Progress toward optimizing energy and arrival-time resolution with a transition-edge sensor from simulations of X-ray-photon events
由X射线望远镜携带的超导过渡边传感器是研究中子星和黑洞的有力工具。几种方法，如最佳滤波或主成分分析，已经开发出分析这些传感器的X射线数据。然而，这些技术可能难以在太空中实施。我们的目标是开发一种计算成本较低的技术，优化能量和时间分辨率时，X射线光子检测的TES。TES表现出与光子能量的非线性响应。因此，在低能量下，我们关注电流脉冲高度，而在高能量下，我们考虑电流脉冲宽度，以检索X射线光子的能量和到达时间。对于0.1 keV和30 keV之间的能量和195 kHz的采样率，我们得到的能量分辨率（半最大值处的全宽）在1.32 eV和2.98 eV之间。我们还得到了一个到达时间分辨率（全持续时间在一半的最大值）之间的163 ns和3.85 ns。为了提高这些结果的准确性，有必要对TES中的非平稳噪声进行彻底描述，并开发一种鲁棒的堆积事件车载识别方法。
2021-01-21 astro-ph.IM physics.ins-det
Absolute light yield measurement of NaI:Tl crystals for dark matter search
本工作使用单光电子技术测量了35块NaI:Tl晶体的绝对光产额，结合理论估计与GEANT4模拟校正PMT光学特性，测得光产额为59.4±5.9 ph/keV，证实了COSINE-100实验晶体的高光产额，并指出大尺寸晶体封装光损失需改善。
2024-04-29 hep-ex physics.ins-det
High Aspect Ratio Transition Edge Sensors for X-ray Spectrometry
我们正在为下一代X射线空间天文台开发结合FDM读出的大型TES阵列。对于在AC偏置下的操作，必须仔细设计和优化TES。特别是，使用高纵横比器件将有助于减轻由于弱链路效应而导致的非理想行为。在本文中，我们提出了一个完整的表征TES阵列包含五个不同的设备的几何形状，与纵横比（宽度：长度）范围从1：2到1：6。在不同的偏置配置下测量了所有几何结构的复阻抗，以研究小信号极限超导跃迁参数的演变，以及过量噪声。我们表明，高纵横比的设备与适当调整的临界温度（约90 mK）可以实现优异的能量分辨率，在5.9 keV的阵列平均值为2.03 +- 0.17 eV，最好的分辨率为1.63 +- 0.17 eV。这表明AC偏置的TES与DC偏置的TES相比可以实现非常有竞争力的性能。这些结果推动了目前正在开发的更极端的器件几何形状。
2021-07-20 astro-ph.IM physics.ins-det
Demonstration of MHz frequency domain multiplexing readout of 37 transition edge sensors for high-resolution x-ray imaging spectrometers
我们报告的发展和演示的MHz频域复用（FDM）技术读出阵列的低温过渡边缘传感器（TES）X射线微量热计。在我们的FDM方案中，通过高$Q$ LC谐振器阵列，在低MHz范围内的不同谐振频率下对TES进行AC偏置。所有TES的电流信号在超导量子干涉装置（SQUID）处相加。我们已经证明了多路复用的读出31个像素，使用室温电子，高$Q$ LC过滤器和TES阵列在SRON开发，和SQUID阵列从VTT。我们在第二个37像素的设置上重复了这个过程。合计X射线光谱分辨率$@$ 5.9 keV为$ΔE_{\rm 31 pix ~MUX}=2.14\pm0.03$ eV和$ΔE_{\rm 37 pix ~MUX}=2.23\pm0.03$ eV。所展示的结果与其他多路复用方法相当。有可能进一步提高光谱分辨率和增加复用TES的数量，并打开TES X射线微量热计的应用。
2021-11-02 astro-ph.IM physics.ins-det
Characterization of a TES-based Anti-Coincidence Detector for Future Large Field-of-View X-ray Calorimetry Missions
面向未来大视场X射线量热任务，研制并表征基于钨TES与QET并联网络的大幅面反符合探测器，实现<1 keV阈值、>96%活时间及毫米级空间分辨。
2025-02-19 astro-ph.IM physics.ins-det
Characteristics of GRIFFIN high-purity germanium clover detectors
用于原子核基础研究的伽马射线基础设施GRIFFIN是TRIUMF-ISAC实验室用于放射性衰变研究的新实验设施。16个高纯度锗（HPGe）三叶草探测器，将构成GRIFFIN光谱仪的性能报告。使用模拟和数字数据采集技术的组合测量每个晶体的能量分辨率、效率、时序分辨率、串扰和串扰特性。的绝对效率和附加回因子的能量范围为80 - 3450 keV。探测器表现出优异的性能，在所有64个晶体的平均FWHM能量分辨率为1.89（6）keV和相对于3“x3”NaI探测器的41（1）%，在1.3 MeV的相对效率。
2017-11-14 physics.ins-det
Impact of Low-Energy Response to Nuclear Recoils in Dark Matter Detectors
我们报告了锗和液体氙探测器对电子和核反冲的绝对能量响应函数。结果表明，对于给定数量的可探测光电子，双相氙探测器的核反冲的探测能量阈值可以是几keV。我们估计每个电子-空穴对消耗的平均能量为$\sim$ 3.32 eV，这为在69伏下50 mini-Kelvin下具有1 THz的初级声子频率的锗检测器设置了$\sim$ 2.15 keV的检测能量阈值。核反冲和电子反冲的Fano因子限制了这两种技术在2-3 keV反冲能量以下区分核反冲的能力。
2017-03-28 hep-ex physics.ins-det
A new gas-based proton-recoil telescope for quasi-absolute neutron flux measurements between 0.2 and 2 MeV neutron energy
中子注量率的绝对测量是中子感生截面测量、中子束线表征和剂量学研究的必要前提。研制了一种基于质子反冲过程的气体中子探测器，用于测量0.2 ~ 2 MeV中子通量。该探测器由两个分段电离室组成，采用Micromegas技术，可提供准绝对中子通量测量，精度为\simeq 3%。气压的灵活性使望远镜对γ和电子背景不敏感，因此作为中子通量仪器比半导体材料更有优势。可调节的气体压力和H样品厚度，Micromegas技术的使用和跟踪能力允许在大动态范围内检测中子，低至200 keV，具有良好的散射中子事件和随机背景抑制
2019-01-18 nucl-ex physics.ins-det
Beyond One-Thousandth Energy Resolution with an AlMn TES Detector
Nanchang University（南昌大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）
本研究开发了环形AlMn TES用于X射线检测，实现了12.1 eV的FWHM能量分辨率，首次达到0.1%以下，展示了其在高分辨率X射线检测中的潜力。
2026-02-12 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Sub-eV uncertainties on gamma-ray energies using a magnetic microcalorimeter - Potential new reference energies
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CEA, List, Laboratoire National Henri Becquerel (LNE-LNHB)（法国原子能和替代能源委员会，列表研究所，亨利·贝克勒尔国家实验室）；Institute of Micro- and Nanoelectronic Systems (IMS), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院微纳电子系统研究所）；Institute for Data Processing and Electronics (IPE), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院数据处理与电子学研究所）；GIP ARRONAX（阿隆纳克斯政府利益集团）；Laboratoire Subatech, UMR 6457, IMT Nantes Atlantique/CNRS-IN2P3/Nantes（Subatech实验室，UMR 6457，南特大西洋高等矿业学院/法国国家科学研究中心-法国国家核物理与粒子物理研究所/南特大学）
利用超高能量分辨率磁微 calorimeter 提高伽马射线能量测量精度，实现部分能量的绝对不确定度降低至0.13 eV。
2026-09-25 physics.ins-det
TiAu TES 32$\times$32 pixel array: uniformity, thermal crosstalk and performance at different X-ray energies
大型转换边缘传感器阵列是下一代空间X射线观测系统的关键。这种阵列需要在软X射线能量范围内实现$\mathrmΔE<$ 3 eV半峰全宽（FWHM）的能量分辨率。我们目前正在开发X射线微量热计阵列，作为由欧空局领导的ATHENA空间望远镜上的X-IFU仪器的备份选项，预计将于2031年发射。在这篇文章中，我们报告了一个均匀的32 $\times$ 32像素阵列的开发和表征（长度$\times $宽度）140 $\times$ 30 $μ$ m $^2$ TiAu TES，它具有用于X射线光子的\textcolor{black}{a 2.3 $μ$m}厚Au吸收体。像素具有典型的正常电阻$R_\mathrm{n}$ = 121 m $Ω$和临界温度$T_\mathrm{c}\sim$ 90 mK。我们对阵列中的60个像素进行了广泛的测量，以显示阵列的均匀性。我们获得了2.4和2.6 eV之间的能量分辨率（FWHM）在5.9 keV，在单像素模式下测量的交流偏置频率范围从1到5 MHz，与频域复用（FDM）读出系统，这是在SRON/VTT开发。我们还提出了探测器的能量分辨率在X射线与不同的光子能量产生的调制外部X射线源从1.45 keV到8.9 keV。跨几个像素的多路复用读出也被执行，以评估热串扰对仪器的能量分辨率预算要求的影响。当考虑串扰信号的幅度与X射线脉冲（例如，在5.9 keV…
2021-02-19 astro-ph.IM physics.ins-det
Precision efficiency calibration of a high-purity co-axial germanium detector at low energies
继在100 keV以上的能量区域中完成工作之后，在100 keV以下的能量区域中继续对同轴高纯锗探测器进行高精度校准。先前的测量或蒙特卡罗模拟已重复更高的统计数据和新的源测量已被添加。已经达到了在高能部分中的精度，即0.2%的检测效率的绝对精度。锗探测器的低能行为通过研究用于探测低能光子的锗X射线逃逸概率来进一步检查。此外，一个实验点，在2168 keV的伽马射线从38 K的衰变，已被包括的总峰比同意与模拟。同样的伽马射线也被添加到单次和双次逃逸概率中。最后，锗探测器的效率的长期稳定性进行了研究，定期测量的全能量峰值效率与精确校准的60钴源，并发现是完全稳定的一段时间超过10年。
2020-04-06 nucl-ex physics.ins-det
Calibration of the compact neutron spectrometer at PTB
本文介绍了紧凑型中子谱仪在经检定的PTB中子源上的刻度测量。该谱仪是基于两个金刚石探测器封闭的Li-6中子转换器。入射中子能量通过两个转换反应产物的能量之和来测量：t和α。在这项工作中使用的原型是基于两个4 × 4 mm 2，100 μ m厚的单晶CVD商业金刚石板。在裂变谱域中进行测量，在五个不同的中子能量从0.3到2兆电子伏。所获得的数据显示出非常好的中子能量重建，即在统计不确定性范围内与其参考值一致，或在绝对尺度上偏差低于11 keV。发现光谱仪的能量分辨率为约100 keV（RMS），具有朝向更高能量的小的（约9 keV/MeV）上升趋势。测得的检测效率被认为是兼容的分析计算和Geant 4模拟的基础上的预期在3%的统计精度和4%的系统精度。
2018-10-15 nucl-ex physics.ins-det
Development of the superconducting detectors and read-out for the X-IFU instrument on board of the X-ray observatory Athena
高能天体物理学高级望远镜（雅典娜）已被欧空局选为其第二个大型飞行任务。未来的欧洲X射线观测站将研究炽热和充满活力的宇宙，预计将于2028年发射。基于超导过渡边缘传感器（TES）的微量热计是雅典娜星上X射线积分场单元（X-IFU）探测器阵列的首选技术。X-IFU是在软X射线波段（0.3 - 12 keV）工作的2-D成像积分场光谱仪。该探测器由3840个耦合到X射线吸收器的TES阵列组成，并使用基于超导量子干涉器件（SQUID）的频域复用（FDM）在MHz带宽中读出。所提出的设计要求具有高填充因子，高量子效率，相对较高的计数率能力和在5.9 keV的能量分辨率为2.5 eV的设备。本文将回顾基于TES的微量热计的基本原理和物理，并介绍FDM读出的最新技术。
2016-04-03 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Measuring the Quantum Efficiency of X-Ray Hybrid CMOS Detectors
下一代X射线天文台，如Lynx X射线天文台任务概念，将需要在软X射线波段具有高量子效率（QE）的探测器，以观察驱动其任务科学案例的微弱物体。混合CMOS探测器（HCDs）是一种有源像素传感器，由于其读出速度更快，功耗更低，并且比当前一代X射线望远镜中使用的探测器具有更大的辐射硬度，因此有望用于这些任务。在这项工作中，我们提出了一个Teledyne H2 RG HCD的QE测量。使用气流正比计数器作为参考检测器来测量入射到HCD上的绝对通量，从而进行这些测量。我们发现在Mn K $α$ /K $β$线（5.9和6.5 keV）处的$95.0 \pm 1.1\%$、在Al K $α$线（1.5 keV）处的$98.5 \pm 1.8\%$和在O K $α$线（0.52 keV）处的$85.0 \pm 2.8\%$的有效QE。
2021-10-04 astro-ph.IM 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
Measurement of the scintillation and ionization response of liquid xenon at MeV energies in the EXO-200 experiment
液态氙（LXe）被用于当前和未来的一些探测器中，用于稀有事件的搜索。我们利用EXO-200实验数据测量了电场范围内，$^{228}$ Th（2615 keV），$^{226}$ Ra（1764 keV）和$^{60}$ Co（1332 keV和1173 keV）校准源的$γ$相互作用产生的绝对闪烁和电离产额。定义不依赖于复合的能量标度的$W$值被测量为$11.5~\pm~0.5$ ~（syst.）~ $\pm~0.1$ ~（统计）EV.这些数据也被用来测量的重组波动的电子和光子的数量所产生的校准源在兆电子伏尺度，偏离外推较低的能量数据。此外，还建立了探测器能量分辨率的半经验模型，用于约束复合效率，即，导致可探测光子发射的重组电子部分。详细测量MeV级电子反冲的绝对电荷和光产额对于预测未来无中微子双β衰变探测器的性能非常重要。
2020-06-15 hep-ex physics.ins-det
CLARION2-TRINITY: a Compton-suppressed HPGe and GAGG:Ce-Si-Si array for absolute cross-section measurements with heavy ions
介绍了一种新的康普顿抑制HPGe和带电粒子阵列的设计和性能。TRINITY带电粒子阵列由64个铈掺杂的钆铝镓石榴石（GAGG：Ce）晶体组成，配置成5个7-54度的环，以及两个环形硅探测器，可以以最小的$γ$射线衰减遮蔽或将角覆盖范围扩展到后向角。GAGG：Ce是一种不吸湿、明亮且相对快速的闪烁体，其光分布与SiPM很好地匹配。每个晶体的计数率可高达40 kHz。GAGG：Ce的基本特性的测量和介绍，包括轻，重离子粒子识别（PID）的能力，脉冲高度缺陷，辐射硬度，和发射光谱。该阵列由多达16个康普顿抑制HPGe三叶草探测器（$\approx4\%$效率在1 MeV）配置成四个环（八个HPGe晶体环）使用非阿基米德几何，抑制背靠背符合511 keV的伽马射线。整个阵列配有100和500 MHz（14位）波形数字化仪，可实现无干扰操作、脉冲形状鉴别、快速定时和堆积校正。最后，给出了两个例子的实验数据，在调试过程中的AMPLION 2-TRINITY系统：一个PID光谱从$^{16}$ O + $^{18}$ O融合蒸发，和PID和多普勒校正$γ$ -射线光谱从$^{48}$ Ti + $^{12}$ C库仑激发。
2022-08-10 nucl-ex physics.ins-det
Improved algorithms for determination of particle directions with Timepix3
Timepix3像素探测器在跟踪应用中表现出巨大的潜力。随着$256\times 256$像素，55 $\mathrmμ$ m间距和改进的时间分辨率（1.56 ns）和能量（2 keV在60 keV），他们已经成为强大的仪器表征未知的辐射场。这种分析的关键预处理步骤是从单个轨迹确定3D空间中的颗粒轨迹。本研究提出了一个全面的比较回归方法，解决这个任务的假设下，跟踪线性。所提出的方法首先进行了评估模拟和评估其准确性和计算时间。选定的方法，然后验证与现实世界的数据集，这是在一个众所周知的辐射场测量。最后，将所提出的方法应用于大型强子对撞机的实验数据。性能最好的方法在入射角$θ$和方位角$φ$上分别实现了1.99°和3.90°的平均绝对误差。最快的方法需要的平均计算时间为0.02 ps每磁道。对于所有的实验应用，我们提出的角度图和阻止功率谱。
2022-02-08 physics.comp-ph physics.data-an physics.ins-det
Low-energy (0.7-74 keV) nuclear recoil calibration of the LUX dark matter experiment using D-D neutron scattering kinematics
大型地下氙实验（英语：Large Underground Xenon experiment）是一个双相液态氙时间投影室（TPC），位于美国南达科他州的桑福德地下研究设施。在LUX探测器上，利用氘-氘聚变源产生的单能2.45 MeV中子束，对液态氙中的核反冲进行了$\textit{in situ}$标定。使用由活性氙体积内的双散射中子事件定义的测量的散射角，重建来自TPC中的第一中子散射的核反冲能量。我们测量的绝对电荷（$Q_{y}$）和光（$L_{y}$）产额在平均电场为180 V/cm的核反冲能量跨越0.7至74 keV和1.1至74 keV，分别。这种校准的核反冲信号产量将允许液体氙核反冲信号模型的进一步完善，重要的是暗物质搜索，清楚地表明测量的电离和闪烁信号在这种介质中的反冲能量下降到$\mathcal{O}$（1千电子伏）。
2016-10-26 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Beamline Spectroscopy of Integrated Circuits With Hard X-ray Transition Edge Sensors at the Advanced Photon Source
在阿贡国家实验室，我们正在开发硬X射线（2至20千电子伏）过渡边缘传感器（TES）阵列的光束线科学。与基于超导体的能量色散探测器相比，超导探测器提供的显著提高的能量分辨率，但具有比波长色散仪器更好的收集效率，这将使X射线发射和吸收光谱测量得到极大改善。具有24个微波频率复用像素的原型仪器目前正在高级光子源（APS）1-BM光束线上进行测试。初始测量显示能量分辨率比APS光束线用户目前可用的硅漂移探测器好十倍（150 eV与< 15 eV相比），特别是证明了在包含多种过渡金属元素的样品（如集成电路）中分辨密集发射线的能力。比较荧光光谱的集成电路测量与我们的TES在光束线与硅探测器的测量，我们发现发射线和元素很大程度上隐藏（如铪旁边的铜）从基于半导体的检测器，但很好地解决了TES。这直接显示了基于TES的仪器在荧光绘图方面的优势。
2021-03-13 cond-mat.supr-con physics.acc-ph physics.ins-det
