Neutral bremsstrahlung and excimer electroluminescence in noble gases and its relevance to two-phase dark matter detectors
比例电致发光（EL）是一种物理效应，用于暗物质搜索的两相探测器中，以光学方式记录（在气相中）液相中粒子散射产生的电离信号。在我们以前的工作中，一个新的EL机制，即中性韧致辐射（NBrS）的存在下，在两相氩探测器的理论和实验证明，除了普通的EL机制，由于受激准分子发射。在这项工作中，类似的理论方法适用于所有的稀有气体，即整体氦，氖，氩，氪和氙，计算的EL产量和光谱NBrS和激基缔合物EL。所获得的结果的相关性的两相暗物质探测器的发展进行了讨论。
2021-07-14 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Overview of Non-Liquid Noble Direct Detection Dark Matter Experiments
在过去的几年里，在暗物质直接探测领域取得了许多进展。在这篇文章中，我将回顾的进展和状态的实验，采用检测技术，不使用稀有液体。首先，我将介绍暗物质领域，并讨论所有暗物质实验所面临的背景挑战。我还将讨论当前一代和下一代暗物质实验所采用的各种探测技术。最后，我将讨论最近的结果和当前和未来的直接检测实验的状态。
2014-11-03 astro-ph.IM physics.ins-det
Liquid Hole-Multipliers: A potential concept for large single-phase noble-liquid TPCs of rare events
提出了一种新的大体积单相贵液TPC探测器的概念。用浸没在惰性液体中的液体空穴倍增器（LHM）探测辐射感生的双折射光和电离电荷。后者可以由级联的气体电子倍增器（GEM）、厚气体电子倍增器（THGEM）电极或其他电极组成，涂覆有CsI UV光电阴极。在CsI上由贵金属液体中的初级闪烁引起的光致电子和与事件相关的漂移电离电子主要通过电致发光在级联元件中被放大，并且可能通过在孔内发生的额外的适度雪崩被放大。所产生的电荷信号或光脉冲分别记录在阳极垫上或用光电传感器（例如，气体光电倍增管（GPM））记录。潜在的负担得起的解决方案，提出了多吨暗物质探测器，公开的问题，制定验证这个梦想。
2013-03-18 physics.ins-det
Development of a novel, windowless, amorphous selenium based photodetector for use in liquid noble detectors
检测由液体贵金属元素产生的真空紫外（VUV）闪烁光是一个核心挑战，以便充分利用这些介质的检测器中可用的定时，拓扑和量热信息。在本文中，我们描述了一种新的，无窗口的非晶硒基光电探测器与直接敏感的真空紫外光。我们在这里提出的制造和实验设置用于操作该检测器在低传输电场（2.7-5.2 V/ $μ$ m）和在很宽的温度范围（77 K-290 K）。这项工作表明，第一个原理验证设备无窗非晶硒在低温条件下是鲁棒的，在低温下对VUV光有响应，并保持氩气纯度。这些发现激发了对用于同时检测贵元素探测器中的闪烁光和电离电荷的非晶硒器件的持续探索。
2022-07-22 hep-ex physics.ins-det
High Voltage in Noble Liquids for High Energy Physics
2013年11月8日至9日在费米实验室举行了一次研讨会，讨论在惰性液体中使用高电压的挑战。与会者横跨中微子、暗物质和电偶极矩物理学领域。研讨会上的所有专题介绍都是在全体会议上进行的。本文件总结了在这些领域中开发惰性液体高压系统的实验经验和教训。
2014-03-18 physics.ins-det
Cryogenic User Facilities for R&D on Noble Liquid Detectors and Low Temperature Devices
低温试验设施是许多领域物理实验的关键基础设施，也许最值得注意的是用惰性液体探测器进行粒子探测、低温设备开发和量子信息研究。然而，建造和运营这些设施需要大量投资和技术知识。本白皮书讨论了旨在扩大科学界测试能力可用性的用户设施建议。
2022-03-14 hep-ex physics.ins-det quant-ph
New candidate polymeric wavelength shifters for noble liquid detectors
本研究针对大型液氩探测器的波长移位器需求，探究新型聚合物PVN的低温波长移位性能，发现其虽脆性较高但移位效率和时间响应与PEN相当，为惰性液体探测器提供了新的候选材料。
2025-03-31 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
CsI-THGEM gaseous photomultipliers for RICH and noble-liquid detectors
总结了由碘化铯涂层THGEM电子倍增器构成的紫外光子成像探测器的性能。本文介绍了探测稀有液体中切伦科夫光和闪烁光子的新结果。
2010-09-29 physics.ins-det
First observation of neutral bremsstrahlung electroluminescence in liquid argon
本研究利用GEM和THGEM结构，首次在90 kV/cm电场的液氩中观测到中性轫致辐射电致发光，测量的绝对光产额与采用动量转移截面计算的理论结果高度吻合，证实了稀有液体中存在该效应的预测。
2023-12-14 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Lindhard integral equation with binding energy applied to light and charge yields of nuclear recoils in noble liquid detectors
本文提出了一个基于结合能Lindhard积分方程的低能核反冲电离效率或淬灭因子的模型，并将其应用于惰性液体探测器中核反冲的相对闪烁效率和电荷产额的计算。猝灭模型结合了恒定的平均结合能以及与离子速度成比例的电子阻止本领，并且是分析电荷重组过程以预测电离和闪烁产率的重要输入。我们的研究结果与NEST模拟的Leptin和LAr，并与现有的数据很好地吻合。这些研究与当前和未来使用稀有液体作为中微子物理靶的实验以及直接寻找暗物质有关。
2023-03-23 physics.ins-det
Using 220Rn to calibrate liquid noble gas detectors
本文介绍了为液体惰性气体探测器研制的~（220）Rn刻度源。该源的主要优点是它可以提供212 Bi-212 Po连续事件，这使我们能够通过比较212 Bi的低能量事件和来自212 Po的相应的较高能量α射线来评估探测器在低能量下的顶点分辨率。由于220 Rn是稀有气体，当使用氙作为载气引入时，可以使用热金属吸气剂。此外，在校准完成后，检测器中不会留下长寿命放射性同位素;这与使用留下长寿命放射性的222 Rn相比具有明显的优势，即，210铅。使用一个小型的液体氙测试室，我们开发了一个系统，通过氙载气引入220 Rn;我们证明了在我们的测试环境中成功引入6倍10^2的220 Rn原子。
2016-03-08 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
Design and operation of a flash lamp for vacuum ultraviolet light production
Universität Bern（伯尔尼大学）
本文介绍了一种用于测试真空紫外光敏传感器的闪光灯设计，并在室温下进行了原型运行，旨在为稀有液体探测器提供光源。
2026-05-14 hep-ex physics.ins-det
Design of a Large Area Digital SiPM with High Fill Factor and Fully Serial Digital Readout for Single Photon Detection in Liquid Noble Gas Detectors
本文设计了一种集成单光子雪崩二极管与CMOS读出的大面积数字SiPM芯片，具有高填充因子和全串行数字读出，可用于液态惰性气体暗物质探测中的单光子探测。
2025-01-23 hep-ex physics.ins-det
A Comprehensive Monte Carlo Simulation Tool on Electron Transport in Noble Gases and Liquids
本文开发了基于C++和MATLAB的蒙特卡罗模拟工具，用于惰性气体和液体中电子输运，通过群参数验证，支持探测器设计。
2025-01-13 physics.ins-det
Snowmass 2021 Scintillating Bubble Chambers: Liquid-noble Bubble Chambers for Dark Matter and CE$ν$NS Detection
闪烁气泡室（SBC）协作组正在开发液体惰性泡室，用于低质量（GeV级）暗物质的准无背景探测和低能（MeV级）中微子的相干散射（CE $ν$ NS）。这项技术的第一个物理规模的演示器，一个10公斤的液氩气泡室被称为SBC-LAr 10，现在正在费米实验室调试。该装置将校准本底鉴别能力和过热氩对能量低至100 eV的核反冲的灵敏度。第二个功能相同的探测器，重点是放射纯建设正在建设的SBC的第一个暗物质搜索在SNOLAB。在1 GeV $/c^2$暗物质粒子质量下，该搜索的预计自旋无关灵敏度约为$10^{-43}$ cm $^2$。的可扩展性和背景的歧视权力的液体贵族气泡室使这项技术成为一个令人信服的候选人，为未来的暗物质搜索太阳中微子雾在1 GeV的$/c^2$粒子质量（需要$\sim$吨-年曝光与非中微子背景次主导的太阳CE $ν$ NS信号）和高统计CE $ν$ NS研究在核反应堆。
2022-09-29 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Numerical Estimation of Primary Ionization with Noble Gases
本文利用Geant4模拟电子和正电子在稀有气体中的初级电离，分离初级与次级粒子以抑制放电损伤，并发现氙气初级电离最高。
2024-07-04 hep-ex physics.ins-det
Characterization of large area photomultipliers and its application to dark matter search with noble liquid detectors
人们越来越感兴趣的是使用惰性液体探测器来研究粒子的性质和寻找新的现象。特别是，它们非常适合直接搜索暗物质。在这种实验中，在敏感体积内相互作用后产生的光通常由光电倍增管读出。需要去吨规模的群众，以探索更深的区域的参数空间，要求使用大面积光电倍增管。在本文中，我们解决了需要进行实验室校准测量这些大型光电倍增管，特别是在低温下，没有参考的制造商是可用的特性。我们目前的比较测试的光电管从两个公司。测试在与实际实验中的操作条件类似的条件下进行。测量最相关的光电管参数（量子效率、增益、线性度等）报告了在室温和液态氩温度下的情况。结果表明，所研究的光电管符合严格的要求，目前的暗物质搜索与贵液探测器进行。
2007-11-27 physics.ins-det
Calibration of a Liquid Xenon Detector with Kr-83m
本文报道了Kr-83 m源的制备及其在标定液体氙探测器中的应用。Kr-83 m原子是由沸石分子筛中捕获的Rb-83原子衰变产生的，然后引入到液体氙中。衰变的Kr-83 m核通过液体氙闪烁被探测到。在Kr-83 m的衰变过程中，分别观测到能量为9.4keV和32.1keV的转换电子。该校准源将允许在低能量下表征稀有液体探测器的闪烁和电离响应，对于寻找WIMP暗物质非常有价值。Kr-83 m也可以用于测量流体动力学，既可以理解基于惰性液体的粒子探测器中的净化，也可以用于超流氦中经典和量子湍流的研究。
2009-12-11 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Imaging with SiPMs in noble-gas detectors
硅光电倍增器（SiPMs）是一种广泛应用于各种高能物理和核物理实验中的光电传感器。在用于双β衰变和暗物质实验的惰性气体探测器中，SiPM是用于成像的有吸引力的光电传感器。然而，它们对稀有气体（氙和氩）发射的VUV闪烁不敏感。在NEXT实验中，通过用四苯基丁二烯（TPB）涂覆SiPM以将VUV光转换成可见光来克服这个困难。城规会要求严格的储存和操作条件，以防止其被环境因子降解。因此，紫外敏感SiPM的发展是最感兴趣的实验，使用电致发光的稀有气体检测器。这是一个特别重要的问题，一个强大的和背景自由的氙气双β实验的NEXT目标。由Hamamatsu提供的UV增强SiPM的光子检测效率（PDE）针对250-500 nm范围内的光进行测定。还测定了相同型号（S10362-33- 50 C）的标准SiPM（涂有和未涂有TPB）的PDE以进行比较。在250-350 nm的UV范围内，标准SiPM的PDE显示出强烈降低，降至约3%。无窗口的UV增强SiPM在325 nm处具有44%的最大PDE，在250 nm处具有30%的最大PDE。具有硅树脂窗口的UV增强SiPM的PDE在UV范围内具有类似的趋势，尽管其低约30%。在250-315 nm范围内，TPB涂覆的SiPM显示出比未涂覆的SiPM高约6倍的PDE。然而，这低于相同波长范围内的UV增强原型的性能。讨论了紫外增强SiPM在稀有气体探测器中的…
2012-11-22 hep-ex physics.ins-det
A radon emanation measurement system at the Carleton Noble Liquid Detector Laboratory
Department of Physics, Carleton University（卡尔顿大学物理系）
该研究开发了用于低背景实验的氡逸出测量系统，通过不锈钢逸出室、低背景ZnS(Ag)细胞和氡转移收集装置，研究材料在真空条件下的氡逸出，并用于减少未来稀有事件搜索实验的背景。
2026-04-28 hep-ex physics.ins-det
Further studies of GEM performance in dense noble gases
我们进一步研究了单，双和三重气体电子倍增器（GEM）探测器在纯惰性气体在高压下，在1-10大气压的范围内的性能。我们证实，轻稀有气体，特别是He及其与Kr的混合物，具有最高的增益，达到10^6，并且具有不寻常的增益对压力的依赖性。详细研究了GEM数目、GEM孔径和间距对测量结果的影响。在他，雪崩引起的二次闪烁观察到在高增益，使用金属光阴极。这些结果在惰性气体雪崩机制和X射线、中子和低温粒子探测器领域具有重要意义。
2002-11-25 hep-ex physics.ins-det
Space Charge Effects in Noble Liquid Calorimeters and Time Projection Chambers
电离探测器中的空间电荷的主题进行了审查，显示如何观察和用于描述的效果的形式主义已经演变，开始应用到量热计，并达到最近的大尺寸时间投影室。一般标度律，和不同的方式来呈现和建模的影响。讨论了探测器侧面的空间电荷效应和边界条件之间的关系，以及减轻部分效应的设计方案。漂移长度和横向探测器尺寸的相对大小的影响进行了说明。简要讨论了校准方法。
2021-02-11 physics.ins-det
New method of 85Kr reduction in a noble gas based low-background detector
氪-85是一种人为β衰变同位素，在暗物质和中微子实验中产生低能背景，特别是那些基于液体氙的实验。已经开发了几种技术来降低这些实验中的Kr浓度。我们建议通过首先向氙中加入不含85 Kr的氪样品来增强这些分离技术，其量远远大于已经存在的天然氪。在纯化系统将总Kr浓度降低到相同水平之后，最终的85 Kr浓度将通过稀释因子进一步降低。组装了用于测量各种氪样品的活性的测试单元，并测量了25年的氪的活性。测得的活动与预期的活动，占85氪的地球大气中的丰度在1990年和同位素的半衰期。为了证明测试电池的灵敏度，已经对1944年（原子时代之前）生产的Kr样品进行了额外的测试。
2016-11-22 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Evaluation of various planar gaseous detectors with CsI photocathodes for the detection of primary scintillation light from noble gases
稀有气体和液体是极好的闪烁剂，这为直接探测这些介质中由光子或粒子产生的初级闪烁光提供了独特的机会。该信号可以用于多种目的，例如作为TPC的启动信号或用于颗粒识别。通常使用光电倍增管（PM）来检测闪烁光。在我们以前的工作中，我们已经证明，昂贵的PM可以取代气体探测器与碘化铯光电阴极。这种探测器具有与最好的PM相同的量子效率，但同时便宜、简单并且具有高的位置和时间分辨率。本工作的目的是评价各种CsI光电探测器的平面型气体探测器，以选择最好的一种探测惰性气体和液体的初级闪烁光。
2001-06-21 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
Characterization of the QUartz Photon Intensifying Detector (QUPID) for Noble Liquid Detectors
暗物质和双β衰变实验要求探测器材料中的放射性极低。为此，加州大学洛杉矶分校和滨松光子学公司开发了QUartz光子增强探测器（QUPID），这是一种基于混合雪崩光电二极管（HAPD）的超低背景光电探测器，完全由超净合成熔融石英制成。在这项工作中，我们提出了QUPID的基本概念和测试测量的QUPID从第一条生产线。在Gran Sasso的Gator设施进行的放射性筛查表明，QUPID安全地满足了蒙特卡罗模拟设定的下一代零背景实验的低放射性污染要求。在氙闪烁波长处，QUPID在室温下的量子效率> 30%。在低温下，QUPID的漏电流小于1 nA，全局增益为10^5。在这些条件下，光电阴极和阳极显示> 95%的线性度，阴极高达1 μ A，阳极高达3 mA。光电阴极和收集效率在整个表面上均匀到80%。与单光子计数能力并行，QUPID具有良好的时序响应：1.8 +/- 0.1 ns上升时间，2.5 +/- 0.2 ns下降时间，4.20 +/- 0.05 ns脉冲宽度和160 +/- 30 ps渡越时间扩展。QUPID还在液体氙环境中进行了测试，并观察到来自57 Co和210 Po放射源的闪烁光。
2011-07-15 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
A Noble Gas Detector with Electroluminescence Readout based on an Array of APDs
我们提出的雪崩光电二极管（APD）的阵列的电致发光检测器的读出操作的结果。探测器包含24个APD，它们之间的间距为15 mm，允许同时进行能量和位置测量。在氙（3.8巴）和氩（4.8巴）进行测量，显示出良好的能量分辨率为5.3%FWHM在60 keV的氙和9.4%，在氩气中分别。在蒙特卡洛研究之后，可以通过减小传感器之间的间距来显著提高性能。
2015-11-06 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
Cryogenic setup for the characterization of wavelength-shifting materials for noble element radiation detectors
本研究开发了一套基于SiPM、以气态氩α闪烁为真空紫外光源的低温装置，用于表征PEN、TPB等波长转换材料的效率，还规划了支持类GEM结构研究的升级，为稀有元素辐射探测器的光收集优化提供支撑。
2024-01-10 physics.ins-det
Snowmass Instrumentation Frontier IF08 Topical Group Report: Noble Element Detectors
粒子探测器利用气态、液态或固态的稀有元素，在中微子和暗物质实验中很普遍，也在较小程度上用于基于对撞机的粒子物理实验。这些实验利用了基于贵元素的粒子探测器中可实现的非常大的超纯目标体积和可能的多个可观察信号通路。随着这些实验寻求提高其灵敏度，将需要新的和改进的技术来提高其测量的精度，并扩大其物理计划的范围。HEP社区在Snowmass过程中确定的贵元素仪器研发领域有五个关键信息：IF 08 -1）加强和结合现有模式（闪烁和电子漂移）以增加信噪比和重建保真度; IF 08 -2）开发贵元素信号检测的新模式，包括基于离子漂移、亚稳流体、固相检测器和溶解靶的方法。还应支持合作和蓝天研发，以推动这一领域的进步; IF 08 -3）提高对探测器微观物理学的理解，并校准探测器在新信号机制中的响应; IF 08 -4）应对缩放技术方面的挑战，包括材料纯化、背景缓解、大面积读出和磁化;和IF 08 -5）训练下一代研究人员，使用快速周转的仪器项目，提供在超大规模实验中不再可能的通过结果进行设计的训练。本专题组报告确定并记录了贵元素探测器技术的最新发展和未来需求。此外，我们强调这一研究领域为下一代科学家提供继续培训的机会。
2022-09-15 physics.ins-det
Transient thermal effects in solid noble gases as materials for the detection of Dark Matter
对固体惰性气体中反冲停止所产生的瞬态现象进行了模拟，反冲停止是由来自星系晕的WIMP的弹性散射过程引起的，晶格和电子子系统的温度与反冲轨道的距离以及从其通过的时间的依赖关系。分析了在不同初始温度和WIMP能量下，Ar、Kr和Ar中产生的这些热瞬变的特性，并与靶的特性和反冲的能量损失进行了关联。结果进行了比较，由相同的WIMPs在Si和Ge中产生的热尖峰。在所研究的能量范围内，自反冲、局部相变、甚至液-气相变的能量可达几十keV，并建立了阈值参数。
2011-07-06 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Vertically stacked amorphous selenium based VUV photodetectors for use in liquid noble detectors
研究提出一种垂直堆叠非晶硒基VUV光电探测器，在低温下高效转换光为电荷，并通过石墨烯顶电极增强信号，为大型时间投影室集成传感器提供新方案。
2024-11-13 hep-ex physics.ins-det
Development and characterization of noble solid bolometers
惰性液体探测器已经成为探索标准模型之外的物理学的一个有吸引力的选择。目前的实验正在使用这些探测器来寻找暗物质相互作用、无中微子双β衰变和其他现象。通过优化电离和闪烁两个检测通道的组合，可以提高能量分辨率。在实验上，已经观察到这些信号之间的微观反相关行为，但尚未从第一原理描述。在第三通道中进行测量将提供关于微观反相关现象的有用信息。德雷克塞尔大学目前正在开发固体氩和氙测辐射热计，这种测辐射热计除了电离和闪烁外，还能够利用热通道。目前的努力旨在开发一种用于在低至10 K的宽温度范围内通过气相沉积在衬底上生长小的贵金属固体样品的方法。了解样品生长是开发集成检测器组件以测量电离和闪烁信号的技术的第一步。这将允许改进作为检测器介质的贵金属固体的表征。在未来，努力将集中在这些探测器在德雷克塞尔稀释冰箱，其中样品可以冷却到20 mK，包括三个检测通道的同时读出测辐射热测量的增长。
2019-10-14 physics.ins-det
GPU optical photon Monte Carlo for noble liquid detectors: validation against Geant4 in a large liquid argon TPC benchmark
Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
提出基于GPU的光学模拟工具Simphony，通过CUDA和OptiX实现波长偏移模型，在14.7 kt液氩TPC基准测试中与Geant4验证，光学传输速度提升1053倍，端到端加速89倍。
2026-06-05 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
High-Temperature Superconducting Level Meter for Liquid Argon Detectors
在中微子研究和暗物质搜索中，电容装置通常被用作探测器，测量探测器中惰性液体的水平。在这项工作中，我们描述了使用高温超导材料作为替代控制的低温惰性液体的水平。实验室测量表明，超导体表现出线性行为，高度稳定，并提供了非常准确的液体体积测定。因此，该设备是一种具有竞争力的仪器，并显示出优于传统液位计的几个优点。
2008-11-25 physics.ins-det
Design of a high voltage delivery system for noble liquid time projection chambers
Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；TAE Technologies（TAE技术公司）；Stanford University（斯坦福大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Canadian Nuclear Laboratories（加拿大核实验室）；Carleton University（卡尔顿大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；University of Bern（伯尔尼大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出了一种专为nEXO实验设计的高电压输送系统，以提高惰性液体时间投影室的稳定性和辐射纯度。
2026-02-27 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Efficient noble gas purification using hot getters and gas circulation by convection
本研究针对惰性气体辐射探测器的高纯度需求，采用波形分析法定量评估了锆基热吸气剂结合对流循环纯化法的效果，测得纯Xe中总杂质低于4 ppm、电子寿命达2.1±0.1 ms，验证了该简易纯化方法的高性能。
2024-10-29 physics.ins-det
A novel nuclear recoil calibration for liquid noble gas detectors
针对暗物质探测中核反冲校准的不足，本文提出利用氦束（α粒子）校准液氦探测器，实现低能、单能、可调通量，以精确匹配实验目标区域并减少事件堆积。
2024-05-24 astro-ph.IM physics.ins-det
A liquid-phase loop-mode argon purification system
针对惰性流体探测器的高纯度需求，研发基于铜催化剂与4Å分子筛的中型液相循环液氩纯化系统，可实现商用液氩的高效纯化及受污染液氩的寿命恢复。
2024-01-23 astro-ph.IM physics.ins-det
Low-Energy (<10 keV) Electron Ionization and Recombination Model for a Liquid Argon Detector
详细了解稀有液体探测器的电离过程，对于它们在诸如寻找暗物质和相干弹性中微子-核散射等应用中的应用是重要的。稀有液体探测器对低能电离事件的响应目前还知之甚少。我们描述了一种新的模拟工具，它预测了电子能量沉积（E <10 keV）在液态Ar中的电离产额，包括产额对外加电漂移场的依赖性。用新模型计算了$^{37}$ Ar β衰变和$^{55}$ Fe X射线在液氩探测器中产生的电离信号。
2014-03-14 physics.atom-ph physics.ins-det
Study and mitigation of spurious electron emission from cathodic wires in noble liquid time projection chambers
贵金属液体辐射探测器的阴极电极产生的假电子发射一直困扰着探测器。在寻找弱相互作用暗物质或无中微子双β衰变的下一代液体氙（LXe）实验中，以及在用于长基线中微子计划的大型液体氩（LAr）探测器中，必须理解和减轻这种现象。我们提出了一个系统的研究，这种杂散发射涉及一系列的缓慢的电压斜坡测试细金属线浸没在一个两相氙时间投影室与单电子灵敏度。因此，通过电子计数可以检测到低至$10^{-18}$ A的发射电流，这是对以前专用测量的巨大改进。在某些导线中，在低至$\sim$ 10 kV/cm的表面场记录到发射事件，并观察到具有复杂的发射模式，平均速率为10-200计数每秒（c/s），爆发高达$\sim$ 10 $^6$ c/s。在所有未处理的样品中也存在较暗、可变性较小的发射类型。有证据表明部分调节效应，随后的测试平均产生更少的发射器发生在不同的领域相同的电线。我们没有发现一个固有的阈值特定的金属-Leptin界面，这可能限制了以前的实验，至少160千伏/厘米的领域的证据。一般的现象是不一致的增强场发射从微观灯丝，但它似乎，而不是相关的腐蚀和其氧化层的性质方面的线表面的质量。这项研究的结论是，一些表面处理，特别是硝酸清洗不锈钢丝，可以带来至少一个数量级的整体电子发射率的改善，这应该有助于下一代探测器实现所需的静电性能。
2018-06-11 physics.ins-det
Temperature dependence of alpha-induced scintillation in the 1,1,4,4-tetraphenyl-1,3-butadiene wavelength shifter
基于液体贵金属的粒子探测器通常使用有机波长移位器1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯（TPB），其将UV闪烁光移位到可见区域，促进其探测，但其也可以自行移位。基于这种类型的探测器的暗物质搜索通常依赖于用于背景减轻的脉冲形状鉴别（PSD）。因此，α引起的闪烁代表了暗物质搜索中可能的背景源。这种闪烁的定时特性决定了是否可以通过PSD减轻这种背景。因此，我们的特点是脉冲形状和光产额的α诱导TPB闪烁的温度范围从300 K到4 K，特别注意到液体惰性气体的温度。我们发现，脉冲形状和光产额强烈依赖于温度。此外，显着的贡献长时间常数以上~50 K提供了一个途径TPB的α衰变事件和惰性液体探测器中的核反冲事件之间的歧视。
2016-06-07 astro-ph.IM physics.ins-det
Progress with Xenon Liquid Hole Multipliers
气泡辅助液体空穴倍增器（LHM）是近年来提出的一种在贵液时间投影室中联合探测电离电子和初级闪烁光子的概念。LHM包括浸没在液体中的穿孔微图案电极（例如，厚气体电子倍增器（Thick Gas Electron Multiplier）- THGEM或气体电子倍增器（Gas Electron Multiplier）- GEM），其中惰性气体的气泡支撑在下面。从碘化铯光电阴极中提取的电离电子和双折射诱导的光电子漂移通过电极的孔，并在气泡中诱导电致发光（EL）信号;这些信号由位于电极下方的光子探测器记录。我们提出了最近的结果在LHM的发展，比较不同的电极电离和光子诱导的电子的响应。
2017-07-31 physics.ins-det
Revealing neutral bremsstrahlung in two-phase argon electroluminescence
惰性气体中的比例电致发光（EL）长期以来一直被用于两相探测器中，用于暗物质搜索，以记录由惰性气体液体中的粒子散射引起的电离信号（S2信号）。直到最近，人们认为成比例的电致发光完全是由于惰性气体准分子在与激发原子的原子碰撞中产生的VUV发射，后者又由漂移电子产生。在这项工作中，我们考虑了比例电致发光的另一种机制，即漂移电子散射在中性原子上的韧致辐射（所谓的中性韧致辐射），在这里从理论和实验两方面进行了系统的研究。特别是，绝对EL产量已首次在纯气态氩中的两相模式下测量，使用专用的两相检测器与EL间隙光学读出的低温光电倍增管和SiPM。我们表明，中性韧致辐射效应可以解释两个有趣的观察EL辐射：非真空紫外光谱分量的实质性贡献，从紫外到近红外，和光子发射在较低的电场，低于Ar激发阈值。讨论了中性韧致辐射效应在双相暗物质探测器中的可能应用。
2018-06-20 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Development of very-thick transparent GEMs with wavelength-shifting capability for noble element TPCs
本文提出了在时间投影室中同时探测一次和二次闪烁的新概念。其核心元件是一种非常厚的GEM结构，配有透明电极，由聚萘二甲酸乙二醇酯板加工而成，这是一种天然的波长移动器。这种器件具有良好的可扩展性前景，并且凭借其真正的光学特性，它可以提高传统微图案气体检测器的光收集效率、能量阈值和分辨率。这与其构成元素的固有放射性纯度一起为用于暗物质搜索和中微子实验的基于惰性气体和液体的时间投影室提供了优势。生产，光学和电气特性，并与新设备进行首次测量报告。
2022-03-15 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Enhancement of NEST Capabilities for Simulating Low-Energy Recoils in Liquid Xenon
贵元素模拟技术（NEST）是一个详尽的模型集合，解释了贵元素的闪烁光和电离产额作为粒子类型（核反冲、电子反冲、α）、电场和入射能量或能量损失dE/dx的函数。它被打包为Geant 4的C++代码，实现了上述模型，覆盖了默认模型，该模型没有考虑某些复杂性，例如与电子反冲（ER）相比，核反冲（NR）的产量减少。我们在这里提出了改进现有的NEST模型和更新的代码，使包更现实，并把它变成一个更成熟的蒙特卡罗模拟。在得出当前模型时，已考虑了迄今为止NR和ER上所有可用的液体氙数据。此外，NEST解决了核反冲的光和电荷产额的大小，包括它们的电场依赖性的问题，从而揭示了液体氙探测器检测或排除低质量暗物质WIMP的可能性。
2013-07-24 astro-ph.IM physics.ins-det
Bubble dynamics in Liquid Hole Multipliers
在为贵液辐射探测器而开发的气泡辅助液孔倍增器（LHM）中，气泡的稳定性和液-气界面的机电特性对探测器的性能起着决定性的作用。提出了一个模型，以评估气泡的静力平衡配置的穿孔电极浸没在液体中。第一次在LAr中光学观察到气泡;研究了它们与不同材料表面接触的特性。这允许调查的气泡电动力学通过数值模拟，它表明，电场作为一个额外的压力项上的气泡弯月面。在STP条件下，在水中和硅油中使用X射线显微CT成功验证了液-气界面的预测。所提出的模型和本研究的结果是理解和优化基于LHM的贵液探测器的参数的重要里程碑。
2021-07-26 physics.ins-det
Proposed low-energy absolute calibration of nuclear recoils in a dual-phase noble element TPC using D-D neutron scattering kinematics
本文提出了一种新的用于标定大型贵元素双相时间投影室中的核反冲的方法，该方法用于在本地星系晕中寻找WIMP暗物质。该技术使用检测器体积内的多个中子相互作用之间的测量散射角来提供目标介质的低能核反冲响应的$\textit{in situ}$测量。这种校准的低能量范围和简化的系统学对于几个领先的暗物质实验的低质量WIMP灵敏度具有特别的意义。讨论了改进这种校准技术的多种策略，包括创建一种新型的准单能272 keV中子源。我们报告的结果，从飞行时间为基础的测量产生的一个阿德尔菲技术公司的中子能谱。DD108中子发生器，确认其适用于拟议的核反冲校准。
2016-08-18 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
High pressure operation of the triple-GEM detector in pure Ne, Ar and Xe
本文研究了三重GEM探测器在纯惰性气体Ne、Ar和N2中，在1 ~ 10个大气压范围内的性能。在Ar和Ar气中，探测器的最大可获得增益在压力超过3个大气压时突然下降。相反，发现Ne的最大增益随压力增加，在7个大气压下达到100，000的值。所获得的结果对于开发用于太阳中微子和暗物质搜索的惰性气体基低温粒子探测器特别有意义。
2001-03-28 physics.ins-det
A Study of the Operation of Especially Designed Photosensitive Gaseous Detectors at Cryogenic Temperatures
在某些实验和应用中，需要在低温下工作的大面积光敏探测器。现在，真空PM通常用于此目的。我们已经开发出特殊设计的平面光敏气体探测器，能够在低温下工作。这种检测器是便宜得多的PM，并且几乎对磁场不敏感。系统测量其量子效率，最大可实现的增益和长期稳定性的结果将提交。这些探测器的成功运行为在处理低温液体的某些应用中用光敏气体探测器代替PM开辟了现实的可能性;例如在使用稀有液体TPC或稀有液体蒸发量热计的实验中。
2005-12-01 physics.ins-det
A Rn-220 source for the calibration of low-background experiments
我们表征两个40 kBq源的电沉积Th-228用于低本底实验。这些源有效地散发Rn-220，一种可以在检测器体积中扩散的惰性气体。Rn-220及其子体同位素产生α、β和γ辐射，这些辐射可用于校准各种探测器响应和特征，然后在短短几天内完全衰变。我们进行各种测试，以限制其他长寿命同位素的释放。特别地，我们发现Th-228的放射性小于0.008 atoms/min/kBq（90%CL），Ra-224的放射性为1.53 atoms/min/kBq。这些源特别适用于校准采用液态稀有元素（如氩和氙）的探测器。随着源安装在惰性气体系统中，我们证明了过滤器在进一步降低这些长寿命同位素的活性方面非常有效。因此，我们确认了这些源的适用性，甚至用于下一代实验，如XENON 1 T/XENONnT，LZ和nEXO。
2016-05-25 astro-ph.IM physics.ins-det
Triple GEM operation in compressed He and Kr
我们研究了三重GEM（气体电子倍增器）检测器在纯稀有气体He和Kr在高压下，从1到15个大气压变化的性能。在这些气体中的操作进行比较，最近研究的Ne，Ar和氘。结果表明，轻稀有气体He和Ne具有优越的性能：最高增益，接近10^5，并且增益对压力的依赖性不寻常。特别是，在He和Ne中的最大增益不随压力而降低，与Ar，Kr和Ar相反。这些结果对于理解惰性气体中电子雪崩的基本机制以及在低温粒子探测器、X射线成像和中子探测器中的应用具有重要意义。
2002-08-05 physics.ins-det
Advances in Cryogenic Avalanche Detectors
低温雪崩探测器（Cryogenic Avalanche Detectors，CRAD）是一种新型的惰性气体探测器，工作在低温下，探测介质为气态、液态或两相（液-气）状态。电子雪崩由微图案气体检测器（MPGD）倍增器提供，特别是在致密惰性气体中在低温温度下操作的GEM和THGEM。这类探测器的最终目标是为稀有事件实验和医学应用开发具有极限灵敏度的大容量探测器，如相干中微子-核散射、直接暗物质搜索、天体物理学（太阳和超新星）中微子探测实验和正电子发射断层成像技术。这篇综述是第一次尝试总结不同群体获得的CRAD性能的结果。一个简单的概述可用的CRAD概念也给出了最显着的CRAD物理效应进行了讨论。
2015-03-29 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
First Imaging Results of a Bubble-assisted Liquid Hole Multiplier with SiPM readout in Liquid Xenon
首次给出了液体空穴倍增器（LHM）与四极硅光电倍增器（SiPM）阵列耦合后在液体氙中的成像结果。由5.5 MeV α粒子沉积在惰性液体中的电离电子被收集到厚气体电子倍增器（THGEM）电极的孔中，该电极具有被捕获在下面的氙气气泡。它们通过液-气界面漂移，在气泡内引起电致发光。由此产生的光子用Hamamatsu VUV 4 quad-SiPM阵列检测-提供具有6.6%的仅电荷RMS分辨率的沉积能量。图像重建分辨率估计为~200 um（RMS）。
2019-01-14 hep-ex physics.ins-det
