Limits on spin-independent couplings of WIMP dark matter with a p-type point-contact germanium detector
本文报道了在国胜反应堆中微子实验室用840 g基准质量的p型点接触锗探测器获得的39.5 kg-天的数据对自旋无关的WIMP-核子相互作用截面的新限制。这项研究的关键是选择程序的理解，特别是，在sub-keV范围内的散装表面事件分化。用校准γ源和新型n型点接触锗探测器测量了信号保留和背景抑制效率。部分参数空间的横截面与WIMP质量暗示的各种实验进行了探讨和排除。
2013-07-09 astro-ph.CO hep-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
The Impact of the Charge Barrier Height on Germanium (Ge) Detectors with Amorphous-Ge Contacts for Light Dark Matter Searches
在寻找低至MeV量级的轻暗物质时，需要能够测量单个电子-空穴对的锗探测器。我们研究了具有非晶Ge（a-Ge）接触的Ge探测器实现测量单个e-h对的灵敏度的可行性，这需要极低的漏电流。采用三个具有a-Ge接触的Ge探测器研究了阻挡电子和空穴的电荷势垒高度。利用测得的体漏电流和D $\ddot{o}$ hler-Brodsky模型，我们分别得到了顶接触和底接触的电荷势垒高度和费米能级附近的局域能态密度。我们预测，体漏电流是非常小的，可以忽略不计，在氦温度（$\sim$ 4 K）。因此，具有a-Ge接触的Ge探测器具有测量用于探测LDM粒子的单个e-h对的潜力。
2020-04-28 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Characterization and modeling of thermally-induced doping contaminants in high-purity Germanium
高纯锗（HPGe）是生产γ射线探测器的关键材料。在形成探测器结所需的工艺过程中，其高纯度水平（<2x 10 ^（-4）ppb的掺杂杂质）必须保持在体中。为了提高器件性能和扩大应用领域，本文对多种掺杂工艺进行了评价，以验证它们对材料纯度的影响。更详细地，我们研究了由常规和非常规表面掺杂工艺（例如B离子注入、来自旋涂掺杂（SOD）源的P和Ga扩散、来自远程溅射源的Sb平衡扩散和溅射Sb的激光热退火（LTA））引起的体HPGe内部的污染掺杂缺陷或杂质的电激活。掺杂缺陷，在高温退火过程中被热激活，通过电测量表征。建立了描述污染过程的唯象模型，并用于分析扩散参数和可能的工艺热窗口。其结果是，被限制在HPGe表面的非平衡掺杂过程具有更高的可能性被成功地用于薄接触的形成，保持了体材料的原始纯度。其中，激光热退火是最有前途的。
2018-07-02 physics.ins-det
Detection limit of next-generation of multi-element germanium detectors in the context of Environmental science
环境科学的主要挑战之一是土壤中污染痕量（例如镉或锑）的识别和化学演变，这需要在同步加速器设施上进行长时间的精确测量。在此背景下，新一代多元素锗探测器在合理的时间内识别0.1-1~ppm痕量的潜力已经使用Allpix Squared框架进行了研究。该代码经过定制，包括COMSOL Multiphysics软件生成的三维电场和加权场图，以及用于模拟SOLEIL同步加速器样品环境和配备数字脉冲处理器（DPP）的锗探测器信号响应的几个功能。利用SOLEIL同步加速器SAMBA光束线的实验数据对整个模拟链进行了验证。这项工作提出了第一个估计的检测限镉痕量土壤样品中的未来多元素锗探测器，使用这个模拟链。
2022-04-15 physics.ins-det
Implication of the Temperature-Dependent Charge Barrier Height of Amorphous Germanium Contact Detector in Searching for Rare Event Physics
具有非晶Ge（a-Ge）接触的锗（Ge）探测器的探索引起了人们对稀有事件物理（例如暗物质和无中微子双β衰变）的研究的关注。沉积在探测器表面的a-Ge接触的电荷势垒高度（CBH）对于抑制探测器的漏电流以实现低能量探测阈值和高能量分辨率是至关重要的。本文分析了三种锗探测器中a-Ge接触的温度依赖性CBH，研究了体漏电流（BLC）特性。这些探测器是在南达科他大学用国产晶体制造的。当探测器在反向偏置模式下工作时，CBH由BLC确定，其中保护环结构将BLC与表面漏电流（SLC）分离。结果表明，CBH具有温度依赖性。CBH变化与温度的直接关系与在a-Ge和结晶Ge的界面上产生的势垒不均匀性有关。使用高斯分布模型的三个探测器的界面处发生的不均匀性进行了分析。a-Ge接触的CBH被投影到零温度。本文讨论了零温CBH对a-Ge接触Ge探测器在寻找稀有事件物理中的意义。
2021-04-02 hep-ex physics.ins-det
Results from a Search for Light-Mass Dark Matter with a P-type Point Contact Germanium Detector
我们报告的几个功能，目前在能量谱从超低噪声锗探测器在2,100兆瓦。通过实施一种能够拒绝表面事件的新技术，可以首次观察到一些宇宙起源峰。我们讨论了几个可能的原因，一个不可约的过剩的散装样事件低于3 keVee，包括一个暗物质候选人共同的DAMA/天秤座年度调制效应，暗示的信号CDMS，和唯象预测。改进的限制放置在宇宙学起源的DAMA/LIBRA效应。
2010-03-16 astro-ph.CO hep-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
Three-dimensional Compton imaging of undepleted volumes of germanium detectors
Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）；Space Sciences Laboratory, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校空间科学实验室）；University of North Carolina（北卡罗来纳大学）；Triangle Universities Nuclear Laboratory（三角大学核实验室）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）
本研究通过康普顿成像技术首次获得锗探测器未耗尽体积的三维图像，并用于推导杂质密度分布。
2026-09-30 physics.ins-det
Study of Radioactive Impurities in Neutron Transmutation Doped Germanium
一个计划，以开发低温（mK）传感器与中子嬗变掺杂锗的稀有事件研究与低温测辐射热计已经启动。为了这个目的，半导体级Ge晶片用来自孟买BARC的Dhruva反应堆的热中子通量辐照。经辐照样品的光谱研究表明，用于辐照样品的胶囊的环境导致显著水平的$^{65}$ Zn、$^{110}$ Ag和$^{182}$ Ta杂质，其可通过化学蚀刻约$\sim50 μ$ m厚的表面层来减少。根据在低本底计数装置中对蚀刻样品的测量，由于体Ge中的$^{123}$ Sb的痕量杂质引起的放射性估计为辐照后的$\sim$ 1 Bq/gm。这些估计表明，为了将NTD Ge传感器用于罕见事件研究，需要$\sim$ 2年的冷却期，以将放射性背景降低至$\le$ 1 mBq/gm。
2014-11-27 nucl-ex physics.ins-det
Comments on "A Dark Matter Search with MALBEK"
CoGeNT和MALBEK使用p型点接触锗探测器来寻找低质量的暗物质粒子。两种探测器都具有相同的固有噪声特性。然而，MALBEK的数据采集电子设备严重降低了通过测量感兴趣的亚keVee能量范围内的脉冲上升时间来分离锗晶体体中产生的信号与表面背景的能力。在此阐明了MAJORANA协作组为弥补这一限制而开发的参数W $_{par}$的物理意义。结果表明，这个参数不相关的上升时间在低能量，目前无法区分表面和散装事件低于$\sim$ 1 keVee。这导致了一个相当大的夸大了马尔贝克的敏感性，低质量的暗物质粒子时，采用积极的W $_{par}$削减。
2014-07-10 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Performances of a prototype point-contact germanium detector immersed in liquid nitrogen for light dark matter search
CDEX-10实验在中国金平地下实验室寻找轻的弱相互作用大质量粒子，这是一种暗物质，大约10公斤的锗探测器排列成阵列并浸入液氮中。在这里，我们报告的实验装置，探测器的特性，和一个原型探测器的频谱分析。由于CDEX-10原型探测器与CDEX-1B相比具有更高的上升时间分辨率，我们确定了观测到的一类极快事件的起源。对于CDEX-10原型的数据分析，我们引入并应用了一种改进的体/表面事件判别方法。将新方法的结果与CDEX-1B光谱的结果进行了比较。两组结果在0- 12 keVee能量范围内显示出良好的一致性，除了来自外部铜的8.0 keV K壳层X射线峰。
2018-10-20 hep-ex physics.ins-det
Phonon and charge signals from IR and X excitation in the SELENDIS Ge cryogenic detector
在EDELWEISS合作的SELENDIS项目的目的是观察单个$e^- h^+$对在轻型（3.3克）的低温锗测辐射热计与电荷和声子读出的偏见高达$\sim 100$ V的这些设备是理想的详细表征机制的电荷创建和收集在低温锗探测器。通过注入脉冲红外激光或通过锗的中子活化诱导来自$^{71}$ Ge电子俘获衰变的K、L和M线，在探测器的本体中产生电子-空穴对。低能量激光脉冲也被用来探测单$e^- h^+$对锗测辐射热计的灵敏度。初步的结果被用来比较这两种模式的电荷产生，一个重要的一步，对锗辐射热计的详细表征，其用于亚兆电子伏暗物质（DM）的搜索。
2021-12-22 physics.ins-det
Pulse Shape Discrimination of Bulk and Very Bulk Events within HPGe Detectors
CDEX（中国暗物质实验）现在在CJPL（中国锦屏地下实验室）部署了~10 kg pPCGe（p型点接触锗）探测器。它旨在探测罕见的事件，如暗物质和0 vbb（无中微子双β衰变）。区分体事件和非常体事件对于提高暗物质的分析阈值至关重要。在pPCGe的p+点表面附近产生了非常大的体事例，这些事例通常来自电子器件的放射性材料。由于电荷收集的不同位置，体事件和非常体事件具有不同的脉冲形状。本文提出了两种线性PSD（Pulse Shape Discrimination）方法：电荷比较法（CCM）和线性判别分析法（Fisher's LDA），以实现体事件和极体事件的判别。结果表明，CCM法和Fisher's LDA法的FOM值分别为1.38 $\pm$ 0.33和1.62 $\pm$ 0.18。
2020-10-23 physics.ins-det
Pulse shape simulation for the reduced charge collection layer in p-type high-purity germanium detectors
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）；Department of Engineering Physics, Tsinghua University（清华大学工程物理系）；Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）
本文提出了一种新的三维脉冲形状模拟方法，用于p型高纯锗探测器中减少电荷收集层的模拟，以提高低本底实验中对本底事件的识别和排除能力。
2026-03-09 physics.ins-det
Prototype of Pulse Digitizer and Readout Electronics for CDEX-10 in CJPL
CDEX（中国暗物质实验）目前正处于升级阶段，将CJPL（中国锦屏地下实验室）的HPGe（高纯锗）探测器（CDEX-10）升级至约10公斤，旨在探测弱相互作用大质量粒子（WIMP）。CDEX-10的一个HPGe探测器（~1 kg）从阴极射线管输出六个模拟信号和一个抑制信号。模拟信号分别用两个6-us和一个12-us整形放大器以及三个定时放大器进行调节。禁止信号用于触发。对来自整形和定时放大器的模拟信号进行数字化处理，得到能量谱和上升时间分布。上升时间分布被用来区分表面，块，和非常大块的事件，这可以帮助抑制背景水平的暗物质检测。由商业模块组成，以前的DAQ（数据采集系统）由于有限的采样率（100 MSPS）而不足以区分大量和非常大量的事件。此外，随着通道数的增加，将触发逻辑集成在FPGA（现场可编程门阵列）中，可以简化系统。本文设计了一个集成了14位100 MSPS模数转换器、12位1 GSPS模数转换器和FPGA等器件的脉冲数字化器和读出电路的RAIN 4 HPGe样机。RAIN 1000 Z1读出模块基于ZYNQ片上系统（System on Chip，SoC），用于千兆以太网的读出。与以前的DAQ（数据采集系统）相比，RAIN 4 HPGe可以实现更好的能量分辨率，例如在122 keV时从558 eV提高到474 eV。此外，具有1 GSPS ADC的RAIN 4 HPGe提高了…
2019-12-04 hep-ex physics.ins-det
Maximum Likelihood Spectrum Decomposition for Isotope Identification and Quantification
本文提出了一种谱分解方法，用于在静态几何条件和屏蔽条件下识别和量化高分辨率伽马能谱中的同位素源项。采用蒙特卡罗模拟建立了屏蔽高纯锗探测器的响应矩阵，该探测器监测具有Marinelli配置的流出流。分解技术被应用到一系列的校准光谱与检测器使用多核素标准。将这些结果与校准证书中的衰减校正值进行比较。对于标准品中的大多数核（$^{241}$ Am、$^{109}$ Cd、$^{137}$ Cs和$^{60}$ Co），与证书值的偏差通常不超过$6$ \%，少数离群值高达$10$ \%。对于活度最低的放射性核素$^{57}$ Co，由于校准谱中统计量的不足，其相对标准偏差高达$25$ \%。此外，一个完整的治疗误差传播的技术。
2022-03-16 physics.ins-det
Short remarks on possible production of defects in low temperature semiconductor detectors for dark matter physics experiments
暗物质的性质仍然是一个悬而未决的问题，但有证据表明，宇宙中的大部分暗物质是非重子，非发光和非相对论性的，假设的弱相互作用大质量粒子（WIMP）是满足上述所有标准的候选者。为了最大限度地减少在搜索中识别WIMP相互作用的模糊性，在更多的实验中，同时测量两个不同的量：电离和来自闪烁信号的声子或光。硅和锗晶体用于某些实验。在本文中，我们讨论了由于WIMP相互作用在半导体中产生的缺陷，并估计其在能量平衡中的贡献。这种现象存在于所有温度下，在keV能量范围内是重要的，但在通常的实验信号分析中没有考虑到，并且可能在识别WIMP时引入错误。
2009-07-02 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Identification of $^{210}$Pb and $^{210}$Po in the bulk of copper samples with a low-background alpha particle counter
我们建立了一种方法来测定$^{210}$铅和$^{210}$ Po污染的铜样品中使用低背景α粒子计数器。对$^{210}$ Pb和$^{210}$ Po污染物的灵敏度达到几mBq/kg。由于这种高灵敏度，$^{210}$ Pb和$^{210}$ Po污染的无氧铜块的识别和测量。我们的无氧铜样品的$^{210}$ Pb污染为17-40 mBq/kg。基于我们对每个生产步骤中的铜样品的研究，无氧铜中的$^{210}$ Pb被认为是电解过程的少量残留物。这种测量$^{210}$ Pb和$^{210}$ Po的本体污染的方法可以应用于其他材料。
2018-01-09 physics.ins-det
Limits on uranium and thorium bulk content in GERDA Phase I detectors
高纯锗探测器本体中的$^{238}$ U、$^{235}$ U和$^{232}$ Th的内部污染是寻找$^{76}$ Ge无中微子双β衰变实验的潜在本底。通过寻找完整的衰变链和同一探测器中连续衰变之间的时间相关性，对来自GERDA第一阶段的数据进行了分析。对于$^{238}$ U、$^{235}$ U和$^{232}$ Th的长寿命子核素$^{226}$ Ra、$^{227}$ Ac和$^{228}$ Th，在几个nBq/kg的范围内的放射性上限已被导出。利用这些上限，估计了来自$^{226}$ Ra和$^{228}$ Th污染的感兴趣的能量区域中的背景指数，其满足未来吨级锗双β衰变实验的先决条件。
2016-11-18 nucl-ex physics.ins-det
Contextual Isotope Ranking Criteria for Peak Identification in Gamma Spectroscopy Using a Large Database
同位素鉴别是高纯锗探测器γ能谱中经常遇到的问题。在这项工作中，新的策略，以促进这种类型的分析。使用五个标准来识别母同位素，该母同位素对来自产生输出列表的多种同位素的伽马线的大型数据库进行查询，该输出列表的条目被排序，使得具有存在于样品中的最高机会的伽马线被放置在顶部。一个度量来评估不同的标准的性能，并用于比较它们。两个标准被认为是优于其他人：一个基于模糊逻辑，另一个，使利用伽马相对发射概率。一个名为histoGe的程序使用一个SQLite数据库来实现这些标准，该数据库包含从WWW放射性同位素表中解析的同位素的伽马线。histoGe是免费软件，与数据库一起提供，因此它们可以用于分析使用通用伽马射线探测器获得的光谱。
2022-06-23 nucl-ex physics.comp-ph physics.ins-det
