们开发了一个12升体积的中子探测器,充满了液体闪烁体EJ 301,测量中子在地下实验室,其中暗物质和中微子实验的位置。探测器目标是一个圆柱体,内部涂有反射涂料(95%反射率),可显著增加探测器的光收集。我们演示了几种校准技术,使用点源和宇宙射线μ子的能量高达20兆电子伏的大型液体闪烁探测器。首次使用大型液体闪烁体显示了使用脉冲形状鉴别的中子-伽马分离,其中几个MeV中子到数百个MeV中子。
2013-06-12 hep-ex physics.ins-det
Characterization of water-based liquid scintillator for Cherenkov and scintillation separation
本文介绍了由线性烷基苯(LAB)和2,5-二苯基恶唑(PPO)配制的水基液体闪烁体的闪烁光产额和时间分布的测量。我们发现闪烁光输出与水中液体闪烁体浓度在1 - 10%之间呈线性关系,斜率为127.9 ± 17.0 ph/MeV/浓度,截距值为108.3 ± 51.0 ph/MeV,后者说明浓度小于1%时的非线性。这比从纯液体闪烁体光产额的简单外推所预期的要大。所测得的时间曲线比纯液体闪烁体的时间曲线快,上升时间小于250 ps,瞬发衰减常数在2.1-2.85ns范围内。此外,切伦科夫和闪烁光之间的分离使用宇宙μ子在CHESS实验中为每种配方进行量化,证明了在厘米尺度上的分离的改善。最后,我们简要讨论了大规模探测器的前景。
2020-09-23 hep-ex physics.ins-det
The Effects of Dissolved Methane upon Liquid Argon Scintillation Light
本文报道了溶解甲烷对氩闪烁光影响的测量结果。我们监测的光产量从阿尔法源举行20厘米的低温光电倍增管(PMT)组件作为甲烷注入到一个高纯度的液态氩体积。我们观察到显着抑制的闪烁光产量溶解甲烷在十亿分之十(ppb)的水平。通过检查后期闪烁光时间常数,我们确定这种损失是由吸收过程引起的,并且还看到了甲烷诱导的闪烁淬灭在较高浓度(50-100 ppb)的一些证据。使用第二个PMT组件,我们寻找可见的再发射功能,从溶解的甲烷已报告在气相氩甲烷混合物,我们没有发现任何证据,可见的再发射从液相氩甲烷混合物在10 ppb和0.1%之间的浓度。
2014-01-17 hep-ex physics.ins-det
Near-infrared scintillation of liquid argon
自20世纪70年代以来,人们已经知道稀有气体在光谱的近红外(NIR)区域内发生衰变(0.7 $μ$ m < $λ$ ; < 1.5 $μ$ m)。更有争议的是凝聚惰性气体的近红外光产额问题。我们首先提出的动机使用近红外闪烁液氩探测器,然后简要回顾早期以及最近的努力,最后显示令人鼓舞的初步结果,在费米实验室进行的测试。
2016-03-07 hep-ex physics.ins-det
Using $^{22}$Na and $^{83{\rm m}}$Kr to calibrate and study the properties of scintillation in xenon-doped liquid argon
我们用$^{22}$ Na光源测量了掺氙浓度从165 ppm到10,010 ppm的液氩中闪烁光的性质。详细讨论了掺氙液氩中的能量传递过程,建立了一种新的波形模型,并对平均波形进行了拟合。给出了掺氙液氩中闪烁光子的时间分布和TPB发射的时间分布。氙掺杂的量由质量流量控制器控制,质量流量控制器通过还原气体分析仪校准,以确保氙浓度准确。此外,首次在掺氙液氩探测器中成功地实现了$^{83{\rm m}}$ Kr作为定标源的试验。通过比较$^{22}$ Na和$^{83{\rm m}}$ Kr的光产额,可以得出结论,在41.5 keV至511 keV的范围内,闪烁效率几乎相同。
2020-10-26 hep-ex physics.ins-det
A measurement of the group velocity of scintillation light in liquid argon
在欧洲核子研究中心(CERN)的专用实验装置上首次测量了$λ\sim 128$ ~nm波长的闪烁光在液态氩$v_{g}$中的传播速度。然后使用获得的结果$\frac{1}{v_{g}} = 7.46 \pm 0.08$ ~ns/m来推导VUV区域液态氩的折射率(n)和瑞利散射长度($\mathcal{L}$)的值。对于$λ= 128$ ~nm,我们发现$n= 1.358 \pm 0.003$和$\mathcal{L}= 99.1 \pm 2.3$ ~cm。这些测量值对各种寻找稀有事件的实验很有意义,比如中微子和暗物质的相互作用。导出量也代表了描述闪烁光在液氩中传播的理论模型的关键信息。
2021-07-29 hep-ex physics.ins-det
Multi-site Event Discrimination in Large Liquid Scintillation Detectors
已经进行了模拟研究,以探索在大规模液体闪烁探测器中区分单站点和多站点能量沉积的能力。已经发现了一种稳健的方法,该方法被预测为导致各种各样的事件类的显著统计分离,提供了一种强有力的工具来区分背景并打破信号提取中的重要简并。这对液体闪烁体从$^{130}$ Te和$^{136}$ Te中寻找无中微子双β衰变($0νββ$)具有特别相关的影响,其中可以将真实的$0νββ$信号与大多数放射性背景(包括来自宇宙成因产生的放射性背景)以及来自目标同位素的未知伽马线区分开。
2019-07-22 hep-ex physics.ins-det
Scintillation and Ionization Responses of Liquid Xenon to Low Energy Electronic and Nuclear Recoils at Drift Fields from 236 V/cm to 3.93 kV/cm
本文报道了在236 V/cm ~ 3.93 kV/cm的不同漂移场下,利用具有高能量和位置分辨率的三维灵敏液氙时间投影室,对低能电子(约3--7 keV $_{ee}$)和核反冲(约8--20 keV $_{nr}$)在液氙中的闪烁和电离产额的新测量结果。我们测量的信号响应核反冲同意从NEST模型的预测。然而,我们测量的电子反冲电离(闪烁)产额始终高于(低于)从NEST模型约5 e $^-$ /keV $_{ee}$(ph/keV $_{ee}$)在所有扫描的漂移场。新的复合参数的基础上的Mesquas-Imel盒模型来自我们的数据。由于以前缺乏对液态氙中低能电子反冲的闪烁和电离产额的精确测量,我们的新测量提供了迄今为止最好的可用数据,覆盖了与暗物质搜索相关的液态氙探测器在不同漂移场的低能区。
2015-07-14 hep-ex physics.ins-det
Predicting Transport Effects of Scintillation Light Signals in Large-Scale Liquid Argon Detectors
液态氩被用作中微子物理学和暗物质研究的探测介质。近年来,为了扩大闪烁光在液氩时间投影室中微子探测器中的应用,需要发展先进的模拟闪烁光的方法。目前可用的方法往往是令人望而却步的缓慢或不精确的,由于检测器的大小和中微子束相互作用沉积的能量的组合。在这项工作中,我们提出了一个半解析模型来预测氩闪烁光的数量观察到的光探测器的精度优于$10\%$,仅基于闪烁和光探测器之间的相对位置。我们还提供了一种方法来预测这些光子的传播效应占到达时间的分布。此外,我们提出了一个等效模型来预测探测器阴极上存在波长漂移、高反射层的情况下的光子数量及其到达时间。我们提出的方法可以用来模拟光在大型液氩探测器,如DUNE或SBND,也可以应用到其他探测器介质,如液体氙或氙掺杂液氩。
2021-04-05 hep-ex physics.ins-det
Characterization of the scintillation response of water-based liquid scintillator to alpha particles, and implications for particle identification
本文测量了水基液体闪烁体对α粒子的闪烁光产额和时间分布,并将其用于模拟预测,发现α/β鉴别能力随闪烁体浓度提高,在4吨级10%水基液体闪烁体中可实现90% β接受率下优于80%的α排除率。
2023-11-27 hep-ex physics.ins-det
A comparison between scintillation light Analog and Digital trigger for large volume Liquid Argon Time Projection Chambers
大体积液氩时间投影室(LAr-TPC)被用于中微子物理和稀有事件研究。这些探测器大多利用液态氩的闪烁光作为触发器。可以采用两种不同的方法来为这些检测器提供有效的触发系统,这依赖于对来自光电检测器(如光电倍增管或硅光电倍增器)的信号的模拟或数字处理。每种方法都有各自的优点和缺点,因此混合解决方案的实现可以从这两种方法中受益。为此,一个创新的电子板原型已被设计和提出用于大容量LAr-TPC探测器。
2020-04-10 hep-ex physics.ins-det
Scintillation light detection in the 6-m drift length ProtoDUNE Dual Phase liquid argon TPC
深地下中微子实验(DUNE)是长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的前沿实验。ProtoDUNE-Dual Phase(DP)是一个6x6 x6 m $^3$液氩时间投影室(LArTPC),于2019-2020年在CERN中微子平台上运行,作为DUNE远探测器的原型。在ProtoDUNE-DP中,LArTPC中宇宙μ子产生的闪烁和电致发光由放置在离电离轨道7米远的光电倍增管收集。在本文中,我们提出了性能的ProtoDUNE-DP光子探测系统,比较不同的波长移动技术和使用的氙掺杂LAr作为一个有前途的选择,为未来的大型LArTPC。闪烁光的产生和传播过程进行了分析,并与模拟进行了比较,提高了对液态氩特性的理解。
2021-11-18 hep-ex physics.ins-det
Observation of the Dependence of Scintillation from Nuclear Recoils in Liquid Argon on Drift Field
我们用美国Notre Dame结构与核天体物理研究所生产的低能脉冲窄带中子束辐照双相液氩时间投影室(LAr-TPC),研究了LAr-TPC中反冲核的闪烁光产额。布置液体闪烁计数器以检测和识别LAr-TPC靶中散射的中子并选择反冲核的能量。本文报道了11 keV核反冲产生的液氩闪烁对漂移场的显著依赖性。这一观察结果很重要,因为迄今为止,对稀有液体TPC暗物质搜索灵敏度的估计是基于这样一个假设,即电场对核反冲的光产额只有很小的影响。
2013-12-16 hep-ex physics.ins-det
Infrared scintillation yield in gaseous and liquid argon
研究惰性气体和液体中的一次和二次相变对以惰性气体为介质的稀有事件实验至关重要。在目前的工作中,气体和液体Ar的闪烁产率已首次在近红外(NIR)和可见光区,无论是初级和二级(比例)闪烁,使用盖革模式雪崩光电二极管(G-APD)和脉冲X射线照射测量。在690-1000 nm的NIR范围内,在气态Ar中测量到快组分的初级闪烁产额为17000光子/MeV,在400-1000 nm的范围内,在液态Ar中测量到510光子/MeV。在气态Ar中也观察到了成比例的近红外光谱(电致发光);在163 K时测得的放大参数为每kV每个漂移电子13个光子。讨论了近红外光谱在高能物理实验中的可能应用。
2011-04-19 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Scintillation and Ionization Ratio of Liquid Argon for Electronic and Nuclear Recoils at Drift-Fields up to 3 kV/cm
两相氩探测器基于脉冲形状鉴别和电离/闪烁比(S2/S1)在电子反冲和核反冲事件之间具有高鉴别能力。这一特性非常适合于暗物质搜寻建立低本底实验。然而,与氙相比,氩的S2/S1的基本性质并不为人所知。我们报告的S2/S1属性的评估与两相检测器在漂移场为0.2-3.0 kV/cm。最后讨论了S_2/S_1对电子反冲本底的分辨能力。
2018-09-26 hep-ex physics.ins-det
Measurement of Scintillation and Ionization Yield and Scintillation Pulse Shape from Nuclear Recoils in Liquid Argon
利用美国Notre Dame结构与核天体物理研究所的低能脉冲窄谱带中子束辐照双相液氩时间投影室(LAr-TPC),测量了反冲核在液氩中的闪烁和电离产额随外加电场的变化。安排液体闪烁计数器来探测和识别TPC中散射的中子,并选择反冲核的能量。我们报告测量的闪烁产额的核反冲能量从10.3至57.3千电子伏和中值施加的电场从0至970 V/cm。对于电离产率,我们报告测量从16.9至57.3千电子伏和电场从96.4至486 V/cm。我们还报告了闪烁和电离之间的关系,从核反冲,这是类似的闪烁和电离之间的关系,从电子反冲的观察。假设从$^{83m}$ Kr内转换电子到激子和离子对的能量损失分配与从$^{207}$ Bi转换电子到激子和离子对的能量损失分配相当,我们得到了在16.9 - 57.3 keV核反冲产生的激子($N_{ex}$)和离子对($N_i$)的数目及其比率($N_{ex}/N_i$)。由于柱状复合,在LAr-TPC信号的方向敏感性参数的启发,平行和垂直于所施加的电场的反冲的光和电荷产率的比较首次提出。
2015-05-27 hep-ex physics.ins-det
Observation of primary scintillations in the visible range in liquid argon doped with methane
基于含氢原子的液体闪烁体的中子否决探测器是任何地下暗物质搜索实验的组成部分。到目前为止,液态烃的易燃混合物被用作这种探测器中的液体闪烁体。一种安全的替代品可能是基于掺有甲烷的液态氩的液体闪烁体。在本工作中,我们研究了纯液氩及其与甲烷的混合物(CH_4含量从100 ppm到5%)中的初级精馏。在可见光和近红外范围内,在掺甲烷的液氩中首次观察到了初级的光散射,并测量了它们的相对光产额随甲烷含量的变化。
2020-04-28 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Feasibility of Liquid-phase Xenon Proportional Scintillation for Low-energy Physics
针对双相氙TPC气隙技术挑战及单电子本底问题,研究验证纯单相液氙TPC的比例闪烁能力,证实其仍可区分电子与核反冲,且S2后单电子本底大概率与液-气界面无关。
2024-08-03 hep-ex physics.ins-det
Liquid Xe scintillation calorimetry and Xe optical properties
本文详细讨论了决定闪烁量热计性能的真空紫外线(VUV)中的光性质。现有的数据,在一个更广泛的光谱区域,从可见光到紫外光,并在一个大的范围内,从气体到液体,测量。结果表明,这些信息可用于推导真空紫外激光器的光学特性。与几个直接测量的真空紫外光产生的电离粒子的激发的激光束中进行了比较。得到了一个有用的关系式,它把瑞利散射长度与折射率联系起来。
2004-01-15 hep-ex physics.ins-det
Absorption of Scintillation Light in a 100 $\ell$ Liquid Xenon$γ$ Ray Detector and Expected Detector Performance
正在为保罗·谢勒研究所的MEG实验研制一个800升液体氙闪烁$γ$射线探测器,该实验将寻找$μ^+\to\mathrm{e}^+γ$衰变。氙的闪烁光被杂质吸收可能会限制这种探测器的性能。我们使用有效体积为372 × 372 × 496 mm $^3$的100 L原型来研究闪烁光吸收。我们已经开发了一种方法来评估光的吸收,从光的弹性散射,通过测量宇宙射线和$α$源。通过使用合适的纯化技术,已经实现了长于100 cm的吸收长度。利用蒙特卡罗模拟估计了光吸收对能量分辨率的影响。
2004-07-07 hep-ex physics.ins-det
A flexible scintillation light apparatus for rare event searches
中微子振荡的有力实验证据以及中微子是大质量粒子的暗示,使无中微子双β衰变在天体粒子物理学中扮演了核心角色。事实上,发现这种难以捉摸的衰变将是一个重大突破,揭示中微子和反中微子是同一种粒子,轻子数不守恒。这也将影响我们建立绝对中微子质量尺度的努力,并最终理解基本粒子相互作用的统一。目前所有寻找无中微子双β衰变的实验计划都面临着技术和财政上的挑战,即在增加实验质量的同时保持令人难以置信的低水平的虚假背景。本文描述的新概念可能是答案,它结合了理想实验的所有特征:能量分辨率,低成本质量可扩展性,同位素选择的灵活性和许多强大的处理,使背景可以忽略不计。所提出的技术是基于使用冷却到120 K的硅探测器阵列来优化超纯晶体发射的闪烁光的收集。结果表明,用54公斤的这种类型的天然CaMoO_4闪烁探测器阵列,在一年的数据采集中,就有可能对~(100)Mo的无中微子双β衰变的半衰期产生高达~ 10 E ~(24)年的有竞争力的灵敏度。用40 CaMoO 4闪烁探测器(为了消除48 Ca的两个中微子双β衰变产生的连续背景)制成的相同阵列,将能够在仅一年的测量中实现对100 Mo无中微子双β衰变半衰期的~ 10 E25年的显著灵敏度。
2014-07-17 hep-ex physics.ins-det
Study of infrared scintillations in gaseous and liquid argon - Part II: light yield and possible applications
我们在这里提出了一个全面的研究在近红外(NIR)和可见光区域,在低温下的气体和液体Ar中产生的初级和次级的光产额。使用盖革模式雪崩光电二极管(GAPD)和脉冲X射线照射进行测量。在87-160 K的范围内,发现气态Ar中快发射组分的初级闪烁产额与温度无关;在690-1000 nm的近红外范围内,它相当于17000+/-3000光子/MeV。在87 K的液态Ar中,快成分的初级闪烁产额大大降低,在400-1000 nm范围内,达到510+/-90photon/MeV。还观察到了气态Ar中的成比例近红外光谱(电致发光);在160 K时测得其放大参数为每kV每个漂移电子13个光子。在电场高达30 kV/cm的液体Ar中没有观察到成比例的结晶。讨论了近红外光谱在暗物质研究、中微子-核相干散射实验和离子束放射治疗中的应用。
2012-05-28 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Properties of Liquid Argon Scintillation Light Emission
液态氩由于其优异的电荷产额和输运特性以及作为闪烁体而被用作各种中微子和暗物质实验的活性介质。在127 nm附近的10 nm窄谱带内发射出液态氩闪烁光子,其特征时间分布由激发态Ar $_2^*$的最低单重态和三重态衰变到离解基态的两个分量组成。提出了一个模型,该模型考虑了通过与其他三重态的自相互作用或通过与分子Ar $_2^+$离子的相互作用的长寿命的三重态的猝灭。该模型预测的闪烁信号的时间分布和依赖于外部电场的强度和沉积的能量的密度,如果未淬灭的快速和缓慢的组件的相对丰度是已知的。该模型成功地解释了实验观察到的慢分量的特征时间对所施加的电场的强度和增加的光子产额的液体氩掺杂少量的氙(在ppm水平)的依赖性。该模型还预测了电子和核反冲的脉冲形状参数$_{prompt}$对反冲能量的依赖关系以及核反冲在液氩中的相对光产额$\mathcal{L}_{eff}$的行为
2020-12-11 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the scintillation resolution in liquid xenon and its impact for future segmented calorimeters
Los Alamos National Laboratory(洛斯阿拉莫斯国家实验室);Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC & Universitat de València(粒子物理研究所(IFIC),西班牙科学委员会与瓦伦西亚大学);Donostia International Physics Center, BERC Basque Excellence Research Centre(多诺西亚国际物理中心,巴斯克卓越研究中心);Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (I3M), Centro Mixto CSIC - Universitat Politècnica de València(分子成像仪器研究所(I3M),西班牙科学委员会-巴伦西亚理工大学混合中心);Instituto Universitario de Matemática Pura y Aplicada (IUMPA), Universitat Politècnica de València(纯数学与应用数学大学研究所(IUMPA),巴伦西亚理工大学)
本文测量了液氙中仅记录闪烁光时的能量分辨率,发现其接近理论预期值,表明液氙闪烁探测器在分段 calorimeters 中具有竞争力。
2026-04-16 hep-ex physics.ins-det
Expected performance of an ideal liquid argon neutrino detector with enhanced sensitivity to scintillation light
闪烁光被用于液态氩(LAr)中微子探测器,以提供触发信号,否决宇宙射线的信息,以及绝对的事件计时。在这项工作中,我们讨论了探测器提供的额外的机会,具有增强的灵敏度闪烁光,光收集效率约为$10^{-3}$。我们专注于中微子振荡物理的两个关键检测器性能指标:量热中微子能量重建和中微子/反中微子分离的非磁化检测器。我们的研究结果是基于详细的模拟,中微子相互作用建模根据GENIE事件发生器,而一个大的LAr理想探测器的电荷和光响应所描述的Geant 4和NEST模拟工具。在这种大型探测器中,利用电荷信息和光信息,原则上可以获得4GeV电子中微子荷电相互作用的中微子能量分辨率为3.3RMS。通过利用氩中μ子捕获和闪烁光信息否决μ子衰变电子,我们还获得了μ子中微子识别效率约为50%,μ子反中微子错误识别率在百分之几的水平,几个GeV的中微子相互作用是完全包含的。我们认为,具有足够高的光收集效率的大型LAr探测器的建设原则上是可能的。
2014-09-05 hep-ex hep-ph physics.ins-det
A Novel Use of Light Guides and Wavelength Shifting Plates for the Detection of Scintillation Photons in Large Liquid Argon Detectors
当带电粒子穿过大型液态氩探测器时产生的闪烁光为弱相互作用粒子的研究提供了有价值的信息。本文使用实验室测量和宇宙射线数据从布兰奇杜瓦设施在费米实验室的特点的效率,在印第安纳大学开发的光子探测器技术的单相远探测器的DUNE。该技术的效率被发现是0.48%,在读出端时,检测器组件的特征与实验室测量。利用宇宙射线轨迹对效率的第二次测定与实验室测定结果相当一致。这两个效率测定的一致性支持最小电离μ子在穿过LAr体积时产生${\mathcal N}_{phot} = 40,000$光子/MeV的结果。
2018-07-03 hep-ex physics.ins-det
A Measurement of the Absorption of Liquid Argon Scintillation Light by Dissolved Nitrogen at the Part-Per-Million Level
我们报告的闪烁光的吸收长度的测量,由于溶解氮在百万分之一(ppm)的水平。我们将受控量的氮气注入到高纯度的液态氩中,并监测来自α源的光输出。源被放置在离低温光电倍增管组件不同的距离处。通过比较每个位置的光输出,我们提取了氮的吸收截面。我们发现,氮吸收氩闪烁光的强度为$(1.51\pm 0.15)\times10^{-4} \;\mathrm{cm^{-1} ppm^{-1}}$,相应的吸收截面为$(7.14 \pm 0.74)\times10^{-21}\;\mathrm{cm^{2} molecule^{-1}}$。我们得到的吸收长度和氮浓度之间的关系在0至50 ppm的范围内,并讨论了未来的大型液氩时间投影室(LArTPC)探测器的设计和数据分析的影响。我们的研究结果表明,对于当前一代的LArTPC,其中的浓度为百万分之二的氮是预期的,由于氮的衰减长度将是$30 \pm 3$米。
2013-08-09 hep-ex physics.ins-det
Cherenkov and Scintillation Separation in Water-Based Liquid Scintillator using an LAPPD
本文描述了水基液体闪烁器(WbLS)的测量,演示了使用大面积皮秒光电探测器(LAPPD)的快速定时响应分离切伦科夫和闪烁成分。此外,三个WbLS混合物的时间曲线,定义的相对分数的闪烁化合物,其特征在于,具有提高的灵敏度闪烁上升时间。使用LAPPD和传统的光电倍增管(PMT)进行测量。所有样品都以有效分辨率O(100 ps)测量,这允许通过单独选择光子的到达时间来分离切伦科夫和闪烁光(此后称为C/S分离)。所选光子的切伦科夫纯度在所有情况下都大于60%,其中对于含有1%闪烁体的样品实现大于80%。这是第一次展示合成低光产额光放大器的能力,其中WbLS是典型的例子,具有快速光电探测器,其中LAPPD是新兴的领导者,并对未来的中型和大型探测器有直接的影响,如Theia,ANNIE和AIT/NEO。
2021-10-25 hep-ex physics.ins-det
Scintillation and optical properties of xenon-doped liquid argon
液态氩(LAr)是粒子物理学和稀有事件研究中常用的探测介质。LAr闪烁光探测的挑战在于其短发射波长、长闪烁时间和短衰减长度。已知向LAr中添加少量氙可改善闪烁和光学性质。我们提出了一个表征活动的氙掺杂液氩(XeDLAr)的目标氙浓度范围从0到300 ppm的质量,包括测量的光电子产率$Y$,有效的三重态寿命$τ_3$和有效衰减长度$λ_\mathrm{att}$。测量是在地下低温氩设施,SCARF,1吨(XeD)LAr测试台在慕尼黑大学的浅地下实验室(UGL)。这三个闪烁和光学参数,同时观察到一个单一的设置,传奇液氩监测装置,LLAMA。液相和气相中的实际氙浓度用用于氙研究的杂质检测器IDEFIX(质谱仪设置)确定,并且证实成功掺杂。在最高掺杂浓度下,我们发现$Y$加倍,$τ_3$减少十倍至$\sim$ 90 ns,$λ_{att}$增加十倍至超过6 m。
2021-12-14 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Measuring Directionality in Double-Beta Decay and Neutrino Interactions with Kiloton-Scale Scintillation Detectors
大型液体闪烁体探测器由于其良好的能量分辨率和可扩展性,已被证明是非常有效的低能量中微子测量。使用切伦科夫光和快速计时增加方向信息将增强这些探测器的科学范围,特别是在寻找无中微子双β衰变方面。在本文中,我们开发了一种技术,用于提取粒子的方向,使用切伦科夫和闪烁光的到达时间的差异,并评估几个探测器的时间,光电探测器的光谱响应,和闪烁体发射光谱,可用于使方向重建在千吨级探测器的现实进展。
2014-01-31 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Cherenkov and Scintillation Light Separation in Organic Liquid Scintillators
Cherenkov /闪烁分离实验(CHESS)已被用于证明Cherenkov和闪烁光在线性烷基苯(LAB)和具有2g/L PPO作为荧光剂的LAB(LAB/PPO)中的分离。这是第一次对更具挑战性的LAB/PPO混合物进行此类演示,并改进了LAB的先前结果。338 +/- 12 ps FWHM的时间分辨率导致在LAB/PPO中识别切伦科夫光子的效率对于基于时间和基于电荷的分离分别为70 +/- 3%和63 +/- 8%,闪烁污染为36 +/- 5%和38 +/-4%。LAB/PPO数据与0.75 +/- 0.25 ns的上升时间一致。
2017-12-05 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Nuclear recoil scintillation and ionisation yields in liquid xenon from ZEPLIN-III data
闪烁和电离产率的核反冲在液体氙以上10千电子伏特(核反冲能量)推导出使用宽带Am-Be中子源获得的数据。从两个来源的几次曝光的核反冲数据进行了比较,详细的模拟。能量依赖的闪烁和电离产量得到可接受的适合的数据。效率和分辨率的影响,使用光收集蒙特卡罗,测量光电倍增管的响应曲线和硬件触发器的研究。发现闪烁产率逐渐下降低于~40 keVnr,电离产率上升,两者都与最新的独立测量结果吻合良好。该分析方法适用于最新的ZEPLIN-III数据,获得了显着升级的探测器和精确校准的Am-Be源,以及从2008年首次运行的早期数据。还提出了一种新的方法来推导反冲闪烁产额,其中包括亚阈值S1事件,这证实了主要的分析。
2011-10-17 hep-ex physics.ins-det
Impact of extreme ultraviolet radiation on the scintillation of pure and xenon-doped liquid argon
X-ArT合作组利用硅光电倍增管发现氩原子态发射的长寿命极紫外谱线可增强纯及氙掺杂液氩闪烁光产额,建立综合模型并探讨其与杂散电子关联,为优化惰性液体探测器性能奠定基础。
2025-04-25 hep-ex physics.ins-det
Reconstruction Algorithm for a Novel Cherenkov Scintillation Detector
对于未来的MeV级中微子实验,切伦科夫闪烁探测器,CSD,是特别感兴趣的能力,以重建带电粒子的能量和方向。一种新的靶材料-慢液体闪烁体SlowLS,可用于分离Cherenkov光和闪烁光,是中微子探测器的选择之一。利用基于Geant 4的Monte Carlo软件对一个数百吨级的球形CSD进行了模拟,模拟了MeV粒子和可见光子的微观过程以及光电倍增管、光电倍增管和读出电子学的功能。模拟和研究了12个SlowLS样品,以涵盖广泛的闪烁光产额和闪烁发射时间常数。基于对信号处理过程的详细了解,构造了预测光电倍增管上电荷和时间信号的简化函数,实现了对带电粒子能量、方向和位置的有效重构。SlowLS重建的性能,包括产生的能量,角度和位置分辨率,和粒子识别能力,提出了这些样品。的性能上的闪烁光产额和发射时间常数的依赖关系被理解。该研究将为未来MeV级中微子CSD的设计和SlowLS的发展提供指导。
2023-02-20 hep-ex physics.ins-det
Scintillation Efficiency for Low-Energy Nuclear Recoils in Liquid-Xenon Dark Matter Detectors
我们进行了理论研究的闪烁效率在低能量区域的液体氙暗物质探测器的关键。我们开发了一个计算机程序来模拟反冲氙核在液态氙中的级联过程,并计算了原子碰撞引起的核猝灭效应。我们使用从实验数据外推到低能区的电子阻止本领,并考虑到电子逃逸的影响,从电子-离子对复合使用广义的Escheras-Imel模型拟合闪烁数据。我们的结果与中子散射的实验结果吻合得很好,并且当反冲能量低于3 keV时,该结果迅速消失。
2013-10-09 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Liquid Helium and Liquid Neon - Sensitive, Low Background Scintillation Media For the Detection of Low Energy Neutrinos
本文研究了用液氦和氖作为中微子探测器。这些致冷剂的一些独特性质使它们成为实时太阳中微子光谱学的有前途的候选者:电离辐射产生的大紫外闪烁,对自身闪烁光的透明度,以及低水平的放射性杂质。当中微子从液氦或氖中的电子散射时,就会发出紫外线。利用波长漂移薄膜可以有效地将紫外闪烁光转换为可见光。这样,中微子-电子散射事件就可以在室温下用光电倍增管探测到。我们的结论是,太阳中微子通量从$\rm p+p\to e^{+}+d+ν_{e}$反应可以表征和监测随时间的变化,使用10吨质量的液氦或氖作为闪烁靶。
1999-09-28 astro-ph hep-ex
Scintillation efficiency and ionization yield of liquid xenon for mono-energetic nuclear recoils down to 4 keV
液态氙(LIPE)是一种用于探测弱相互作用大质量粒子(WIMPs)形式的暗物质的实验的优良材料。低能量检测阈值对于灵敏的WIMP搜索是必不可少的。对低能核反冲的相对闪烁效率(Leff)和电离产额的理解仅限于能量低于10 keV的情况。在本文中,我们提出了新的测量,扩展到4千电子伏的能量,发现Leff随能量的降低而降低。我们还测量了闪烁效率的淬火由于电场在LIGO,发现没有显着的字段依赖性。
2010-01-18 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
WLS R\&D for the Detection of Noble Gas Scintillation at LBL: seeing the light from neutrinos, to dark matter, to double beta decay
以惰性气体为活性介质的辐射探测器在探索标准模型之外的物理的实验计划中变得越来越普遍。几乎所有这些实验都在一定程度上依赖于收集惰性气体的闪烁光。与惰性气体闪烁相关的VUV波长意味着大多数这些实验使用荧光材料将直接闪烁光转移到可见光或近UV波段。我们提出了一个概述的研发计划在LBL相关的惰性气体探测器的中微子物理,双β衰变,和暗物质。该计划的范围从波长偏移薄膜的荧光行为的精确测量,到用于数千吨探测器的大型真空紫外敏感光导的原型制作。
2013-08-12 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Pulse-shape discrimination of scintillation from alpha and beta particles with liquid scintillator and Geiger-mode multipixel avalanche diodes
本文介绍盖革模式多像元雪崩二极管(GMAPD)在有机液体闪烁体α-β光谱中脉冲形状鉴别的成功应用。在放射性同位素的发射中的α和β成分的有效的歧视是实现了α能量高于0.3兆电子伏。闪烁探测器的超紧凑设计有助于有效抑制宇宙射线和环境辐射背景。这种方法允许构造用于在各种环境条件下监测放射性污染的手持式坚固装置。
2011-06-23 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Discriminating cosmic muons and radioactivity using a liquid scintillation fiber detector
在中微子物理学或稀有事件研究的地下实验中,宇宙μ子造成的背景贡献很大,因此必须加以识别和排除。我们提出并优化了一种新的探测器,该探测器采用液体闪烁体和波长移动光纤,可用作宇宙μ子背景抑制的否决探测器。样机研究表明,该探测器具有良好的性能,能够区分μ子感生信号和环境辐射背景。它的μ子探测效率大于98 $\%$,平均58个光电子(p.e.)当μ介子通过探测器时被收集。为了优化设计和提高光的收集,对涂层材料的反射率进行了详细的研究。一个蒙特卡罗模拟的检测器已经开发和进行比较的测量数据和模拟结果之间显示出良好的协议。
2017-03-06 hep-ex physics.ins-det
Scintillation Light from Cosmic-Ray Muons in Liquid Argon
本文报道了直接测量宇宙线μ子通过液氩时的时间分辨闪烁信号的实验结果。这些μ子产生的闪烁光对中微子实验和暗物质研究中弱相互作用粒子的研究具有重要价值。实验是在费米实验室的TallBo杜瓦瓶设施中进行的,使用的是为深层地下中微子实验开发的原型光导探测器和电子设备。提出了两种闪烁光时间结构的模型:唯象模型和复合模型。这两种模型发现$τ_{\text{T}} = 1.52$ $μ$ s的Ar $_2^*$三重态的衰变时间常数。这些模型还表明,“早期”的光部分的现象学模型,$F_{\text{E}}\approx 25\%$的信号,与总的光从单重态衰变的识别是低估。单线态光的总分数是$F_{\text{S}} \approx 36\%$,其中超过$F_{\text{E}}$的增加来自波长移位器通过具有长衰减常数的过程发射的单线态光。该模型还用于计算实验粒子识别参数$F_{\text{prompt}}$,即与总记录波形中的光相比,在触发后的短时间窗口中进入的光的分数。该模型再现相当好的典型的实验值$\sim0.3$发现暗物质和双$β$衰变实验,这表明该参数提供了一个强大的度量更严重的电离粒子的歧视电子和μ子。
2016-02-25 hep-ex physics.ins-det
Large-Area MPPC with Enhanced VUV Sensitivity for Liquid Xenon Scintillation Detector
为MEG II实验的液氙闪烁探测器研制了一种对真空紫外光敏感的大面积多像素光子计数器。该探测器设计用于探测来自轻子味违反衰变$μ^+ \to \mathrm{e}^+ γ$的52.8MeV光子,并基于具有高颗粒闪烁读出的$900\,\ell$探测器,由4092个VUV-MPPC组成,每个VUV-MPPC的有效面积为$139\,\mathrm{mm}^2$,总共为$0.57\,\mathrm{m}^2$。VUV-MPPC在真空紫外波段对闪烁光的探测效率高达21%,具有较高的增益,较低的光串扰和后脉冲,较低的暗计数率和较好的单光电子分辨率。VUV-MPPC的大有源区是通过串联四个独立的小VUV-MPPC芯片形成的,以避免传感器电容的增加,从而具有短的脉冲衰减时间,这对于高速率实验至关重要。在安装到检测器之前,还在室温下对为LIPE检测器生产的4180 VUV-MPPC进行了性能测试,发现所有VUV-MPPC都能正常工作,只有少数例外。详细介绍了VUV-MPPC的设计和性能,以及在室温下的性能测试结果。
2019-02-05 hep-ex physics.ins-det
The increase of the light collection from scintillation strip with hole for WLS fiber using various types of fillers
测量具有放置在板中的纵向孔中的WLS纤维的挤出闪烁体条样品的光收集。这些孔用各种液体填充物填充。测量是在宇宙μ子的照射下进行的。设计并成功地试验了在内置WLS纤维的条形孔中泵入粘度大于10 Pa·s的液体填料的方法。
2016-04-08 hep-ex physics.ins-det
Measurement of scintillation and ionization yield with high-pressure gaseous mixtures of Xe and TMA for improved neutrinoless double beta decay and dark matter searches
气态氙时间投影室(TPC)是一种用于无中微子双β衰变和WIMP暗物质研究的探测器技术。虽然它的密度低于液体探测器,但它在跟踪能力和更好的能量分辨率方面具有内在优势。气体荧光的性能可以通过分子添加剂如三甲胺(TMA)进一步改善,其预期(1)冷却电离电子,(2)通过潘宁转移将荧光激发能转化为TMA电离,以及(3)产生闪烁和更容易检测波长(300 nm)的电致发光。为了测试TMA对性能改善的可行性,我们首次直接测量了Penning和荧光转移效率,使用了Na 2SO 4和TMA的气体混合物。虽然我们观察到的潘宁转移效率高达~ 35%,我们发现强烈的抑制初级闪烁光与TMA。我们还发现,具有三甲基溴和TMA混合物的初级闪烁光可以很好地表征为约3%的荧光从三甲基溴转移到TMA,由于TMA自猝灭而进一步抑制。没有发现TMA离子复合产生闪烁光的证据,这种强烈的闪烁光抑制使暗物质的搜索变得相当具有挑战性,而改进无中微子双β衰变搜索的可能性仍然存在。这项工作是在NEXT合作的背景下进行的。
2016-02-09 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Neutrino type identification for atmospheric neutrinos in a large homogeneous liquid scintillation detector
本研究针对大气中微子测量需求,提出一种基于机器学习的大型均匀液体闪烁体探测器中微子类型识别方法,结合PMT波形特征与中子俘获信息实现味及正反中微子区分,模拟结果验证了其在JUNO等未来实验中的应用潜力。
2025-06-13 hep-ex
Monte-Carlo sensitivity study for sterile neutrino search with $^{144}$Ce - $^{144}$Pr source and liquid scintillation detectors of various geometries
本文计算了大体积液体闪烁探测器反演$^{144}$ Ce -$^{144}$ Pr人工源产生的反中微子的$β$ -衰变的预期能谱。在GEANT4.10框架下用Monte-Carlo方法进行了计算,目的是寻找质量约为1 eV的中微子振荡到无菌本征态.分析了不同探测器形状对振荡参数的相对灵敏度。
2019-05-16 hep-ex hep-ph
Scintillation decay time and pulse shape discrimination in oxygenated and deoxygenated solutions of linear alkylbenzene for the SNO+ experiment
SNO+液体闪烁体实验正在加拿大的SNOLAB设施进行。该实验的成功依赖于液体闪烁体线性烷基苯(LAB)的准确表征。在本文中,闪烁衰减时间的α和电子激发在LAB与2 g/L PPO的含氧和脱氧的解决方案。虽然脱氧有望改善液体净化器中的脉冲形状辨别力,但文献中通常没有证明这一点。本文表明,线性烷基苯,脱氧提高了电子和α激发在闪烁体之间的歧视。
2011-02-03 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Characterization of the scintillation time response of liquid argon detectors for dark matter search
本研究利用ARIS探测器数据,表征了四苯基丁二烯延迟响应及电场对脉冲形状判别的影响,以评估液氩探测器在暗物质搜寻中的电子背景抑制能力。
2021-10-11 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Measuring Muon-Induced Neutrons with Liquid Scintillation Detector at Soudan Mine
本文报道了用EJ-301液体闪烁体制造的12升中子探测器在苏丹矿工作两年左右,对μ子感生高能中子的直接探测。探测器对能量从几兆电子伏到$\sim$ 20兆电子伏的响应已经用放射源和宇宙射线μ子校准。随后,我们已经计算了闪烁效率的核反冲,高达几百MeV,使用伯克斯定律的Monte Carlo模拟。从曝光的655.1天的数据进行了分析和中子引起的反冲事件中观察到的能量区域从4兆电子伏至50兆电子伏,对应于快中子的动能高达几百兆电子伏,这取决于散射角。结合Monte Carlo模拟,确定了μ子感生快中子注量为$(2.3 \pm 0.52 (sta.) \pm 0.99 (sys.) ) \times10^{-9}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$(E $_{n}$ $>$ 20 MeV),与模型预测值吻合较好。发现μ子通量为($1.65\pm 0.02 (sta.) \pm 0.1 (sys.) ) \times10^{-7}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$(E $_μ$ $>$ 1 GeV),与其他测量结果一致.结果表明,在苏丹深度,μ子引起的高能γ射线通量为7.08 $\times$ 10 $^{-7}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$(E $_γ$ $>$ 1 MeV).
2014-11-26 hep-ex physics.ins-det
Atmospheric Charged $K/π$ Ratio and Measurement of Muon Annual Modulation with a Liquid Scintillation Detector at Soudan
我们报告测量μ介子年度调制在12升液体闪烁探测器的寿命超过4年在苏丹地下实验室。探测器中的μ子最小电离由其观察到的脉冲形状和大的能量沉积确定。在探测器中测得μ子速率为28.69 $\pm$ 2.09 μ子/天,调制幅度为2.66 $\pm$ 1.0%,相位为7月22日$\pm$ 36.2天。这种年度调制与平流层有效大气温度的变化相关。相关系数$α_{T}$确定为$0.898 \pm 0.025$。这可以解释为测量大气中带电的K介子与π介子($K$ / $π$)的比值为0.094 $^{+0.044}_{-0.061}$($E_{p} > $ 7 TeV),与MINOS远探测器的测量结果一致。为了进一步限制$K$ / $π$比值的取值,利用Geant 4对能量小于100 TeV的初级宇宙线质子进行模拟,研究了$K$ / $π$比值与μ子能量大于0.5 TeV时μ子年调制的相关性.我们发现,在距地球表面30 km的平流层产生点,带电的$K$ / $π$比为0.1598,大于本工作的上限(0.138),不能引起Soudan深度的μ子年调制。
2019-07-22 hep-ex physics.ins-det