Commissioning of the vacuum system of the KATRIN Main Spectrometer
M. Arenz, M. Babutzka, M. Bahr, J. P. Barrett, S. Bauer, M. Beck, A. Beglarian, J. Behrens, T. Bergmann, U. Besserer, J. Blümer, L. I. Bodine, K. Bokeloh, J. Bo… 展开作者
M. Arenz, M. Babutzka, M. Bahr, J. P. Barrett, S. Bauer, M. Beck, A. Beglarian, J. Behrens, T. Bergmann, U. Besserer, J. Blümer, L. I. Bodine, K. Bokeloh, J. Bonn, B. Bornschein, L. Bornschein, S. Büsch, T. H. Burritt, S. Chilingaryan, T. J. Corona, L. De Viveiros, P. J. Doe, O. Dragoun, G. Drexlin, S. Dyba, S. Ebenhöch, K. Eitel, E. Ellinger, S. Enomoto, M. Erhard, D. Eversheim, M. Fedkevych, A. Felden, S. Fischer, J. A. Formaggio, F. Fränkle, D. Furse, M. Ghilea, W. Gil, F. Glück, A. Gonzalez Urena, S. Görhardt, S. Groh, S. Grohmann, R. Grössle, R. Gumbsheimer, M. Hackenjos, V. Hannen, F. Harms, N. Hauÿmann, F. Heizmann, K. Helbing, W. Herz, S. Hickford, D. Hilk, B. Hillen, T. Höhn, B. Holzapfel, M. Hötzel, M. A. Howe, A. Huber, A. Jansen, N. Kernert, L. Kippenbrock, M. Kleesiek, M. Klein, A. Kopmann, A. Kosmider, A. Kovalík, B. Krasch, M. Kraus, H. Krause, M. Krause, L. Kuckert, B. Kuffner, L. La Cascio, O. Lebeda, B. Leiber, J. Letnev, V. M. Lobashev, A. Lokhov, E. Malcherek, M. Mark, E. L. Martin, S. Mertens, S. Mirz, B. Monreal, K. Müller, M. Neuberger, H. Neumann, S. Niemes, M. Noe, N. S. Oblath, A. Off, H. -W. Ortjohann, A. Osipowicz, E. Otten, D. S. Parno, P. Plischke, A. W. P. Poon, M. Prall, F. Priester, P. C. -O. Ranitzsch, J. Reich, O. Rest, R. G. H. Robertson, M. Röllig, S. Rosendahl, S. Rupp, M. Rysavy, K. Schlösser, M. Schlösser, K. Schönung, M. Schrank, J. Schwarz, W. Seiler, H. Seitz-Moskaliuk, J. Sentkerestiova, A. Skasyrskaya, M. Slezak, A. Spalek, M. Steidl, N. Steinbrink, M. Sturm, M. Suesser, H. H. Telle, T. Thümmler, N. Titov, I. Tkachev, N. Trost, A. Unru, K. Valerius, D. Venos, R. Vianden, S. Vöcking, B. L. Wall, N. Wandkowsky, M. Weber, C. Weinheimer, C. Weiss, S. Welte, J. Wendel, K. L. Wierman, J. F. Wilkerson, D. Winzen, J. Wolf, S. Wüstling, M. Zacher, S. Zadoroghny, M. Zboril
备注：
submitted for publication in JINST, 39 pages, 15 figures
The KATRIN experiment will probe the neutrino mass by measuring the beta-electron energy spectrum near the endpoint of tritium beta-decay. An integral energy analysis will be performed by an electro-static spectrometer (Main Spectrometer), an ultra-high vacuum vessel with a length of 23.2 m, a volume of 1240 m^3, and a complex inner electrode system with about 120000 individual parts. The strong magnetic field that guides the beta-electrons is provided by super-conducting solenoids at both ends of the spectrometer. Its influence on turbo-molecular pumps and vacuum gauges had to be considered. A system consisting of 6 turbo-molecular pumps and 3 km of non-evaporable getter strips has been deployed and was tested during the commissioning of the spectrometer. In this paper the configuration, the commissioning with bake-out at 300°C, and the performance of this system are presented in detail. The vacuum system has to maintain a pressure in the 10^{-11} mbar range. It is demonstrated that the performance of the system is already close to these stringent functional requirements for the KATRIN experiment, which will start at the end of 2016.
Stochastic Heating by ECR as a Novel Means of Background Reduction in the KATRIN Spectrometers
KATRIN实验的主要目标是探测绝对中微子质量标度，灵敏度为200 meV（90% C. L.）。通过精确的氚β衰变光谱学为了达到这个目的，在氚β衰变终点区域需要10 ^（-2）cps量级的低本底。用静电减速谱仪进行的测量表明，在谱仪的体积中由核衰变产生的电子被长时间储存，从而作为超过该极限的本底的主要来源。在本文中，我们提出了一种新的主动本底降低方法的基础上随机加热的存储电子的众所周知的过程中的电子回旋共振（ECR）。在KATRIN预光谱仪的测试测量中，ECR技术的原理证明是成功的，从而大大降低了背景速率。此外，我们已经进行了广泛的蒙特卡罗模拟，以揭示潜在的ECR技术，以消除所有被困的电子在主光谱仪的测量时间可以忽略不计的损失。这将使KATRIN实验充分发挥其物理潜力。
A pulsed, mono-energetic and angular-selective UV photo-electron source for the commissioning of the KATRIN experiment
KATRIN实验的目标是以200 meV/c^2（90% C. L.）的灵敏度确定中微子质量尺度。通过精确测量氚$β$ -光谱在端点区域的形状。衰变电子的能量分析是通过MAC-E滤波谱仪实现的。为了确定KATRIN主谱仪的透射特性，研制了一种单能角选择电子源。在准备主光谱仪的第二次调试阶段时，在KATRIN监测光谱仪上进行了测量阶段，其中设备在MAC-E过滤器设置中运行以进行测试。这些测量的结果进行了比较，使用粒子跟踪软件“Kassiopeia”，这是在KATRIN合作开发的模拟在最近几年。
A precision 32 keV angular-selective photoelectron source for calibration measurements at the KATRIN experiment
University of Münster（明斯特大学）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Washington（华盛顿大学）；Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)-Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理学会米兰比可卡分部）
Background reduction at the KATRIN experiment by the shifted analysing plane configuration
KATRIN实验的目标是在五年的数据采集之后，以0.2 eV $/c^2$的灵敏度测量电子中微子质量。最近，中微子质量的一个新的上限为0.8 eV $/c^2$（90%CL）。为了达到设计灵敏度，需要将背景速率降低一个数量级。移动分析平面（SAP）配置利用KATRIN主光谱仪中电场和磁场的特定形状，将光谱仪背景降低两倍。我们讨论了SAP配置的一般思想，并描述了这种新的测量模式的主要特点。
Gamma-induced background in the KATRIN main spectrometer
KATRIN实验的目的是测量有效电子反中微子质量$m_{\overlineν_e}$，灵敏度为0.2 eV/c $^2$，使用气态氚源结合MAC-E过滤技术。低背景速率对于实现所提出的灵敏度是至关重要的，并且已经进行了专门的测量以研究背景电子的可能来源。在这项工作中，我们测试的假设，从外部放射性源的伽马辐射显着增加了在主光谱仪（MS）中创建的背景事件，并在焦平面探测器中观察到的速率。使用实验大厅中伽马通量的详细模拟，结合一系列人为增加或减少到MS的局部伽马通量的实验测试，我们将上限设定为0.006计数/秒（90% C. L.）从这个机制。我们的研究结果表明，用于阻止从MS的内表面发射的次级电子的静电和磁屏蔽的有效性。
The Design, Construction, and Commissioning of the KATRIN Experiment
卡尔斯鲁厄氚中微子实验（KATRIN）旨在直接和独立于模型确定绝对中微子质量尺度，是一个复杂的实验，有许多组成部分。超过15年前，我们发布了一份技术设计报告（TDR）[https：//publikationen.bibliothek.kit.edu/270060419]，描述了在90% C. L时实现0.2 eV灵敏度目标的硬件设计和要求。关于中微子质量。从那时起，已经取得了相当大的进展，最终在整个光束线操作的第一个中微子质量结果的出版[arXiv：1909.06048]。在本文中，我们记录了所有已完成的光束线组件的当前状态（截至第一次中微子质量测量活动），证明了我们能够长时间可靠稳定地控制它们，并详细介绍了各自的调试活动。
Deconvolution of the energy loss function of the KATRIN experiment
KATRIN实验的目标是以0.2 eV/c^2的灵敏度（在90% C. L.）直接和独立于模型地测定中微子质量。通过测量氚β衰变谱的终点区域。该实验的主要组成部分是一个无窗口的气态氚源（WGTS），差分和低温泵浦部分和一个串联的前和主光谱仪，应用磁绝热准直与静电延迟电位的概念来分析β衰变电子的能量，并引导电子通过过滤器到一个分段的硅PIN探测器。这种实验的一个重要的系统不确定性是由于β衰变电子的能量损失的弹性和非弹性散射的氚分子内的源体积，改变测量光谱的形状。为了校正这些影响，需要对相应的能量损失函数进行独立测量。在这项工作中，我们描述了一种反卷积方法提取的能量损失函数的实验在不同的列密度的WGTS使用单能电子源的响应函数的测量。
Development and commissioning of the Timing Counter for the MEG Experiment
MEG（Mu to Electron Gamma）实验的定时计数器被设计为在寻找衰变$μ^+ \rightarrow e^+γ$的过程中传递触发信息并精确测量$e^+$的定时。它是磁谱仪的一部分，中心是$μ^+$衰变靶。它由两个扇区的上游和下游的目标，每个有两层：内一个由APD读出的触发和跟踪重建的反射纤维制成，外一个由PMT读出的触发和时间测量的反射条组成。文中介绍了探测器的设计准则、获得的性能和调试情况。
