Fabrication and Characterization of High-Purity Germanium Detectors with Amorphous Germanium Contacts
无中微子双β衰变和暗物质实验需要大型高纯锗（HPGe）探测器。目前，大的（直径> 4英寸）HPGe晶体可以在南达科他大学（USD）生长。我们验证生长的晶体的质量是足够的，用于大型探测器制造和表征较小的HPGe探测器由这些晶体。我们报告的结果，从八个探测器制造超过六个月，使用晶体生长在USD。非晶锗（a-Ge）接触用于阻挡电子和空穴。两种类型的几何形状被用来制造HPGe探测器。因此，在USD的小型平面探测器的制造过程中进行了详细的讨论。针对8个探测器分析了程序和几何结构对探测器性能的影响。我们通过测量泄漏电流，电容和能量分辨率在662千电子伏的Cs-137源，其特征在于检测器。四个探测器表现出良好的性能，这表明在USD生长的晶体是适合用于制作HPGe探测器。
2019-02-14 nucl-ex physics.ins-det
The MAJORANA DEMONSTRATOR: A Search for Neutrinoless Double-beta Decay of Germanium-76
{ \sc Majorana}合作正在使用$^{76}$ Ge寻找无中微子双β衰变，该物质已被证明在灵敏度和背景方面具有许多优势。对无中微子双β衰变的观测将表明轻子数被破坏，中微子是马约拉纳粒子，同时将提供中微子质量的信息。要获得对中微子质量在反层次区域（$15 - 50$ meV）的灵敏度，就需要大型的、吨级的探测器，其背景极低，在信号区域内的水平为$\sim$ 1计数/t-y或更低。在能源部核物理办公室和NSF粒子天体物理学的资助下，{ \sc Majorana}合作正在建造{ \sc演示器}，这是一个由40公斤p型点接触高纯锗（HPGe）探测器组成的阵列，其中30公斤$\sim$将在$^{76}$ Ge中富集到87%。{ \sc Demonstrator}正在4850'标高（4300 m.w.e.）的洁净室实验室设施中建造桑福德地下研究设施（SURF）在铅，SD。它采用紧凑的分级屏蔽方法，内部由超净铜组成，在地下进行电铸和机加工。{ \sc Demonstrator}的主要目的是展示未来吨级测量在背景和可扩展性方面的可行性。
2013-07-30 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Search for Neutrinoless Double-Beta Decay
在海德堡-莫斯科（HDM）和国际锗实验（IGEX）小组的开创性工作之后，目前正在进行的第二轮无中微子双$β$衰变搜索已经或将使双$β$衰变候选者的寿命极限提高2至3倍，在不久的将来达到$T_{1/2} = 3 \times 10^{25}$年的水平。本次演讲将集中在大规模实验GERDA，EXO-200和KamLAND-Zen，这些实验已经报告了超过$10^{25}$年的较低半衰期时间限制。特别强调的是KamLAND-Zen，预计将接近倒置的层次制度之前，未来的1吨实验探测完全寿命或有效的中微子质量制度，开始在$\approx 2 \times 10^{26}$年或$\approx 50$毫电子伏。
2014-12-01 nucl-ex physics.ins-det
Search for Neutrinoless Double-Beta Decay of $^{76}$Ge with a Natural Broad Energy Germanium Detector
在中国锦屏地下实验室（CJPL）上运行了一台天然宽能锗（BEGe）探测器，以研究建立下一代$^{76}$ Ge无中微子双β（0{ $νββ$ }）衰变实验的可行性。本文介绍了样机的建立、BEGe探测器的特点、背景消除方法和数据分析。本底指数为6.4 $\times$ × 10 $^{-3}$计数/（keV $\cdot$ kg $\cdot$/天），比我们以前的CDEX-1检测器结果低1.86倍。在186.4 kg $\cdot$/天的暴露量下未观察到信号，因此将$^{76}$ Ge 0 $νββ$衰变的半衰期限值设定为T $_{1/2}^{0ν}$ $>$ 5.62 $\times$ 10 $^{22}$ yr（90% C. L）。该限制对应于一个有效的马约拉纳中微子质量在4.6 $\sim$ 10.3电子伏特的范围内，取决于核矩阵元素。
2022-08-05 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Identification and simulation of surface alpha events on passivated surfaces of germanium detectors and the influence of metalisation
Max Planck Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）
本研究通过模拟和实验分析，探讨了锗探测器钝化表面α事件的识别与电荷陷阱影响，并首次提出描述电荷陷阱效应的模型。
2022-06-30 physics.ins-det
Pulse shape simulation for segmented true-coaxial HPGe detectors
本文介绍了一种模拟分段式真同轴高纯锗探测器中电脉冲形成的新软件包。描述了探测器内部的电场和加权电势以及载流子的轨迹的计算。此外，还讨论了带宽限制和噪声的处理。比较模拟测量脉冲，从18倍的分段探测器内的低温试验设施，提出。
2010-04-06 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
AGATA: Gamma-ray tracking in segmented HPGe detectors
目前正在开发下一代放射性离子束设施，这将使人们能够在实验中获得许多奇异的核。与此同时，正在开发基于伽马射线跟踪的下一代高分辨率伽马射线光谱仪，用于研究这些奇异核的结构。追踪$γ$射线与追踪带电粒子的主要区别之一是，伽马射线不是“连续地”在探测器中沉积能量，而是以几个离散的步骤沉积。此外，在核谱学领域中，源的位置大多是已知的，而检测器中的确切相互作用位置是未知量。这使得锗中伽马射线跟踪的挑战与硅探测器中的顶点相比有所不同。在这些程序中，我们提出了用于确定在探测器中的3D相互作用位置的方法，以及如何使用这些来重建AGATA探测器阵列中的伽马射线轨道。我们还提出了初步的模拟结果，建议在束的方法来测量的相互作用的位置分辨率的锗探测器。
2008-11-29 nucl-ex physics.ins-det
Signal Readout Electronics for LEGEND-200
LEGEND（Large Enriched Germanium Experiment for Neutrinoless Double-β衰变）是一个吨级的实验计划，使用富含同位素$^{76}$ Ge的高纯锗探测器寻找无中微子双β（$0 νββ$）衰变。对$0 νββ$衰变的观测将明确地证明轻子数破缺的存在，并提供对中微子质量性质的深入了解。该实验第一个200公斤阶段（LEGEND-200）的现场施工将于2020年年中在Gran Sasso地下实验室（意大利，Laboratory Nazionali del Gran Sasso）开始。为了在$0 νββ$半衰期上实现$10^{27}$年的灵敏度，超净低噪声信号读出电子器件是必不可少的，因为它们影响实验的背景预算和背景抑制的效率。在这方面的贡献，目前的状态的信号读出电子的LEGEND-200。
2019-11-13 nucl-ex physics.ins-det
Characterization of High Purity Germanium Point Contact Detectors with Low Net Impurity Concentration
高纯度锗点接触探测器具有低能量阈值和在宽能量范围内的优异能量分辨率，因此广泛用于核物理和粒子物理。在稀有事件的搜寻中，例如无中微子双β衰变，点接触几何是特别重要的，因为它允许脉冲形状的歧视，因此，一个显着的背景减少。本文研究了超高纯锗点接触探测器的脉冲形状鉴别性能。它表明，需要一个最小的净杂质浓度，以满足脉冲形状的性能要求。
2018-12-02 physics.ins-det
Charge-carrier collective motion in germanium detectors for ββ-decay searches
高纯锗探测器中载流子漂移引起的信号的时间分析提供了事件拓扑的信息。在典型的事件中产生数百万个载流子。它们的初始分布、随机扩散和库仑自排斥影响信号的时间结构。我们提出了一个全面的研究这些影响，并评估其对事件的歧视能力的三种几何形状，将用于在Legend实验的中微子双β衰变的影响。
2021-01-25 hep-ex physics.ins-det
GADGET: A Gas Amplifier Detector with Germanium Tagging
锗标记气体放大探测器（GADGET）是一种新型探测系统，用于测量与核天体物理研究相关的低能弱$β$缓发质子衰变。它由一个新的气态质子探测器组成，配备了用于带电粒子探测的Micromegas读出器，周围是现有的分段锗阵列（SeGA），用于高分辨率探测提示$γ$射线。在这项工作中，我们第一次详细描述了GADGET系统的设计，建造和操作，包括质子探测器的性能。本文介绍了在美国国家超导回旋加速器实验室（NSCL）进行的\textsuperscript{25} Si束流调试实验的结果。GADGET提供了低背景、低能量$β$延迟质子探测，效率高于95%，并且对于质子-伽马符合具有相对良好的效率（在1.37 MeV下为2.7%）。
2019-03-15 nucl-ex physics.ins-det
The GALATEA Test-Facility for High Purity Germanium Detectors
GALATEA是一个用于研究高纯锗探测器体效应和表面效应的测试设备。真空罐内装有红外屏蔽体积，内部装有冷却探测器。三个阶段的系统允许检测器的几乎完整的扫描。GALATEA的主要特点是源和探测器之间没有物质。这允许使用α和β源以及激光束来研究表面效应。采用19重分段真同轴锗探测器进行调试。
2015-02-09 physics.ins-det
Characterisation of an n-type segmented BEGe detector
一个四重分段n型点接触“宽能量”高纯锗探测器SegBEGe已在慕尼黑的马克斯-普朗克物理研究所进行了表征。探测器的主要特点进行了说明，并提出了第一次测量有关的探测器性能。使用镜像脉冲来确定源位置的可能性进行了讨论，以及观察到的核心接触附近的电荷损失。
2018-10-22 physics.ins-det
Development of signal readout electronics for LEGEND-1000
大型浓缩锗无中微子$ββ$衰变实验（LEGEND）是一个未来的吨级实验计划，将以前所未有的灵敏度在同位素$^{76}$ Ge中寻找无中微子双β衰变（$0νββ$）。为了在数据采集约10年后，在超过$10^{28}\,$年的半衰期达到预计的发现灵敏度，在无背景环境中操作至关重要。这可以通过使用诸如专用集成电路（ASIC）技术的高度集成的读出电子器件来支持。在这项工作中，我们研究了市售的ASIC电荷敏感探测器，XGLab CUBE探测器，以及p型点接触高纯锗探测器的属性和电子性能。
2019-11-18 physics.ins-det
Pulse shape discrimination studies with a Broad-Energy Germanium detector for signal identification and background suppression in the GERDA double beta decay experiment
首次研究了宽能锗（BEGe）探测器的事件鉴别。一种新的脉冲形状的方法，利用BEGe探测器内的特征电场分布，允许有效地识别单站点事件和拒绝多站点事件。第一种是典型的无中微子双β衰变（0-nu-2-β），后者是来自γ射线相互作用的背景。在能量接近Q（76 Ge）= 2039 keV的背景下，60 Co、226 Ra和228 Th的本底存活概率分别为0.93%、21%和40%。这种背景抑制实现了89%的接受228 Th双逃逸事件，这是由单网站的相互作用为主。对于0-nu-2-β-衰变事件，预期接受度大致相等。准直束和康普顿符合测量表明，歧视是在很大程度上独立于晶体内的相互作用的位置，并验证了脉冲形状切割的能量范围内的Q（76 Ge）。目前正在研究将BEGe探测器应用于GERDA和Majorana双β衰变实验。
2009-09-22 nucl-ex physics.ins-det
Recent Results of the Majorana Demonstrator Experiment
马约拉纳演示器正在用天然和$^{76}$ Ge富集锗探测器的两个模块阵列寻找$^{76}$ Ge中的无中微子双β衰变。它位于美国南达科他州Lead的Sanford地下研究设施4850层，其锗探测器总质量为44.1千克，其中29.7千克为浓缩铀。前26千克-年数据的分析提供了前所未有的能量分辨率为0.13%，在2039千电子伏和15.4 $\pm$ 2.0计数/（FWHM t年）的背景水平的关注区域。它建立了在90%CL的76 Ge的2.7 - 10 $^{25}$年的无中微子双β衰变的半衰期的下限。本文将对这一分析进行总结，重点是能量的确定。
2019-09-16 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
HEROICA: an Underground Facility for the Fast Screening of Germanium Detectors
位于比利时摩尔的HADES地下研究实验室设计并建造了一个表征锗探测器的基础设施。由于223米的粘土和沙子覆盖层，μ子通量降低了四个数量级。这种天然屏蔽使放射性纯锗材料暴露于宇宙辐射的程度最小化，从而显著抑制锗探测器中的宇宙源激活。该项目的主要动力是为GERDA实验专门生产锗探测器。GERDA目前正在INFN的Gran Sasso国家实验室收集数据，正在寻找76 Ge的无中微子双β衰变。在不久的将来，GERDA将通过增加新的宽能锗（BEGe）探测器来增加其质量和灵敏度。BEGe探测器的生产是在距离地下试验场约30公里的Olen（比利时）的堪培拉完成的。因此，HADES既可用于二极管生产过程中晶体的过夜储存，也可用于表征测量。2012年初，制造商交付了首批七台原型探测器，并在其上建立和测试了完整的质量控制链。筛选能力表明，安装的设置实现了对二极管的快速和完整的测量，它可以被看作是一个通用的测试设施，用于快速筛选高纯锗探测器。这些结果对于未来锗二极管的大规模生产和表征链具有重要意义，预计下一代76 Ge的1吨双β衰变实验可能会用到锗二极管。
2013-02-18 nucl-ex physics.ins-det
Deep learning based pulse shape discrimination for germanium detectors
Max Planck Institute for Physics（马克斯·普朗克物理研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
寻找像无中微子双β衰变这样的罕见过程的实验在很大程度上依赖于背景事件的识别，以降低其背景水平并提高其灵敏度。我们提出了一种新的基于机器学习的方法来识别这些实验中最丰富的背景事件之一。通过将用于特征提取的神经网络与较小的分类网络相结合，我们的方法可以只用少量的标记事件进行训练。为了验证我们的方法，我们使用的信号从一个广泛的能量锗探测器照射的$^{228}$ Th伽马源。我们发现，它匹配的性能通常用于这种检测器类型的最先进的算法。然而，它需要较少的调谐和校准，并显示出识别其他方法错过的某些类型的背景事件的潜力。
2019-06-02 cs.LG nucl-ex physics.ins-det
Isotopically modified Ge detectors for {\sc Gerda}: from production to operation
\textsc{Gerda}实验通过新颖的脉冲形状鉴别（PSD）技术来搜索无中微子双β（$0νβ$ β $) decay of $ ^{76} $Ge using high-purity germanium detectors made of material enriched in $ ^{76} $Ge. For Phase II of the experiment a sensitivity for the half life $ T_{1/2} ^{0ν}\，\，\sim 2 \cdot 10^{26} $ yr is envisioned. Modified Broad Energy Germanium detectors (BEGe) with thick n$ ^+ $ electrodes provide the capability to efficiently identify and reject background events, while keeping a large acceptance for the $ 0νβ $beta$ -衰变信号。生产厚窗口BEGe型探测器的\textsc{Gerda}实验的可行性证明了通过测试所有的生产步骤，从采购的同位素改性锗工作BEGe探测器。对\textsc{Gerda} Phase II原型BEGe探测器的光谱…
2013-03-27 nucl-ex physics.ins-det
Muon Track Reconstruction in a Segmented Bolometric Array Using Multi-Objective Optimization
用于稀有事件搜索的分段固态探测器阵列的最新进展使得该技术在探测器质量上接近吨级，在尺寸上接近米级。这些实验通常集中在寻找无中微子双β衰变或直接暗物质探测上，也有能力寻找在其体积上留下类似轨道特征的奇异粒子。然而，这种探测器阵列的分段性质通常设置空间分辨率，并使得重建轨道状路径的问题变得重要。在本文中，我们提出了一种算法，提高了重建的跟踪类事件在分段检测器使用多目标优化-一种计算技术，优化多个成本函数的时间，而不指定它们之间的定量加权。这种技术允许通过检测器重建轨迹并确定通过各个元件的路径长度。当与每个元素中的重建能量沉积相结合时，这允许计算轨道状粒子的阻止能力，并打开了搜索具有异常阻止能力的粒子（如单极子或轻电离粒子（LIP））的大门。结果提出的重建工具的精度进行评估，因为他们目前站在对蒙特卡洛生成的数据。该算法的背景下，CUORE实验，但其他分段量热计探测器的应用程序。
2022-02-03 nucl-ex physics.ins-det
Search for neutrinoless double-beta decays in Ge-76 in the LEGEND experiment
寻找无中微子双β衰变是建立中微子马约拉纳性质的最灵敏的技术。在$^{76}$ Ge中寻找这种衰变的两个操作实验-- GERDA和MAJORANA DEMONSTRATOR --已经在信号区域实现了最低的背景和最好的能量分辨率。这是两个最重要的探测器特性，用于对这种未被发现的衰变进行灵敏搜索。大型浓缩锗无中子双β衰变实验（LEGEND）合作已经形成，以追求吨级$^{76}$ Ge实验，该实验将这两个实验和该领域其他实验的最佳技术结合起来。该协作组织正在制定一个分阶段的实验方案，酌情利用现有资源加快物理结果，最终发现的潜力是衰变半衰期超过$10^{28}$年。在这些会议记录中，我们将介绍LEGEND实验的物理案例，研发工作和实施策略。
2018-12-19 physics.ins-det
Energy Calibration of Germanium Detectors for the MAJORANA DEMONSTRATOR
本文介绍MAJORANA DEMONSTRATOR 58个锗探测器的离线能量刻度方法，涵盖多峰同时拟合、不确定度估计与自动化流程。
2023-08-03 nucl-ex physics.ins-det
Background free search for neutrinoless double beta decay with GERDA Phase II
粒子物理学的标准模型无法解释我们宇宙中物质对反物质的支配地位。在许多模型的扩展中，这是中微子是它们自己的反粒子（马约拉纳粒子）的一个非常自然的结果，这意味着一个轻子数违反放射性衰变称为无中微子双β（$0νββ$）衰变应该存在。检测这种极其罕见的假设过程需要最大限度地抑制任何类型的背景。GERDA合作研究$^{76}$ Ge（$^{76}\rm{Ge} \rightarrow\,^{76}\rm{Se} + 2e^-$）的$0νββ$衰变，方法是操作由锗制成的裸探测器，在液态氩中富集$^{76}$ Ge部分。在这里，我们报告了GERDA第二阶段的第一批数据。本底水平为$\approx10^{-3}$ cts/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr），如果按锗探测器的窄能量-信号区域加权，这是世界上最好的。结合I期和II期数据，我们未发现任何信号，并推导出$5.3\cdot10^{25}$ yr在90% C. L下半衰期的新下限。我们的$4.0\cdot10^{25}$ yr的灵敏度与同位素质量明显更大的实验之一具有竞争力。GERDA是第一个$0νββ$实验，将是背景免费的，直到其设计曝光。这一进展依赖于一种新型的主动否决系统，优越的锗探测器能量分辨率和我们新探测器的改进背景识别。对$0νββ$衰变的基本上无背景搜索的独特发现潜力激发了具有更高灵敏度的更大的锗实验。
2017-04-05 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Pulse shape discrimination for $α$ event rejection in BEGe-type high-purity germanium detectors
M. Smoluchowski Institute of Physics, Jagiellonian University（马泰乌什·斯莫卢霍夫斯基物理研究所，雅盖隆大学）；Jagiellonian University, Doctoral School of Exact and Natural Sciences（雅盖隆大学，精确与自然科学学院博士学校）
研究利用仅基于γ射线数据训练的脉冲形状鉴别分类器，有效区分并抑制α事件，为下一代中微子双β衰变搜索提供新策略。
2026-07-31 hep-ex physics.ins-det
Searching for neutrinoless double beta decay with GERDA
位于INFN Gran Sasso实验室（意大利）的锗探测器阵列（GERDA）实验正在寻找Ge 76的无中微子双β衰变，方法是使用同位素富集材料制成的高纯度锗探测器。结合新的实验设计，仔细的材料选择的放射性纯度和主动/被动屏蔽技术的结果在一个非常低的残留本底在Q值的衰变，约1 e-3计数/（keV千克年）。这使得GERDA成为该领域第一个完全设计暴露量为100公斤/年的无背景实验。对无中微子双β衰变进行了研究，总照射量为47.7千克/年：23.2千克/年来自实验的第二阶段（第二阶段），其中本底相对于前一阶段减少了约10倍。本文中提出的分析包括12.4千克/年的新的第二阶段数据。未发现可能信号的证据：Ge 76半衰期的下限为8.0e25年（90% CL）。实验敏感性中位数为5.8e25年。实验目前正在收集数据。由于它在无背景条件下运行，其灵敏度随曝光量线性增长，预计2018年将超过1 e26年。
2017-10-21 nucl-ex physics.ins-det
CycleGAN-Driven Transfer Learning for Electronics Response Emulation in High-Purity Germanium Detectors
University of Delaware（特拉华大学）；Naval Research Laboratory（海军研究实验室）；University of California, San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校）
本文提出基于CycleGAN的CPU-Net方法，通过迁移学习实现高纯锗探测器脉冲形状的高保真模拟，提升事件分类的准确性。
2026-01-14 nucl-ex physics.ins-det
Hydrogen reduction of enriched germanium dioxide and zone-refining for the LEGEND experiment
目前正在建设中的LEGEND实验将运行一个大型Ge探测器阵列，用于搜索$^{76}$ Ge的无中微子双β衰变。在本文中，我们报告的工艺开发的氢还原的二氧化锗富集在$^{76}$锗的努力，以制造探测器的LEGEND实验的一部分。通过动力学未反应收缩模型优化该过程，并用一批天然GeO $_2$进行测试。我们完成了一批23公斤同位素富集锗的还原，平均收率为99.85%。随后，通过区域精炼将Ge纯化至本征纯度，并且实现了99.05%的Ge总收率。使用一个中间的地下存储，平均宇宙成因暴露156小时的积累。特别注意避免和回收过程中的损失。
2020-09-16 astro-ph.IM physics.ins-det
Identification of the anomalous fast bulk events in a p-type point contact germanium detector
p型点接触锗探测器的超低探测阈值、超低本征本底和优异的能量分辨率对于稀有事件的研究具有重要意义，特别是对于探测直接的暗物质相互作用、相干弹性中微子-核散射和无中微子双β衰变。在CDEX-1B探测器中观察到具有极快上升时间的异常体事件。本文提出了一种利用脉冲波形模拟和重构源实验信号从体事例中提取快体事例的方法。校准数据和由固有放射性产生的X射线分布证实，快体在钝化层附近经历了一次撞击。这种锗探测器的性能表明，它能够单次击中体空间分辨率，从而提供了一种背景去除技术。
2022-09-21 hep-ex physics.ins-det
Study on cosmogenic activation in germanium detectors for future tonne-scale CDEX experiment
为了评价天然锗探测器和$^{70}$锗探测器的宇宙成因背景水平，开展了锗的宇宙成因活化研究。用Geant 4和CRY计算了长寿命放射性核素的产生率。通过比较CDEX-1B探测器的模拟光谱和实验光谱，验证了计算结果。基于验证后的程序，预测了未来吨级CDEX实验的宇宙成因背景水平。通过地下锗晶体生长和高纯锗探测器的制作可以达到抑制宇宙起源背景水平的目的，以达到直接探测暗物质的灵敏度要求。在低宇宙成因背景下，开辟了太阳中微子研究和无中微子双β衰变实验等新的物理渠道，并进行了相应的模拟和评价。
2018-10-20 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Background Rejection of n$^+$ Surface Events in GERDA Phase II
GERDA实验使用浸没在液态氩（LAr）中的高纯锗（HPGe）探测器阵列来搜索$^{76}$ Ge中的无中微子双β（$0νββ$）衰变。实验的第二阶段使用30个新的宽能量锗（BEGe）探测器，与以前使用的半同轴探测器设计相比，具有更好的脉冲形状鉴别能力。到目前为止，GERDA中BEGe探测器的最大背景成分是来自LAr中固有的$^{42}$ K $β$衰变的n $^+$-表面事件。高达3.5 MeV的$β$粒子可以穿过0.5至0.9 mm厚的电极，并在感兴趣的区域内沉积能量以进行$0νββ$衰变。然而，这些事件具有特定的脉冲形状特征，允许强的区分。在这项工作中提出的理解和模拟的背景下，显示减少高达一个因素145与脉冲形状歧视。
2016-05-12 nucl-ex physics.ins-det
Performance of bare high-purity germanium detectors in liquid argon for the GERDA experiment
锗探测器阵列（GERDA）将在INFN的国家格兰萨索实验室寻找76 Ge中的无中微子双β衰变。富含76 Ge的裸高纯度锗探测器将浸没在液态氩中，同时作为屏蔽外部放射性和冷却介质。在GERDA第一阶段，将重新部署以前由海德堡-莫斯科和IGEX合作运行的再处理富锗探测器。在操作浓缩探测器之前，在GERDA地下探测器实验室用非浓缩裸HPGe探测器进行测试，以测试第一阶段探测器组件、探测器处理协议、翻新技术，并研究在液氩中的长期稳定性。在不同的γ辐照条件下，对液态氩和液态氮中的漏电流进行了广泛的研究。总共有三个非浓缩的高纯度p型原型锗探测器已成功运行。探测器性能在长期测量中保持稳定。首次报道了高纯锗裸探测器在液氩中的性能。
2008-12-10 hep-ex physics.ins-det
Pulse Shape Discrimination for Germanium Detectors using Variational Quantum Circuits
本文提出利用变分量子电路对锗探测器脉冲波形进行鉴别，实现高准确率与低模型复杂度。
2025-12-09 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The Majorana Demonstrator: A Search for Neutrinoless Double-beta Decay of 76Ge
无中子双β衰变是一个假设的过程，在某些偶偶核中，两个中子可能同时衰变为两个质子和两个电子而不发射中微子。只有当中微子是马约拉纳粒子，即费米子是自己的反粒子时，这才是可能的。中微子是马约拉纳粒子，显然违反了轻子数守恒，并且可能在宇宙中的物质-反物质不对称性中发挥作用。对无中微子双β衰变的观测也将提供与中微子质量有关的补充信息。马约拉纳合作组织正在建造马约拉纳演示器，这是一个40公斤的模块化锗探测器阵列，用于搜索76 Ge的无中子双β衰变，并在2039 keV Q值附近的4 keV感兴趣区（ROI）中演示76 Ge无中子双β衰变的本底率等于或低于3计数/（ROI-t-y）。本文首先介绍了无中微子双β衰变的物理基础，然后重点介绍了Majorana演示器的设计、实现超低本底的方法和实验现状。
2015-05-09 nucl-ex physics.ins-det
Ultra-Low Background Germanium Assay at the Boulby Underground Laboratory
本文介绍Boulby地下实验室2017-2021年安装的Mirion超低本底锗探测器，其结合低本底屏蔽与降氡氮气系统，实现接近世界最佳的灵敏度，100天测量可达10 μBq/kg，用于无中微子双β衰变材料筛选。
2025-03-27 physics.ins-det
Alpha-event and surface characterisation in segmented true-coaxial HPGe detectors
本文详细研究了高纯锗探测器端板钝化层的α相互作用。在这样的表面上观测到的α事件表明，有一个厚度不到20 μm的所谓“死层”，这是出乎意料的薄。此外，金属化接近端板上的输出脉冲的时间演化的影响进行了讨论。结果表明，α污染可能导致事件，可能被误认为是无中微子双β衰变的信号，并提供了一些指导，如何防止这种情况。
2018-01-28 hep-ex physics.ins-det
Characterization study of a broad-energy germanium detector at CJPL
宽能锗（BEGe）探测器具有脉冲形状分辨（PSD）的背景分辨能力，使其成为无中微子双β衰变（0ν \b{eta} \b{eta}）实验的有力候选者。本文介绍了商用p型BEGe探测器中探测器建模的关键参数的测量。点源被用来研究的能量分辨率和线性的检测器。圆柱体源用于效率校准。利用准直133Ba点状源对探测器进行扫描，并利用组装好的源定位装置对有效体积进行研究。使用241 Am的点状源来测量死层厚度，死层厚度在正面上约为0.17 mm，在侧面上约为1.18 mm。所描述的表征方法将在中国金平地下实验室（CJPL）的0ν \b{eta} \b{eta}实验中发挥重要作用。
2016-06-27 hep-ex physics.ins-det
A novel wide-angle Compton Scanner setup to study bulk events in germanium detectors
一种新型的康普顿扫描仪装置已经在慕尼黑的马克斯-普朗克物理研究所建造、调试和运行，以收集高纯度锗探测器中体事件的脉冲，用于脉冲形状研究。在这种全自动设置中，被测探测器从顶部接受661.660 keV伽马射线照射，其中一些伽马射线在探测器内部发生康普顿散射。当用放置在检测器侧面的像素化相机检测散射伽马时，可以重建检测器中的相互作用点。广泛接受的康普顿角的结果在较短的测量时间相比，类似的设置，其中只有垂直散射的伽玛被狭缝准直器选择。本文详细介绍了康普顿扫描器的结构、校准和重建锗探测器中相互作用点的过程。描述了用于n型分段点接触锗探测器的第一脉冲形状库的创建。通过与测量的表面脉冲的比较，验证了沿束轴的空间重构。康普顿扫描仪脉冲模拟脉冲的第一个比较，演示康普顿扫描仪的功率测试模拟输入和模型。
2022-10-07 physics.ins-det
Pulse-shape calculations and applications using the AGATAGeFEM software package
介绍了一个用于分段高纯锗探测器建模的软件包AGATAGeFEM。的几何实现和计算的电场和加权场的选择进行了讨论。用于电荷载流子速度的模型进行了说明。电荷载流子输运方程的数值积分解释。研究了噪声和串扰对AGATA探测器所实现的位置分辨率的影响。结果表明，在AGATA探测器中看到的串扰是次要的位置分辨率。确定脉冲形状对脉冲形状计算中的参数的灵敏度，这是检测器中的位置的函数。最后，AGATAGeFEM已被用来产生脉冲形状数据库的脉冲形状分析的实验数据。使用新数据库的结果表明，与使用标准AGATA数据库的结果相比，情况有所改善。
2021-01-05 nucl-ex physics.ins-det
Surface characterization of p-type point contact germanium detectors
P型点接触（PPC）锗探测器用于稀有事件和低背景搜索，包括无中微子双β（0 vbb）衰变，低能核反冲和相干弹性中微子-核散射。该探测器具有出色的能量分辨率、低至亚keV范围的低探测阈值以及增强的背景抑制能力。然而，由于它们的大钝化表面，将信号读出触点与偏置电压电极分开，PPC检测器容易受到表面效应（例如电荷积累）的影响。深入了解它们对地面事件的反应至关重要。在这项工作中，PPC探测器的响应的α和β粒子击中钝化表面的多功能扫描测试stand. It示出的钝化表面可以积累电荷导致的径向依赖的退化的观察事件的能量。此外，它表明，表面α事件的脉冲形状显示的特征，可以用来区分这些事件。
2021-09-10 hep-ex physics.ins-det
Design and Performance of the GERDA Low-Background Cryostat for Operation in Water
在寻找$^{76}$ Ge的无中微子双β衰变过程中，在INFN国立大萨索实验室进行的锗探测器阵列（GERDA）实验在感兴趣的区域获得了远低于10 $^{-3}$ cts/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr）的前所未有的低本底。它利用了第一次实现的一种新的屏蔽概念的基础上，一个大型低温恒温器充满了液体惰性气体，浸没在水箱。锗探测器无需在液氩中封装即可工作。氩气和水将实验室和低温恒温器构造材料的环境背景屏蔽到可忽略的水平。在此期间，各种实验都采用了同样的方法。本文概述了64 m $^3$液氩低温恒温器及其相关基础设施的设计和运行经验。讨论包括与水箱中大型低温恒温器的操作相关的具有挑战性的安全问题。
2022-02-08 nucl-ex physics.ins-det
Status Update of the MAJORANA DEMONSTRATOR Neutrinoless Double Beta Decay Experiment
无中微子双β衰变搜索在确定中微子性质，特别是中微子的马约拉纳或狄拉克性质和中微子质量的绝对标度方面发挥着重要作用。这些研究的结果超出了中微子物理学的范围，涉及到大统一和leptogenesis。\textsc{Majorana}协作组正在组装一个低背景阵列的高纯度锗（HPGe）探测器，以寻找$^{76}$ Ge中的无中微子双β衰变。\textsc{Majorana Demonstrator}目前正在南达科他州Lead的Sanford地下研究设施建造和投入使用，将装有44公斤（30公斤富含$^{76}$ Ge）HPGe探测器。其主要目标是展示吨级Ge实验所需的可扩展性和背景。这是通过模块化设计和在感兴趣的区域中小于3 cnt/吨-年的投影背景来实现的。该实验目前正在使用其第一个浓缩探测器获取数据。
2015-11-02 nucl-ex physics.ins-det
Measurement of the Background Activities of a 100Mo-enriched Powder Sample for an AMoRE Crystal Material by using Fourteen High-Purity Germanium Detectors
先进钼基稀有工艺实验第二阶段将在200公斤钼基晶体中寻找100 Mo的无中微子双β（0ν \b{eta} \b{eta}）衰变。为了在100 Mo的双β衰变Q值的能量范围内实现零本底水平，AMoRE晶体中的放射性污染水平应该是低的。使用富含100 Mo同位素的100 EnrMoO 3粉末来生长AMoRE晶体。一个屏蔽阵列的14个高纯度锗探测器与70%的相对效率每个用于测量的背景活动在一个样品的9.6公斤的粉末。位于阳阳地下实验室的CAGe探测器系统旨在测量天然放射性同位素或宇宙成因核素（如228 Ac，228 Th，226 Ra，88 Y和40 K）的低水平放射性。粉末样品中228 Ac和228 Th的活度分别为0.88 \pm 0.12 mBq/kg和0.669 \pm 0.087 mBq/kg。测量226 Ra的活性为1.50 \pm 0.23 mBq/kg。~（88）Y放射性活度为0.101 \pm 0.016 mBq/kg。40 K活性为36.0 \pm 4.1 mBq/kg。
2020-09-04 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Final Results of GERDA on the Search for Neutrinoless Double-$β$ Decay
锗探测器阵列（GERDA）实验寻找$^{76}$ Ge的轻子数破坏的无中微子双$β$（$0νββ$）衰变，其发现将在宇宙学和粒子物理学中产生深远的影响。通过在有源液氩屏蔽中操作富含$^{76}$ Ge的裸锗二极管，GERDA在信号区实现了前所未有的低本底指数$5.2\times10^{-4}$计数/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr），并满足了在无本底状态下收集100 kg $\cdot$ yr暴露量的设计目标。当结合第一阶段的结果时，在127.2 kg $\cdot$/年的总暴露量后未观察到信号。$^{76}$ Ge中$0νββ$衰变半衰期的限值设定为90% C.L.时的$T_{1/2}>1.8\times10^{26}$年，这与假定没有信号时的灵敏度一致。
2020-09-13 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Intrinsic Spatial Position Resolution of P-type Point-Contact Germanium Detector
College of Physics, Sichuan University（四川大学物理学院）；Key Laboratory of Particle and Radiation Imaging (Ministry of Education) and Department of Engineering Physics, Tsinghua University（清华大学工程物理系粒子与辐射成像教育部重点实验室）
研究针对P型点接触锗探测器，依靠优化方法和物理框架，提取脉冲形状响应，定量评估本征空间位置分辨率，构建数据库实现背景位置追踪，建立物理分析闭环，为未来背景分析提供支持。
2026-07-17 physics.ins-det
Monte Carlo Studies and Optimization for the Calibration System of the GERDA Experiment
锗探测器阵列（GERDA）使用浸没在液态氩中的裸露高纯锗探测器来搜索Ge-76中的无中微子双β衰变。为了校准这些探测器，伽马发射源必须从低温恒温器顶部的停放位置下降超过五米，直到锗晶体。借助蒙特卡罗模拟，确定了标定系统的相关参数。结果发现，三个Th-228源，每个源在两个不同的垂直位置上的放射性为20 kBq，将需要在不到四个小时的校准时间内在所有探测器中达到足够的统计。当在停放位置用6 cm钽从下方屏蔽时，这些源将对实验的本底产生贡献，其总量为（1.07 +/- 0.04（stat）+0.13 -0.19（sys））10^{-4} cts/（keV kg yr）。
2013-08-12 physics.ins-det
Effect of SiO2 coating in bolometric Ge light detectors for rare event searches
在用于封装测辐射热计的锗基光检测器中，通常将SiO $_2$抗反射涂层施加在锗晶片的暴露于光的一侧上，目的是提高其光收集效率。在本文中，我们报告了一个测量，在25-35 mK的温度范围内，由于这种方法，这导致了20%的顺序获得的光收集增加。所遵循的程序经过精心选择，以尽量减少系统性影响。所采用的光源具有相同的光谱特征（峰值在$\sim 630$ nm波长处），这将支持未来在同位素$^{82}$ Se上和基于ZnSe晶体（如LUCIFER）的无中微子双β衰变实验。源和光探测器之间的耦合再现了用于校准测辐射热计的配置。本测量澄清了SiO $_2$涂层的作用，并描述了一种方法和一个设置，可以扩展到其他类型的涂层和发光材料的研究。
2012-12-01 nucl-ex physics.ins-det
The Large Enriched Germanium Experiment for Neutrinoless Double Beta Decay (LEGEND)
对无中微子双β衰变（0 $νββ$）的观测将表明轻子数被破坏，揭示中微子是马约拉纳粒子，并提供中微子质量的信息。一个能够发现的实验覆盖了倒序区，有效的马约拉纳中微子质量为15 - 50 meV，将需要一个吨级的实验，具有良好的能量分辨率和极低的背景，在$\sim$ 0.1计数/（FWHM $\cdot$ t $\cdot$ yr）的水平在信号的区域。当前一代$^{76}$ Ge实验GERDA和MAJORANA DEMONSTRATOR利用具有0.12%的固有能量分辨率的高纯度锗探测器，在所有0 $νββ$实验的0 $νββ$信号区域中实现了超过一个数量级的最低背景。在这一成功的基础上，LEGEND合作已经形成，以追求吨级$^{76}$ Ge实验。该合作旨在开发一个0阶段的$νββ$实验计划，该计划在接近半衰期或$10^{28}$年时具有发现潜力，并酌情利用现有资源加快物理结果。
2017-09-06 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Search for Pauli Exclusion Principle Violating Atomic Transitions and Electron Decay with a P-type Point Contact Germanium Detector
使用在Kimballton地下研究设施运行的p型点接触高纯锗探测器收集的89.5 kg-d数据，对违反Pauli不相容原理的K-α电子跃迁进行了搜索。在90% C. L时，跃迁寿命的下限为5.8x10^30秒。通过寻找在10.6 keV处的峰值来设定，该峰值由在跃迁之后存在的X射线和俄歇电子产生。为了寻找原子K壳层电子衰变为中微子的过程，也做了类似的分析，结果是在90 C. L时，衰变的下限为6.8x10^30秒。据估计，MAJORANA DEMONSTRATOR，一个44公斤的p型点接触探测器阵列，将寻找76-Ge的无中微子双β衰变，可以改善这些排除限制的数量级后，三年的操作。
2016-10-19 nucl-ex physics.ins-det
The {\sc Majorana Demonstrator} Neutrinoless Double-Beta Decay Experiment
{ \sc Majorana演示器将使用浓缩和天然锗探测器的混合阵列来搜索同位素Ge-76的无中微子双β衰变。对这种罕见衰变的观测表明中微子是它自己的反粒子，证明轻子数不守恒，并提供中微子绝对质量尺度的信息。{ \sc Demonstrator}正在南达科他州Lead的Sanford Underground Research Facility的4850英尺高度进行组装。该阵列将位于低背景环境中，周围有被动和主动屏蔽。在此，我们将介绍{ \sc Demonstrator}的科学目标及其设计细节。
2013-08-07 nucl-ex physics.ins-det
First operation of poly(ethylene naphthalate) enclosures for high-purity germanium detectors in liquid argon for $^{42}$K/$^{42}$Ar mitigation
本文研究了PEN屏蔽在高纯锗探测器中用于抑制液氩中$^{42}$K/$^{42}$Ar背景的效果，发现屏蔽不会影响探测器性能，并展示了对$^{42}$K的抑制能力。
2025-11-21 physics.ins-det
Optimization of Amorphous Germanium Electrical Contacts and Surface Coatings on High Purity Germanium Radiation Detectors
几十年前开发的半导体探测器制造技术今天被广泛用于从大体积的高纯Ge（HPGe）单晶生产伽马射线探测器。大多数所有这些检测器专门用于光谱测量，并且具有简单的设计，仅具有两个基于杂质的电接触，其通过B注入和Li扩散产生。虽然这些技术对于简单的光谱检测器工作良好，但是Li接触特别厚并且缺乏室温稳定性，使得其不适合用于伽马射线成像和粒子跟踪应用所需的许多更复杂的检测器。诸如溅射沉积的非晶Ge（a-Ge）的非晶半导体的薄膜是容易制造、薄并且可以精细分段的替代电接触的基础。a-Ge还用作未被电接触覆盖的HPGe表面上的钝化涂层。a-Ge的性质影响所得探测器的性能，并且这些性质基本上取决于溅射沉积工艺参数并且通过溅射沉积工艺参数是可控的。本文的主题是这种互连的制造工艺参数，a-Ge的属性，和探测器的性能。a-Ge薄膜的电阻，a-Ge接触电子注入，和室温储存稳定性的性能进行了评估作为溅射气体的压力和溅射气体H2组成的溅射工艺参数的函数。两种不同的溅射沉积系统用于生产a-Ge电阻器和具有a-Ge电接触的HPGe探测器。这些样品的电特性作为温度的函数。本文给出了这项研究的总结和讨论的相关性的研究结果，以优化检测器的性能。
2018-09-09 physics.ins-det
The first result on 76Ge neutrinoless double beta decay from CDEX-1 experiment
本文报道了在中国锦屏地下实验室CDEX-1实验中首次获得的Ge-76无中微子双β衰变结果。安装了一台质量为994 g的p型点接触高纯锗探测器，用于寻找无中微子双β衰变事件，并直接探测暗物质粒子。分析了304 kg* 天的暴露量。获得了500 keV ~ 3 MeV的宽带谱，在2.039 MeV能量范围内的平均事例率约为0.012计数/keV/kg/天。根据这一结果，导出Ge-76无中微子双β衰变的半衰期为：T1/2 > 6.4 × 10 ~（22）年（90% C. L）。马约拉纳中微子的有效质量上限为5.0 eV。进一步降低本底水平的可能方法已被讨论，并将在下一阶段的CDEX实验中继续进行。
2017-03-06 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The Processing of Enriched Germanium for the MAJORANA DEMONSTRATOR and R&D for a Possible Future Ton-Scale Ge-76 Double-Beta Decay Experiment
MAJORANA DEMONSTRATOR是一个点接触式Ge探测器阵列，由Ge-76中同位素富集到88%的Ge制成，用于寻找无中微子双β衰变。用于锗探测器的Ge的处理是众所周知的技术。然而，由于Ge-76中富集的Ge成本很高，因此需要采取特殊的程序，以最大限度地提高探测器的质量，并最大限度地减少对宇宙射线的照射。这些程序包括对材料进行仔细清点;对其进行屏蔽以减少宇宙生成的放射性同位素;以及对探测器制造过程中产生的受污染的固体锗、碎屑、研磨物、酸蚀刻剂和切削液开发特殊的后处理技术。处理程序的开发，导致在70%的检测器质量的总收率。然而，没有酸蚀刻溶液和只有50%的探测器制造的切削液进行了再处理。如果对它们进行处理，预计回收率将在80 - 85%之间。最大限度地提高产量对于证明未来可能进行的吨级实验的合理性至关重要。提出了一种从酸蚀液中回收锗的工艺，锗的回收率约为90%。所有材料尽可能地屏蔽或储存在地下，以尽量减少宇宙射线形成Ge-68，其在双β衰变感兴趣区域中提供背景，并且不能通过区域细化和晶体生长去除。Ge-68的形成比没有受到宇宙射线保护的天然丰度探测器减少了一个重要因素。
2017-07-19 nucl-ex physics.ins-det
Aluminum as a source of background in low background experiments
无中微子双β衰变将是理解中微子质量本质的关键。下一代高纯锗实验必须在衰变Q值附近的感兴趣区域内，以优于10^-5计数/（kg y keV）的本底率进行操作。因此，到目前为止，必须考虑不相关的背景来源。锗探测器表面的金属化一般用铝来完成。讨论了由这种金属化引入的22 Na、26 Al、226 Ra和228 Th衰变的背景。它表明，只有一个特殊的选择铝可以保持这些背景的贡献是可以接受的。
2011-05-18 hep-ex physics.ins-det
