Drift velocity and gain in argon- and xenon-based mixtures
我们目前的测量漂移速度和增益的气体混合物的基础上，Ar和CO2，CH 4，和N2作为淬灭剂，并比较它们与计算。特别是，我们展示了Ar-和Xe-CO2漂移速度的依赖性，并获得了气体中氮污染物的量，这在实际实验中可能会通过泄漏建立。提出了一种定量化的潘宁机制，有助于一个给定的气体混合物的汤森系数。
2004-02-09 physics.ins-det
Calibration of a two-phase xenon time projection chamber with a $^{37}$Ar source
我们校准两相氙探测器在0.27 keV的电荷通道和在2.8 keV的光和电荷通道使用的$^{37}$ Ar源，是直接释放到检测器。我们绘制了光和电荷产额作为电漂移场的函数。对于2.8 keV的峰值，我们计算了复合的M-I盒参数，并确定了它对漂移场的依赖性。对于相同的峰，我们实现了能量分辨率，$E_σ/E_{mean}$，在9.8%和10.8%之间的0.1 kV/cm至2 kV/cm的电漂移场。
2017-06-26 physics.ins-det
Correlated Single- and Few-Electron Backgrounds Milliseconds after Interactions in Dual-Phase Liquid Xenon Time Projection Chambers
我们的特点是单电子和少数电子背景下观察到的双相液体氙时间投影室的时间尺度大大超过最大漂移时间后的相互作用。这些仪器背景限制了探测器对暗物质和宇宙成因中微子的灵敏度。使用普渡大学的~ 150 g液体氙探测器，我们研究了122 keV $^{57}$ Co康普顿相互作用后产生的这些背景在不同探测器条件下的表现。我们发现，在相互作用后，单电子和少电子信号的速率随时间遵循幂律。我们观察到线性增加的提取字段，并在单电子背景增加漂移场的速率增加。将速率归一化为主要相互作用的测量电离信号，速率随相互作用的深度线性增加。我们测试的假设，红外光子（1550 nm）将刺激和加速电子发射通过光剥离杂质，但发现，即使是1瓦的红外线不能减少这些背景。因此，我们提供了一个表征，可以通知低能量罕见事件搜索的背景模型。
2021-07-12 hep-ex physics.ins-det
Characterization of large area APDs for the EXO-200 detector
EXO-200使用468个大面积雪崩光电二极管（LAAPD），用于在超低背景液体氙（LXe）探测器中探测闪烁光。我们描述了从室温到169 K（液态氙的温度）的LAAPD的暗噪声、增益和对氙闪烁光的响应的初步测量。我们还描述了800多个LAAPD的个别表征选择性安装在EXO-200探测器。
2009-06-13 hep-ex physics.ins-det
Electron Drift and Longitudinal Diffusion in High Pressure Xenon-Helium Gas Mixtures
本文报道了在1-9巴和电场强度为50-300 V/cm的条件下，纯氙气和氙气-氦气混合气体中电子的漂移速度和纵向扩散系数的新测量结果。在纯氙中，我们发现所有$E/P$的漂移速度和扩散系数都与世界数据非常吻合。然而，一个更大的值的纵向扩散系数比理论预测被发现在低$E/P$在纯氙，低于范围内的减少领域通常探测TPC实验。在$E/P$稍大的氙-氦混合气体中观察到类似的效应。氙氦混合气体中的漂移速度在理论上得到了很好的预测。虽然氙氦混合物中的纵向扩散被发现是大于预期的，外推的基础上测得的纵向扩散系数表明，使用氦添加剂，以减少氙气中的横向扩散仍然是一个很有前途的前景。
2019-06-26 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
Electron drift properties in high pressure gaseous xenon
气体时间投影室（TPC）是一种非常有吸引力的粒子跟踪探测器技术。表征漂移速度和扩散对于正确评估它们的跟踪能力是非常重要的。NEXT-White是一种具有电致发光放大功能的高压氙气TPC，是未来NEXT-100探测器的1：2比例模型，将致力于无中微子双β衰变搜索。NEXT-White自2016年12月以来一直在Canfranc地下实验室（LSC）运营。漂移参数已被测量使用$^{83m}$ Kr的范围内减少漂移场在两个不同的压力制度，即7.2巴和9.1巴。与Magboltz模拟结果进行了比较。漂移速度、纵向扩散和横向扩散的一致性在5%或更好的水平。
2018-05-28 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
SiPM array of Xenoscope, a full-scale DARWIN vertical demonstrator
DARWIN项目旨在建造和运行下一代暗物质和中微子物理观测站，其特点是一个时间投影室，拟议的活动目标是40吨液态氙。作为测试未来探测器基本组件的研发设施，Xenoscope是一个全尺寸垂直演示器，装有约400公斤液体氙，电子漂移长度可达2.6米，由苏黎世大学建造。它的主要目的是证明电子漂移在液体氙前所未有的距离-首先在一个纯度监视器设置与电荷读出，其次是一个双相时间投影室。在第二阶段，将Hamamatsu生产的48个VUV 4 MMPC（型号S13371- 6050 CQ-02）阵列（具有12通道读数）放置在液体氙柱上方，并作为来自时间投影室中提取电子的次级比例闪烁信号的光读数。本文介绍了Xenoscope的硅光电倍增器阵列的设计与研制，内容包括结构设计、电子学设计、传感器低温特性分析和信号模拟。
2023-03-27 hep-ex physics.ins-det
A xenon gas purity monitor for EXO
我们讨论了EXO双β衰变计划的两种氙气纯度监测器（GPM）的设计、操作和校准。该装置在一个大气压或更高的环境气压下对远低于1 ppb的氧浓度敏感。GPM的工作原理进行了讨论，随着与GPM的钨丝的氧和其他杂质的相互作用。本文介绍了EXO-200双β衰变实验的调试和经验。这些装置也可用于其他惰性气体。
2011-06-09 physics.ins-det
A liquid xenon TPC for a medical imaging Compton telescope
“3γ成像”是我们课题组近年来研究的一项新的医学成像技术。为了证明这种技术的可行性，我们已经建造了一个小型的液体氙时间投影室原型。采用超低噪声前端电子学，高精度地测量了511 keV γ射线能量沉积和分辨率随漂移电场（E）的变化。通过测量载流子的漂移速度和时间分辨率，估计z分辨率为500 μm。
2011-12-05 physics.ins-det
The XeBRA platform for liquid xenon time projection chamber development
XeBRA是一个灵活的低温平台，旨在对寻找稀有事件的液体氙探测器进行研究和开发。其超大的外部低温恒温器使安装各种探测器设计成为可能。我们介绍了该系统，包括它的低温，气体处理，数据采集和缓慢控制子系统。两个双相时间投影室的敏感质量在1公斤规模迄今已在XeBRA。利用这些数据，我们确定了液体氙中电子漂移速度的场依赖性。我们还测量了相对电荷和光产额为41.5 keV的能量存款从氪-83米与50 V/cm和677 V/cm之间的电漂移场。
2023-02-09 physics.ins-det
On the Electrode Configurations in a Large Single Phase Liquid Xenon Detector for Dark Matter Searches
在不久的将来，将要求在50吨范围内为暗物质的搜索提供非常大的液体氙（氙）探测器。为了避免双相位检测器的不切实际的长的单个漂移空间，使用单相技术似乎是有益的。由于电子可以在任何方向上漂移，我们可以分割均匀介质，从而避免4 m级的过度最大漂移路径。较短的检测器长度具有若干益处，例如，对于相同的漂移场需要较低的阴极电压。我们可以很容易地将TPC分成两个区域，阴极在中心，两个阳极在顶部和底部。还可以使用在相同的液体体积中彼此堆叠的多个TPC，以进一步减小最大漂移长度。通过在中心安装额外的阳极来进一步划分漂移空间将需要S2光子穿过液体，其长度是仅为30 - 40 cm的Lion中的瑞利散射长度的几倍。这对于良好的x - y定位来说似乎是过度的。因此，我们提出了一个几何的两个独立的TPC与两个漂移空间。尽管有早期的出版物，但人们仍然对阴影的影响感到担忧。阳极区域的详细FEM模型示出，在对准的导线布置的情况下，漂移电子在宽度为15 $^{\circ}$ - 20 $^{\circ}$的窄角度范围内侧向撞击在阳极上。大多数S2光子在附近PMT阵列的全视图中发射。大约37%的S2光子被阳极线遮蔽，其中30%将再次反射回金属丝的镀金层。因此，我们可以观察到总S2光的74%。然而，与双相检测器相比，我们不会受到提取效率的影响，有时报告低至50%。
2021-07-16 physics.ins-det
Proposal of a Geiger-type Single-Phase Liquid Xenon Time Projection Chamber as Potential Detector Technique for Dark Matter Direct Search
以液态氙为靶材料的双相时间投影室是直接寻找暗物质最成功的探测器之一，在过去的几十年里，它使寻找弱相互作用大质量粒子的灵敏度提高了近五个数量级。然而，在下一代暗物质搜索实验（$\sim$ 50吨敏感质量）中，对于双相液体氙时间投影室用作探测器，在达到足够高的漂移电子场强和足够低的背景速率方面，仍然存在很大的挑战。在这里，我们提出了一个单相液体氙时间投影室与探测器的几何形状类似的盖革计数器，作为一个潜在的探测器技术，为未来的暗物质搜索，权衡场的均匀性少孤立的电荷信号。初步的场模拟和信号重建研究表明，这种单相时间投影室在技术上是可行的，并具有足够好的信号重建性能，可用于暗物质的直接搜索。
2021-06-17 hep-ex physics.ins-det
A Dual-phase Xenon TPC for Scintillation and Ionisation Yield Measurements in Liquid Xenon
一个小规模的两相（液体/气体）氙时间投影室（Xurich II）已在苏黎世大学设计、建造并投入运行。其主要目的是研究能量低于50 keV的液态氙中粒子相互作用的微观物理，这与使用氙作为靶材料的稀有事件搜索有关。在这里，我们详细描述了检测器，其相关的基础设施，以及为处理和分析数据而开发的信号识别算法。我们提出了新仪器的第一个特征与校准数据从内部83 m-Kr源。零场光产额分别为15.0和14.0光电子/keV，在9.4 keV和32.1 keV，在1 kV/cm的电子漂移场的相应值分别为10.8和7.9光电子/keV。在这些能量下的电荷产率为28和31电子/keV，其中每一个电子提取到气相中的比例闪烁产率为24个光电子，电子寿命为200 $μ$ s。相对能量分辨率，$σ/E$，分别为11.9%和5.8%，在9.4 keV和32.1 keV，使用闪烁和电离信号的线性组合。我们得出结论，在各种电场的电子漂移速度的测量，并比较这些文献值。
2017-12-22 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Liquid Xenon Detectors for Particle Physics and Astrophysics
本文综述了近20年来液体氙探测器的发展及其在粒子物理、天体物理和医学成像实验中的应用。我们首先总结了液体氙作为辐射探测介质的基本性质，根据最新的理论和实验信息。在简要介绍了不同类型的液体氙探测器后，我们继续回顾了过去，现在和未来的实验，使用液体氙寻找罕见的过程和图像辐射在空间和医学。我们将介绍每个应用程序的基本科学动机和实验要求的简要调查，然后审查每个实验的基本特征和预期性能。在这十年内，以不同模式运行的大容量液体氙探测器似乎将有助于回答粒子物理学，天体物理学和宇宙学中一些最基本的问题，满足最苛刻的探测挑战。从MEG这样的实验，目前运行中最大的液体氙闪烁探测器，致力于罕见的mu -> e +伽马衰变，到未来的XMASS，它也只利用液体氙闪烁来解决罕见事件搜索的雄心勃勃的计划，到时间投影室的类别，如XENON和EXO，它们利用液体氙的闪烁和电离来获得暗物质和无中微子双β衰变，分别，我们预计在未来几年无可匹敌的性能和重要贡献的物理学。
2009-10-26 hep-ex physics.ins-det
Xenon purity analysis for EXO-200 via mass spectrometry
我们描述的天然和富集氙库存使用的EXO-200双β衰变实验的基础上的质谱技术的纯度测量。通过液氮冷阱的存在，光谱仪的灵敏度提高了几个数量级，并且可以在十亿分之一或更好的水平上检测到许多感兴趣的杂质物质。我们已经使用该技术筛选EXO-200氙之前，期间和之后，它在我们的探测器中使用，这些测量已被证明是有用的。这是冷阱质谱技术在操作物理实验中的首次应用。
2011-09-06 nucl-ex physics.ins-det
Liquid-phase purification for multi-tonne xenon detectors
随着液体氙探测器规模的增长，需要新的技术来保持足够的纯度，使电荷能够在更长的漂移中存活。哥伦比亚大学的Xeclipse测试设备是为了测试通过由液体氙泵提供动力的低温过滤来去除负电性杂质而建造的，从而实现比通过加热吸气剂的气相净化高得多的质量流率。在本文中，我们介绍了Xeclipse的结果，包括两种吸附剂材料的测得的除氧率，用于指导XENONNT液体净化系统的设计和调试。得益于这一创新，XENONNT在8.6吨总质量中实现了超过10 ms的电子寿命，这可能是液体氙探测器中测得的最高纯度。
2022-10-03 physics.ins-det
Measurement of the ionization yield from nuclear recoils in liquid xenon between 0.3 -- 6 keV with single-ionization-electron sensitivity
双相氙TPC探测器是一种高度可扩展和广泛使用的技术，用于搜索来自WIMP暗物质或$\sim$ MeV中微子的相干核散射的低能核反冲信号。这样的实验期望测量来自这样的源的O（keV）电离或闪烁信号。然而，在$\sim1\,$ keV及以下，液体氙中的信号校准具有很大的不确定性，直接影响现有和未来实验的假定灵敏度。在这项工作中，我们报告了一个新的测量的电离产额的核反冲信号在液体氙低至0.3 $\,$ keV $\,\,$ -最低的能量校准报告的日期-在该能量的平均事件仅产生1.1电离~电子。在2和6 $\,$ keV之间，我们的测量结果与现有的测量结果一致，但显着提高了精度。在较低的能量，我们观察到一个下降的趋势，偏离简单的推断现有的数据。我们还研究了电离产率对220 V/cm和6240 V/cm之间的液体氙中所施加的漂移场的依赖性，使这些测量适用于宽范围的电流和不同的操作参数的建议实验。
2019-08-01 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
Electron transport measurements in liquid xenon with Xenoscope, a large-scale DARWIN demonstrator
本研究利用为DARWIN实验建造的全尺寸演示装置Xenoscope，开展343千克液态氙的电子输运测量，测得纯化88天后电子寿命达664(23)微秒，漂移速度与纵向扩散常数结果符合已有数据与模型预测。
2023-12-12 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
A linear RFQ ion trap for the Enriched Xenon Observatory
本文介绍了一种用于富氙天文台（EXO）的线性射频离子阱（REF）的设计、结构和性能。EXO旨在探测$^{136}$氘到$^{136}$钡的无中微子双β衰变。为了抑制可能的背景，EXO将补充衰变能量的测量，并在一定程度上，在一个充满中子的探测器中的候选事件的拓扑结构与子核（$^{136}$ Ba）的识别。这里描述的离子阱能够接受、冷却和限制从候选双β衰变事件的位点提取的单个Ba离子。然后可以通过激光光谱学以大的信噪比识别单个捕获的离子。
2007-04-12 physics.ins-det
The Electric Field Dependence of Single Electron Emission in the PIXeY Two-Phase Xenon Detector
双相氙探测器被广泛应用于银河系暗物质粒子的实验研究中。在这些探测器中，单电子背景在瞬时闪烁和成比例闪烁信号之后的起源还没有完全理解，尽管近年来已经取得了进展。本文描述了在Yale双相氙时间投影室中，${}^{83m}Kr$校准事件中的单电子本底及其与漂移场和提取场的相关性。测量了由Fowler-Nordheim（FN）效应引起的单电子本底，并对其电场依赖性进行了量化。由瞬时闪烁和比例闪烁引起的栅极和杂质的光电离也对单电子背景有贡献。
2021-12-17 hep-ex physics.app-ph 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
MiX: A Position Sensitive Dual-Phase Liquid Xenon Detector
随着双相氙探测器技术的成熟，对稀有事件探测的高效率，对双相氙探测器精确表征的需求也在增长。密歇根氙探测器的建造是为了研究大能量范围内液体氙中粒子相互作用的微观物理学，以探索液体氙中辐射探测的各个方面。我们报道了一种小型三维位置敏感双相液体氙时间投影室的设计和性能，该室具有高光产额（$L_y^{122}=15.2 $ pe/keV，零场），长电子寿命（$τ> 200 μ$ s）和优异的能量分辨率（$σ/E = 1\%$，在200 V/cm的漂移场中，1,333 keV的伽马射线）。具有如此高能量分辨率的液体氙时间投影室不仅可以用于暗物质直接探测研究，而且可以用于无中微子双β衰变实验和其他应用。
2015-10-26 physics.ins-det
Proportional scintillation in liquid xenon: demonstration in a single-phase liquid-only time projection chamber
本文在小型单相纯液氙 TPC 中利用 83mKr 信号验证液相 S2 比例闪烁，测得最高 g2 增益及电子漂移、扩散参数，证明该类探测器可成功运行。
2024-09-18 physics.ins-det
Development of Dual-phase Xenon TPC with a Quartz Chamber for Direct Dark Matter Search
在双相氙时间投影室（TPC）中密封石英室的想法有可能提高未来直接搜索暗物质的探测器灵敏度。在未来的暗物质实验中，TPC探测器面临的一个主要挑战是减少内部背景，如$^{222}$ Rn和电离信号的恶化，由于电负性杂质。密封的石英腔室可以将TPC的敏感体积与外部干扰隔离，因此预计可以防止由放射性和负电性杂质引起的污染，这些杂质来自外部检测器材料。在日本的神冈天文台，我们开发了一种TPC，它带有一个石英腔室，其中含有$ϕ48 \times 58$ mm体积的液体氙。在这个开发阶段，我们的目标不是石英腔室的完美密封性。我们的目标有两个：首先，通过使用校准源来证明TPC中石英材料的存在不会影响其操作;其次，对TPC的特性进行定量测量。在75- 384 V/cm的电场范围内，我们成功地测量了液体氙中电子的漂移速度为1.2- 1.7 mm/ $μ$ s，还观察到单个电离电子产生的小S ~ 2信号，光产额为16.5 $\pm$ 0.5 PE。这些结果与预期值一致;因此，我们的演示为结合石英室的TPC提供了原理证明。
2020-09-13 hep-ex physics.ins-det
The EXO-200 detector, part I: Detector design and construction
EXO-200是一个实验，旨在寻找双β衰变的$^{136}$氙与单相，液体氙探测器。它使用110公斤氙的有效质量，在超低背景时间投影室中同位素136富集到80.6%，能够同时检测电离和闪烁。本文介绍了EXO-200探测器，特别注意围绕背景的减少，昂贵的同位素富集氙的有效利用，并在一个相对较大的体积的能量分辨率的优化设计的最具创新性的方面。
2012-05-23 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Field dependence of electronic recoil signals in a dual-phase liquid xenon time projection chamber
我们目前的测量光和电荷信号的双相时间投影室在电场变化从10 V/cm到500 V/cm和零场使用511 keV的伽马射线从$^{22}$钠源。我们确定的漂移速度，电子寿命，扩散常数，并在511千电子伏的电场的函数的光和电荷产量。此外，我们拟合的闪烁脉冲形状的有效指数模型，在低场的衰减时间为43.5 ns，在高场降低到25 ns。
2018-09-11 physics.ins-det
Optimal operating parameters for next-generation xenon gas time projection chambers
University of Texas at Arlington（阿灵顿德克萨斯大学）
本文研究了下一代GXeTPC探测器的设计参数对实验性能的影响，发现使用富集氙气的探测器在背景率方面优于自然氙气，且通过优化气体添加剂可有效降低扩散，实现背景率低于0.2事件/吨年。
2026-03-17 hep-ex physics.ins-det
Commissioning of the 2.6 m tall two-phase xenon time projection chamber of Xenoscope
本文介绍了XLZD合作组提出的天体粒子物理观测站演示装置Xenoscope的2.6米高两相氙TPC的建造调试，实现了液态氙中长距离电子漂移演示等目标，并观测到宇宙缪子的光与电荷信号。
2025-02-17 astro-ph.IM physics.ins-det
Measurements of proportional scintillation and electron multiplication in liquid xenon using thin wires
液体氙中的比例闪烁在直接暗物质探测领域具有很好的应用前景，可能允许更简单、更灵敏的探测器。然而，目前对这一现象的基本特性及其实际使用准则的了解有限。我们在这里报告测量的比例闪烁光发射的液体氙周围细导线。使用直径为10 $μ$ m的镀金钨丝获得了每个漂移电子的$287^{+97}_{-75}$光子的最大比例闪烁增益。电子倍增和比例闪烁的阈值分别测量为$725^{+48}_{-139}$和$412^{+10}_{-133}$ kV/cm。比例闪烁的阈值与之前发表的结果非常一致，而电子倍增阈值则代表了一种新颖的测量方法。首次获得了一套完整的参数，为实际应用的电子倍增和比例闪烁过程中的液体氙。
2014-11-10 physics.ins-det
Modeling Pulse Characteristics in Xenon with NEST
本文提出了一个描述氙探测器中粒子相互作用产生的脉冲信号特性的综合模型。重点放在两相时间投影室，但提出的模型也适用于单相探测器。为了模拟由于初级闪烁光的脉冲形状，将单重态和三重态二聚体态的比例以及它们相应的衰减时间和复合时间的影响并入模型中。在两相时间投影室中，模拟电致发光脉冲时，计算了电离电子在气体中的平均自由程、漂移速度、单重态和三重态的衰减时间、扩散常数和电子俘获时间。这种建模已被纳入一个完整的软件包，它逼真地模拟这些类型的探测器的预期脉冲形状。
2014-01-17 physics.ins-det
GraXe, graphene and xenon for neutrinoless double beta decay searches
我们提出了一个新的探测器概念，Graxion（发音为Grace），用于寻找中微子-136的双β衰变。石墨烯结合了稀有事件搜索中流行的检测介质液体氙和一种新的无背景材料石墨烯。在我们的Graxide基线设计中，一个由石墨烯涂层钛网制成的球体，充满了富含136同位素的液体氙（Lxide），浸入大量装有光电探测器的天然Lxide中。液态氙是一种极好的闪烁体，对自身的光线相当透明。石墨烯在很大的频率范围内是透明的，并且对氙是不可渗透的。事件的位置可以从光传感器中检测到的光图案推断出来。外部背景将被天然Leptin的缓冲物屏蔽，使超放射纯的内部体积几乎没有背景。工业石墨烯可以以具有竞争力的成本制造，以生产球体。在同位素氙-136中浓缩氙很容易，而且相对便宜，世界上已经有近一吨的浓缩氙可用（目前正在EXO，KamLAND-Zen和NEXT实验中使用）。所有低温专业知识都可以从使用液体氙的众多实验中轻松获得。使用引力概念的实验在短时间内看起来是现实的和负担得起的，其物理潜力是巨大的。
2012-02-23 hep-ex hep-ph physics.ins-det
R2D2 TPC: first Xenon results
本文报告R2D2项目首次氙气运行结果，比较球形与圆柱形径向TPC性能，CPC在1 bar氙气、17 cm漂移距离下实现1.4% FWHM能量分辨率，为ββ0ν搜寻提供新探测途径。
2023-09-24 hep-ex physics.ins-det
Measurement of Charge and Light Yields for $^{127}$Xe L-Shell Electron Captures in Liquid Xenon
使用双相氙时间投影室（LXe-TPC）的暗物质搜索依赖于它们在搜索信号样核反冲（NR）时拒绝背景电子反冲（ER）的能力。ER响应通常使用$β$ -衰变源（如氚）进行校准，但这些校准并不表征伴随原子空位的事件，如太阳中微子散射内壳层电子。这样的事件导致X射线和俄歇电子的发射，导致更高的电子-离子复合，从而比从$β$ -衰变校准推断的更像NR的响应。我们提出了一个交叉校准的氚$β$ -衰变和$^{127}$的电子捕获衰变（产生内壳层的空缺）在一个小规模的LXe-TPC，并给出了最精确的测量日期的光和电荷产额的$^{127}$的电子捕获在液体氙。我们观察到一个6.9 $σ$（9.2 $σ$）的差异，在L-壳层的捕获响应相对于氚$β$ -衰变，测量的漂移场为363 $\pm$ 14 V/cm（258 $\pm$ 13 V/cm），当与模拟调整，以重现正确的$β$ -衰变响应。在暗物质搜索中，使用忽略这一效应的背景模型会导致仅背景数千吨年照射量的过度覆盖（上限），但其水平远低于90\%C. L.的1- $σ$实验间变化。50 GeV/ $c^2$暗物质粒子相互作用速率的上限。
2021-12-14 hep-ex physics.ins-det
Ionization and scintillation response of high-pressure xenon gas to alpha particles
高压氙气在基础物理学和应用物理的各种应用中是一种有吸引力的检测介质。本文研究了10巴气压下氙气的电离和闪烁探测特性。为此，我们使用的α粒子源的NEXT-DEMO时间投影室，大规模的原型的NEXT-100无中微子双β衰变实验，在三个不同的漂移电场配置。我们测量电离电子的漂移速度和纵向扩散，并将我们的结果与基于纯氙上的电子散射截面的预期进行比较。此外，两种类型的测量解决电离和闪烁产率之间的连接进行。一方面，我们观察到，第一次在氙气中，大事件的电离和闪烁信号之间的相关波动，类似于已经观察到的液体氙。另一方面，我们研究了平均闪烁和电离产额的场依赖性。这两种类型的测量可能揭示的机制，电子-离子复合在氙气的高度电离粒子。最后，通过比较NEXT-DEMO中α粒子和电子的响应，我们没有发现α粒子在氙气中产生的初级闪烁光猝灭的证据。
2013-05-21 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Investigating the slow component of the infrared scintillation time response in gaseous xenon
本文通过延长测量时间窗口至约3 μs，研究了常压室温气态氙中α粒子红外闪烁的慢成分，确定其衰减时间约850 ns，并测得光产额(6347 ± 22 (stat) ± 400 (syst)) ph/MeV，同时排除电子漂移或复合发光的贡献。
2024-01-17 hep-ex physics.ins-det
First demonstration of VUV-photon detection in liquid xenon with THGEM and GEM-based Liquid Hole Multipliers
气泡辅助液体空穴倍增器（LHM）是最近引入的用于贵液时间投影室的检测概念。在该“局部双相”检测元件中，气泡被支撑在穿孔电极（例如，厚气体电子倍增器- THGEM或气体电子倍增器- GEM）。漂移通过空穴的电子在它们进入气泡时引起大的电致发光信号。在这项工作中，我们报告最近的结果THGEM和GEM电极涂有碘化铯和浸没在液体氙，允许-第一次-除了使用LHM的电离电子的初级VUV闪烁光子的检测。
2016-03-24 astro-ph.IM physics.ins-det
Measurement of light and charge yield of low-energy electronic recoils in liquid xenon
液体氙的光和电荷产额对外加电场和反冲能的依赖关系对于使用液体氙时间投影室的暗物质探测器是重要的。在反冲能量小于10千电子伏时，这种场依赖性的测量很少。在本文中，我们提出了这样的测量结果，使用专门的检测器。反冲能量是通过康普顿符合技术确定的四个漂移场相关的液体氙暗物质探测器：0.19，0.48，1.02，和2.32千伏/厘米。平均反冲能量下降到1千电子伏测量前所未有的精度。我们发现，电荷和光产额是反相关的3 keV以上，和场的依赖性变得可以忽略不计低于6 keV。然而，低于3千电子伏，我们发现一个电荷产量显着高于预期和重建的能量偏离线性。
2016-11-30 astro-ph.IM physics.ins-det
Operating a large-diameter dual-phase liquid xenon TPC in the unshielded PANCAKE facility
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg（弗赖堡大学）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）
在未屏蔽的PANCAKE设施中，通过稳定运行大直径双相液氙TPC，验证了在高背景环境下进行TPC性能表征的可能性，并展示了降低TPC阈值的潜力。
2026-01-22 physics.ins-det
Determination of responses of liquid xenon to low energy electron and nuclear recoils using the PandaX-II detector
本文报道了双相氙时间投影室探测器PandaX-Ⅱ对低能反冲的响应。在400和317 V/cm两个漂移场下，分别用注入氚化甲烷或$^{220}$ Rn源，以及用$^{241}$ Am-Be中子源，在$1-25$ keV（ER）和$4-80$ keV（NR）能量范围内，标定了电子反冲（ER）和核反冲（NR）响应。经验模型被用来拟合两种类型的反冲的光产额和电荷产额。最佳拟合模型能很好地描述标定数据。通过对数据的统计比较，得到了拟合模型的系统不确定度。
2021-02-18 hep-ex 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
Simultaneous reconstruction of scintillation light and ionization charge produced by 511 keV photons in liquid xenon : potential application to PET
为了评估用于正电子发射断层成像的液体氙探测器的性能，我们研究了由511 keV光子在小型原型探测器中产生的闪烁光和电离电荷。用大面积雪崩光电二极管检测闪烁光，而电离电子在漂移高达3 cm后收集在装有低噪声电子器件的阳极上。研究了操作条件作为电场的函数。通过结合闪烁光和电离电荷信号实现了<10%（FWHM）的能量分辨率。研究了闪烁光与电离信号之间的关系。为了优化未来的探测器设计，对波动的来源进行了分析。
2009-06-22 physics.ins-det physics.med-ph
Electroluminescence and charge multiplication in liquid xenon with a VCC-like Microstrip Plate
本文首次在液态氙中利用VCC微条板实现电致发光与电荷倍增，测得初始光产额460光子/电子，稳定后为27光子/电子，增益小于10，展示其在暗物质和中微子探测中的潜力。
2025-10-14 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Measurements of electron transport in liquid and gas Xenon using a laser-driven photocathode
本文报道了液态和气态氙中电子漂移特性的测量结果。在脉冲紫外激光驱动下，半透明金光电阴极在透射模式下利用光电效应产生电子。电荷在不同电场和2.0 cm的固定漂移距离下在小室中漂移和扩散。在0.5 kV/cm电场下，测得的漂移速度和相应的温度系数分别为：液态氙的$1.97 \pm 0.04$ mm/ $μ$ s和$(-0.69\pm0.05)$ \%/K，气态氙的$1.42 \pm 0.03$ mm/ $μ$ s和$(+0.11\pm0.01)$ \%/K。此外，我们测量了纵向扩散系数$25.7 \pm 4.6$ cm $^2$ /s和$149 \pm 23$ cm $^2$ /s，分别为液体和气体。研究了金光电阴极在液态氙、气态氙和真空中光子能量为4.73eV时的量子效率。这些电荷输运性质和光电阴极在氙环境中的行为在设计和校准未来的大规模稀有液体探测器中是重要的。
2019-11-25 nucl-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
Helium-Xenon mixtures to improve topological signature in high pressure gas Xenon TPCs
在氙基双β衰变实验的框架内，我们提出了通过减少漂移电子的扩散来提高电致发光时间投影室（EL TPC）的背景抑制的可能性，同时保持几乎完整的纯氙EL TPC的能量分辨率。基于最先进的微观模拟，大量添加大约10%或15%的氦可以将横向扩散从纯氙的10.5 mm/$\sqrt{\mathrm{m}}$急剧降低到2.5 mm/$\sqrt{\mathrm{m}}$。纵向扩散保持在4 mm/ $\sqrt{\mathrm{m}}$左右。还进行了光产生研究。它们表明，这种变化引起的能量分辨率的相对变化不超过百分之几，这使得能量分辨率几乎没有变化。在氦气氛中使用光电倍增管的技术警告也详细讨论。
2018-12-20 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Measurement of the transverse diffusion coefficient of charge in liquid xenon
液态氙（LXe）由于其高密度、高原子序数和产生电子-离子对所需的低能量而作为电离检测器的检测介质是非常有吸引力的材料。因此，它已被用于几个应用，如γ探测或直接探测暗物质。目前，Subatech正在研发用于3 γ医学成像的康普顿望远镜，该望远镜可以对一个（β +，γ）放射性同位素发射体进行精确的三维定位。载流子的扩散将直接影响到电离信号的空间分辨率。我们将报告我们如何测量不同电场（0.5~1.2 kV/cm）下的横向扩散系数，通过观察载流子在漂移长度变化到12 cm时的喷雾。采用极低噪声的前端电子学和完整的实验蒙特卡罗模拟，精确测量了横向扩散系数的值。
2011-09-15 physics.ins-det
Characterisation of NEXT-DEMO using xenon K$_α$ X-rays
NEXT实验的目的是观察$^{136}$在高压气体TPC中的无中微子双β衰变，使用电致发光（EL）放大电离信号。了解探测器的响应对于实现一致且易于理解的能量测量至关重要。在数据采集过程中氙k壳层x射线发射的丰度已被确定为表征气体基本参数以及均衡检测器响应的多功能工具。NEXT-DEMO原型是一个约1.5 kg体积的TPC，充满了天然氙气。它采用了一个阵列的19个光电倍增管作为能量平面和256 SiPM作为跟踪平面的TPC光管和SiPM表面涂有四苯基丁二烯（TPB），作为波长移位器的VUV闪烁光产生的氙。本文介绍了用K $_α$ X射线淀积测量TPC中电子漂移的性质、EL产生区的影响以及位置相关校正常数的提取。这些常数用于均衡检测器对$^{22}$ Na γ射线留下的沉积物的响应。
2014-11-05 hep-ex physics.ins-det
Measurements of the ion fraction and mobility of alpha and beta decay products in liquid xenon using EXO-200
EXO-200探测器中的α衰变用于测量分别由α和β衰变产生的带电$^{218}\mathrm{Po}$和$^{214}\mathrm{Bi}$子体的分数。发现液态氙（LXe）中的$^{222}\mathrm{Rn}$ α衰变产生当时的$^{218}\mathrm{Po}^{+}$离子$50.3 \pm 3.0\%$，而其余的$^{218}\mathrm{Po}$原子是中性的。从LC 10中$^{218}\mathrm{Po}$和$^{214}\mathrm{Po}$ α衰变的相对速率推断，发现LC 10中$^{214}\mathrm{Pb}$ β衰变的$^{214}\mathrm{Bi}^{+}$分数为$76.4 \pm 5.7\%$。观察到$^{218}\mathrm{Po}$离子的平均速度随着漂移时间的延长而降低。最初，离子具有$0.390 \pm 0.006~\mathrm{cm}^2/(\mathrm{kV}~\mathrm{s})$的迁移率，并且在长漂移时间下，迁移率为$0.219 \pm 0.004~\mathrm{cm}^2/(\mathrm{kV}~\mathrm{s})$。与迁移率的变化在漂移过程中的$^{218}\mathrm{Po}^{+}$离子的时间常数被发现是成比例的电子寿命在LPEs。
2017-04-03 nucl-ex physics.ins-det
Performance of a Large Area Avalanche Photodiode in a Liquid Xenon Ionization and Scintillation Chamber
用大面积雪崩光电二极管（LAAPD）探测了α粒子、电子和γ射线在液体氙（LXe）中产生的闪烁光。测量α闪烁产率作为施加的电场的函数。我们估计LAAPD的量子效率为45%。来自零电场下的光测量的最佳能量分辨率对于来自Bi-207的976 keV内转换电子为7.5%（sigma），并且对于来自Am-241的5.5 MeV α粒子为2.6%（sigma）。用于这些测量的检测器也作为网格电离室操作以测量电荷产额。我们证实，在LC 10中使用LAAPD不会引入抑制自由电子漂移的杂质。
2005-02-14 astro-ph nucl-ex physics.ins-det
Observation and applications of single-electron charge signals in the XENON100 experiment
XENON100暗物质实验在时间投影室（TPC）中使用液体氙来测量由暗物质弱相互作用大质量粒子（WIMPs）散射引起的氙核反冲。本文报道了与WIMP相互作用无关的单电子电荷信号的观测结果。这些信号，这表明了优秀的灵敏度的检测器小的电荷信号，被解释为是由于在液体氙和TPC内的金属成分的杂质的光电离。它们被用作表征探测器的唯一校准源。我们解释了如何推断XENON100实验的关键参数：二次闪烁增益，从液相到气相的提取率和电子漂移速度。
2014-01-28 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
An improved measurement of electron-ion recombination in high-pressure xenon gas
我们的NEXT-100高压氙气时间投影室（TPC），暴露于α衰变校准源的NEXT-DEMO原型获得的结果报告。与我们以前的α粒子测量相比，我们使用了升级的探测器和改进的分析技术。我们测量事件的电离和闪烁之间的相关波动，由于在气体中的电子-离子复合，相关系数在-0.80和-0.56之间，这取决于漂移场条件。通过结合这两个信号，我们获得了2.8%FWHM的能量分辨率为5.49 MeV的α粒子和测量的光增益的电致发光TPC。改进的能量分辨率还允许我们测量天然杂质导致的气体中氡的比活度。最后，我们测量的平均比率的激发电离的原子产生的氙气中的α粒子是$0.561\pm 0.045$，转化为平均能量，以产生一个初级闪烁光子的$W_{\rm ex}=(39.2\pm 3.2)$ eV。
2015-02-03 hep-ex physics.ins-det
Spectroscopy of VUV luminescence in dual-phase xenon detectors
Imperial College London（帝国理工学院）
研究双相氙探测器中液相单重态和三重态发射及气体电致发光的光谱特性，为暗物质探测提供关键数据。
2025-12-24 hep-ex physics.ins-det
