Radon induced background processes in the KATRIN pre-spectrometer
卡尔斯鲁厄氚中微子实验（英语：KArlsruhe TRITIUM NEUTRIN）是一个新一代、独立于模型的大规模氚β衰变实验，通过研究氚β衰变的运动学来确定有效电子反中微子质量，灵敏度为200 meV/c2，使用MAC-E滤波器技术。为了达到这种灵敏度，需要0.01计数每秒（cps）的低背景水平。本文介绍了如何在MAC-E过滤器的氡衰变产生的背景事件，在KATRIN前光谱仪测试装置进行的测量的基础上。氡（Rn）原子来自KATRIN光谱仪真空区域内的材料，能够深入穿透磁通量管，从而使Rn的α衰变成为背景。特别重要的是伴随Rn α衰变的过程中发射的电子，例如Rn子原子和俄歇电子中激发能级的内部转换。虽然低能量电子（< 100 eV）直接贡献于信号区域中的背景，但较高能量的电子可以磁性地存储在光谱仪的体积内。取决于它们的初始能量，它们能够通过与残余气体分子的后续电离过程产生数千个次级电子，并且由于检测器不能将这些次级电子与信号电子区分开，因此在延长的时间段内产生增加的背景速率。
2011-03-31 physics.ins-det
Study on the radon adsorption capability of low-background activated carbon
本研究使用自主研发设备筛选出青岛伊纳夫科技的一种新型低本底活性炭，通过将平均孔径调至2.3 nm，使其在相同条件下的氡吸附能力比Saratech或Carboact活性炭分别高2.6或4.7倍。
2023-10-23 hep-ex physics.ins-det
Research of radon diffusion behavior in liquid scintillator
本文开发了测量氡扩散系数和溶解度的装置与方法，首次测得液体闪烁体中氡的扩散系数及溶解度，并通过聚烯烃薄膜对照实验验证了装置可靠性。
2023-01-28 hep-ex physics.ins-det
Radon background in liquid xenon detectors
222Rn的放射性子体同位素是针对小信号率的液体氙探测器中风险最高的污染物之一。惰性气体从探测器表面永久地散发出来，并与氙靶混合。由于其半衰期长，222 Rn均匀分布在目标中，其随后的衰变可以模拟信号事件。由于没有屏蔽是可能的，这个背景源可以在未来的大规模实验中占主导地位。本文提供了一个概述的策略，用于减轻这种来源的背景材料的选择和在线除氡技术。
2017-12-20 astro-ph.IM physics.ins-det
Krypton and radon background in the PandaX-I dark matter experiment
我们讨论了在PandaX-I，一个120公斤的液体氙暗物质直接探测实验的$^{85}$ Kr，$^{222}$ Rn和$^{220}$ Rn背景的原位评价。结合模拟计算，得到了它们对暗物质搜索区低能电子反冲本底的贡献。
2017-01-25 astro-ph.IM physics.ins-det
In-situ suppression of surface radon emanation using an HDPE barrier at the Stawell Underground Physics Laboratory (SUPL)
Australian National University（澳大利亚国立大学）；Stawell Underground Physics Laboratory, via Stawell Gold Mines（斯塔韦尔地下物理实验室，经斯塔韦尔金矿）；Adelaide University（阿德莱德大学）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）；ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics（暗物质粒子物理学卓越研究中心）
本研究针对SUPL地下实验室的氡析出问题，采用AIRTHINGS Corentium Pro探测器测量，证实加装HDPE阻隔层可将表面氡浓度抑制约96%，为低本底实验提供了可行的氡抑制方案。
2026-09-01 physics.ins-det
Application of surface coating for radon mitigation in rare-event searches
Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）
针对稀有事件搜寻中氡气放射性本底问题，提出通过电镀铜涂层抑制氡析出，实验显示对植入226Ra的不锈钢样品，222Rn析出率降低千倍。
2026-06-26 physics.ins-det
A radon emanation measurement system at the Carleton Noble Liquid Detector Laboratory
Department of Physics, Carleton University（卡尔顿大学物理系）
该研究开发了用于低背景实验的氡逸出测量系统，通过不锈钢逸出室、低背景ZnS(Ag)细胞和氡转移收集装置，研究材料在真空条件下的氡逸出，并用于减少未来稀有事件搜索实验的背景。
2026-04-28 hep-ex physics.ins-det
Development of a Hermetic Gaseous Xenon Detector for Suppressing External Radon Background
Institute for Space-Earth Environmental Research, Nagoya University（名古屋大学宇宙地球环境研究所）；Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe, Nagoya University（名古屋大学小林-益川粒子起源与宇宙研究所）
本文研制了一种采用法兰与ePTFE垫圈机械密封的气密性气态氙探测器，通过670小时氡注入实验验证其对氡泄漏的抑制能力，并外推证明该方案足以满足大型液氙暗物质实验对氡本底控制的要求。
2025-11-05 hep-ex physics.ins-det
Modeling of electron emission processes accompanying Radon-$α$-decays within electrostatic spectrometers
用于高分辨率β光谱研究（例如卡尔斯鲁厄氚中微子（KATRIN）实验）的静电光谱仪必须在每秒低于10^（-2）计数的背景水平下运行。即使少量的Rn-219或Rn-220原子被辐射到该体积中并在那里经历α衰变，也可以超过这个极限。在本文中，我们提出了一个详细的模型，通过电子发射的内部转换，摆脱和弛豫过程中的原子壳层的Po-215和Po-216的女儿的背景产生过程。该模型产生的电子能谱高达400千电子伏和电子的多重性高达20相比，实验数据。
2013-04-04 physics.ins-det
Measurements of Radon Concentrations Using CR-39 Detectors in China JinPing Underground Laboratory (2015-2016)
氡本底是影响地下实验室超低本底和稀有事件物理实验的重要因素之一。为了对中国锦屏地下实验室（CJPL）的氡浓度进行全面调查，采用CR-39固体核径迹探测器的时间积分被动氡剂量计，在CJPL-I的4个地点进行了长期累积测量。测量从2015年5月30日持续到2016年3月16日，共290天，总有效测量时间为6,953小时。在配备通风系统的主实验大厅，三个位置的年平均氡浓度分别为（55+/-7）Bq m^-3、（58+/-10）Bq m ^-3和（53+/-9）Bq m^-3。在没有任何降氡设施的储存隧道中，年平均氡浓度增加到（345+/-15）Bq·m^-3，反映了地下实验室中最初的年平均氡浓度水平。与2010年至2011年期间的测量结果相比，由于通风系统运行良好，主实验大厅的平均氡气浓度从（86+/-25）Bq m^-3降至（58+/-10）Bq m^-3。与国际上其他地下实验室相比，CJPL-I的氡浓度处于中等水平，可以满足低本底和稀有事件物理实验的需求。
2018-06-18 hep-ex physics.ins-det
Impact of a cryogenic baffle system on the suppression of radon-induced background in the KATRIN Pre-Spectrometer
KATRIN实验将确定有效电子反中微子质量，灵敏度为200 meV/c $^2$，CL为90%。氚$β$ -衰变电子的能量分析将通过静电减速分光计的串联装置进行，这些静电减速分光计必须在非常低的背景水平（$<10^{-2}$计数/秒）下运行。该基准速率可被由来自内光谱仪表面的单个$^{219,220}$ Rn原子的发射和用作主真空泵的非蒸发吸气剂条的阵列产生的背景过程超过。在这里，我们报告的影响，低温技术，以减少这种氡诱导的背景静电光谱仪。它是基于在光谱仪泵端口安装液氮冷却铜挡板，以阻挡吸气剂泵（$^{219}$ Rn的主要来源）和灵敏通量管体积之间的直接视线。这个冷的表面将大部分放射出的氡原子捕获在活动通量管之外的区域中，从而阻止那里的背景。我们概述了重要的挡板设计标准，以最大限度地提高效率的氡原子的吸附，描述挡板实施的KATIRN前光谱仪测试设置，并报告其在抑制氡诱导的背景的初始性能。
2018-08-28 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
A New Method for Evaluating the Effectiveness of Plastic Packaging Against Radon Penetration
在探测器材料上沉积$^{222}Rn$子体会对超低背景实验造成风险。为了降低这种风险，一种常见的方法是将探测器组件封装在密封的塑料袋中，塑料袋由薄膜制成，已知薄膜是有效的防氡屏障。我们描述了一种新的方法来评估氡屏障，这是独特的，因为（a）它不仅测量固有的电阻氡渗透的塑料薄膜，但也完整的袋子制造的膜和密封后的一些协议，和（b）它采用γ光谱，而不是α光谱。我们报告了将该方法应用于由聚丙烯、尼龙、聚酯薄膜、金属化聚酯薄膜、FEP和PFA制成的密封袋的结果。对氟聚合物FEP和PFA作为氡屏障的评估是第一次这样的测量。
2019-06-05 physics.ins-det
Measurement of the radon concentration in purified water in the Super-Kamiokande IV detector
放射性惰性气体氡在地下粒子物理实验中可能是一个严重的背景源，这些实验研究与其衰变产物相当的能量沉积过程。超级神冈的低能太阳中微子测量受到这些背景的影响，因此需要精确表征探测器超纯水中的氡浓度。为此，我们已经开发了一个测量系统，包括一个氡提取柱，木炭陷阱，和氡探测器。在这篇文章中，我们讨论的设计，校准和性能的氡提取柱。我们还描述了测量系统的设计和评估其性能，包括它的背景。使用该系统，我们测量了2014年5月至2015年10月期间Super-Kamiokande水中的氡浓度。在水循环系统的供应管线中测得的氡浓度为$1.74\pm0.14~\mathrm{mBq/m^{3}}$，在返回管线中测得的氡浓度为$9.06\pm0.58~\mathrm{mBq/m^{3}}$。从检测器本身的中心区域取样的水具有$<0.23~\mathrm{mBq/m^{3}}$（$95\%$ C.L.）从检测器底部区域取样的水具有$2.63\pm0.22~\mathrm{mBq/m^{3}}$的浓度。
2020-06-26 hep-ex physics.ins-det
Removal of radon progeny from delicate surfaces
University of Alabama（阿拉巴马大学）
本研究通过简单清洁方法有效去除铜和硅表面的氡 progeny，从而降低实验对空气暴露时间的要求，节省成本和时间。
2026-01-19 physics.ins-det
A Review and Outlook for the Removal of Radon-Generated Po-210 Surface Contamination
下一代低本底探测器在地下深处运行，目标是前所未有的低放射性本底水平。氡子体在探测器表面的沉积和存在是能量背景事件的另一个来源。除了限制探测器材料的氡暴露以减少潜在的表面背景之外，清洁表面以去除不可避免的污染也同样重要。这种氡子体去除的研究通常发现，一种形式的蚀刻在去除一些子体（Bi和Pb）方面是有效的，然而更积极的技术，包括电抛光，已经被证明可以有效地去除Po原子。在不存在侵蚀性蚀刻的情况下，据信大部分Po原子留在表面内或从蚀刻溶液再沉积回到表面上。我们探索的化学性质的水Po离子和Po的氧化态的影响，以最大限度地提高污染的Cu表面的蚀刻溶液中剩余的Po离子。我们提出了一个审查以前的研究表面氡子体去除和我们的研究结果的作用，氧化剂和细胞电位在制备一个干净的蚀刻技术。
2017-12-21 nucl-ex physics.ins-det
Construction and measurements of a vacuum-swing-adsorption radon-mitigation system
探测器表面上（和附近）的$^{222}$ Rn衰变链中的长寿命α和β发射体可能是许多试图探测暗物质或无中微子双β衰变的实验以及筛选探测器的限制性背景。为了减少在BetaCage组装过程中氡子体板到BetaCage电线上的背景，锡拉丘兹大学正在使用真空变压吸附氡缓解系统委托建造超低氡洁净室。氡过滤器在其输出端显示出约20 $\times$减少，从7.47 $\pm$ 0.56减少到0.37 $\pm$ 0.12 Bq/m $^3$，洁净室氡活度满足项目要求，最低实现值与过滤器一致，水平始终< 2 Bq/m $^3$。
2014-04-23 hep-ex physics.ins-det
Development of new radon monitoring systems in the Kamioka mine
氡的放射性是高精度低能物理实验的主要威胁，比如在神冈矿进行的实验。我们开发了一种新的高灵敏度氡监测系统，并在神冈首次进行了系统的氡浓度测量。该系统包括容量为1升的便携式氡探测器和基于Raspberry Pi的新电子设备。这些氡探测器通过静电收集和PIN光电二极管测量空气中的氡。我们测量了1升氡探测器对空气的绝对湿度依赖性为$C_{F} (A_{H}) = (12.86 \pm 0.40) - (1.66 \pm 0.19) \sqrt{A_{H}}$ $\mathrm{(counts/day)/(Bq/m^3)}$。1升氡探测器的本底水平为$0.65\pm0.15$（统计）计数/天。这对应于一天测量中$\sim0.4$ Bq/m $^3$的检测极限。在神冈矿用21个1升氡探测器收集了一年多的数据。它们表明矿井内氡浓度的季节性和昼夜变化。这些结果也使我们能够确认新Raspberry Pi电子器件的稳定性。
2019-06-03 physics.ins-det
Improvement of radon detector performance by using a large-sized PIN-photodiode
放射性惰性气体氡（$\mathrm{^{222}Rn}$）是稀有事件搜寻实验中MeV以下的主要背景源之一。为了精确测量净化气体中的氡浓度，广泛使用静电收集法测氡仪。本文讨论了一种新型PIN型光电二极管（$28\times28$ $\mathrm{mm}$）的改进，它的表面积比以前使用的PIN型光电二极管（$2.5$ $\mathrm{mm}$）大一倍。我们评估了探测器的性能，通过串联两个氡探测器配备了两种类型的PIN光电二极管。作为校准的结果，我们发现$(3.8\pm2.4)\%$在低于$1.0$ $\mathrm{g/m^{3}}$的检测效率方面的改善，而$10$ - $20\%$的改善发生在高于该水平。配备有大PIN光电二极管的检测器的固有背景测量为$0.24^{+0.09}_{-0.05}$ $\mathrm{mBq/m^{3}}$。尽管我们安装了大的PIN光电二极管，但该背景水平与带有小PIN光电二极管的氡探测器一致。这种改进对于测量材料的氡射气是有用的，该材料也从其表面发射水。
2021-12-13 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Radon Mitigation Applications at the Laboratorio Subterraneo de Canfranc (LSC)
Canfranc新地下科学中心是低放射性技术和相关科学技术应用的国家中心。空气中氡的浓度是探测器附近放射性收支的主要组成部分。LSC拥有一个氡气消除系统（RAS），该系统提供222 Rn < 1 mBq/m3的氡气抑制空气。空气中的氡含量由静电氡监测仪（ERM）持续监测。用双β衰变演示器NEXT-NEW和CROSS以及伽马HPGe探测器进行的测量表明，由于探测器附近的空气被替换，放射性背景显著降低。我们还讨论了该设施在LSC当前计划中的使用，该计划包括NEXT-100，低本底生物实验和放置在无氡洁净室中的放射性纯铜电铸设备。
2022-03-15 nucl-ex physics.ins-det
Development of Low Radioactive Molecular Sieves for Ultra-Low Background Particle Physics Experiment
本研究开发了用于超低本底粒子物理实验的低放射性分子筛。制造的MS为4A型。$^{226}$ Ra和$^{232}$ Th的浓度分别为约57和198 mBq/kg，通过应用高纯锗（HPGe）测量来测量。$^{226}$ Ra和$^{232}$ Th的放射性分别比市售产品降低约99%和97%。此外，用针式氡探测器测得的MS滤片的氡射出率约为2.1mBq。该质谱仪有望从需要低放射性的惰性气体中去除杂质，如暗物质搜索实验。
2020-01-07 physics.ins-det
Direct in-chamber radon-220 (thoron) emanation measurements for rare-event physics experiments
Australian National University（澳大利亚国立大学）；University College London（伦敦大学学院）；Adelaide University（阿德莱德大学）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）
提出一种直接在室内的方法测量220Rn逸散，提升灵敏度达5倍，用于低背景实验。
2026-02-21 nucl-ex physics.ins-det
Evaluation of cosmogenic Ge-68 background in a high purity germanium detector via a time series fitting method
本文通过时间序列拟合方法评估了锦屏地下实验室HPGe探测器中Ge-68本底，获得初始活度477.0±112.4 μBq/kg，并估计了氡子体浓度变化，为低本底测量提供参考。
2025-03-27 physics.ins-det
Performance Study of Charcoal-based Radon Reduction Systems for Ultraclean Rare Event Detectors
由于探测器材料中微量的铀和钍而产生的氡的连续散发将氡引入低本底稀有事件搜索探测器的有效探测体积。$^{222}$ Rn通过其$^{214}$ Pb子核的“裸”β衰变在感兴趣的物理区域中产生特别有问题的背景。虽然炭基吸附阱预计将有效减少辅助循环回路中的氡，该辅助循环回路在低流速$(0.5-2\;SLPM)$下服务于当前{吨级}探测器的热部件，但在高流速$\mathcal{O}({100s\;SLPM})$下减少整个循环回路中的氡对于在未来一代实验中达到高灵敏度是必要的。在这篇文章中，我们探讨了氡动力学与木炭为基础的氡减少系统的主要循环回路的时间投影室探测器。我们发现，即使对于理想的氡阱，也需要$2,000\;SLPM$的循环速度才能使10吨探测器中的氡浓度降低90%。这比目前暗物质探测器达到的最高循环速度快了四倍。我们进一步发现，真空变压吸附系统，这已经非常成功地采用在减少空气中的氡水平在洁净室，是有限的活性炭吸附剂在超低氡环境中的固有氡活性的有效性。与目前可用的活性炭相比，具有显着较低的固有氡活性的吸附剂将是必要的，以建立有效的真空变压吸附系统，在室温下运行的罕见事件搜索实验。如果这种VSA系统被冷却到大约$190\,K$，则该要求急剧放松。
2021-06-06 hep-ex physics.ins-det
Radon Removal Commissioning of the PandaX-4T Cryogenic Distillation System
本研究评估了PandaX-4T低温蒸馏系统去除氡的效率，通过实验测得氡还原因子超过190，并确认了该系统在Bq水平去除氡的能力，为探测器氡背景控制提供支持。
2024-04-19 physics.ins-det
Design, construction and commissioning of a high-flow radon removal system for XENONnT
为了减少氙探测器中氡引起的本底，研制了一种基于低温蒸馏的高流量除氡系统。需要在高达71 kg/h（200 slpm）的工艺流量下对8.4吨的XENONnT液体氙存量进行连续净化，以实现探测器内氡源的氡减少两倍。为了达到如此高的流量，蒸馏塔的设计特点是液体氙入口和出口以及具有高液化能力的新型定制浴式热交换器。蒸馏过程的设计使用的McCabe-Thiele方法的修改没有底部产品提取。热力学概念是基于具有相变介质的克劳修斯-朗肯冷却循环，在这种情况下是氙本身。为了大幅度降低外部冷却功率需求，开发了一种节能热泵概念，将定制的四缸磁耦合活塞泵用作压缩机。蒸馏系统在（91 $\pm$ 2）kg/h（（258 $\pm$ 6）slpm）的工艺流量下在热力学稳定的条件下操作，超过设计30%。在此流量下，根据测得的氡源分布，预计XENONNT探测器内的$^{222}$ Rn放射性浓度<1 $μ$ Bq/kg。
2022-05-23 physics.ins-det
Measurement of Radon-222 concentration in N2 using an activated charcoal trap
针对暗物质和中微子实验中氡-222背景问题，开发了基于活性炭的捕集阱以提高N2检测灵敏度，并在SNOLAB完成纯化、测试及校准源表征。
2025-01-27 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The water system and radon measurement system of Jiangmen Underground Neutrino Observatory
江门地下中微子观测站（JUNO）是一个20千吨级多用途的地下液体闪烁探测器，其主要物理目标是确定中微子的质量等级。由于实验背景要求低，需要一个由水切伦科夫探测器和顶部跟踪器组成的多否决系统。为了保持良好的水质和去除水中的氡，设计了超纯水系统、除氡系统和氡浓度测量系统。本文介绍了除氡设备及其除氡极限。
2018-06-28 hep-ex physics.ins-det
UK low-background infrastructure for delivering SuperNEMO
SuperNEMO是下一代无中微子双β衰变实验，其设计能力达到$10^{26}$年的半衰期灵敏度，对应于$\langle m_{ββ} \rangle$ $<$ 50 - 100 meV的有效Majorana中微子质量。为了达到这种灵敏度，严格的放射性纯度要求，导致同样严格的筛选计划。英国已经建立了专门的设施，用于筛选和选择探测器结构材料。使用高纯锗（HPGe）探测器的伽马射线光谱法已成为测量材料污染的标准方法。在博尔比地下实验室建立了一个低本底设施。示出了来自2个电流HPGe探测器的第一结果。氡是SuperNEMO和大多数其他低本底实验中最关键的本底之一。它可以通过扩散、构造过程中的污染或从探测器材料发出而进入探测器，从而产生放射性子同位素。为了达到目标灵敏度，SuperNEMO跟踪器体积内的$^{222}$ Rn浓度必须小于150 $μ$ Bq/m3。开发了一种“氡浓度线”（RnCL），与最先进的氡探测器结合使用，对大量气体进行更灵敏的测量。该仪器现已投入使用，能够测量低至10 $μ$ Bq/m3的大样本中的氡水平。首次测量氡含量使用RnCL的结果。这些测量包括气瓶、汽化氮气和建造初期的SuperNEMO子模块。
2015-04-30 hep-ex physics.ins-det
Precise Measurement and Control of Radon Progeny on Detector Surfaces
University of South China（南华大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Shanxi University（山西大学）
本文提出了一种高灵敏度的表面α-活性测量系统，用于研究氡子体在PMMA表面的沉积行为，揭示了沉积量与暴露时间、静电势及湿度之间的关系。
2026-02-28 hep-ex physics.ins-det
Radon depletion in xenon boil-off gas
在探测器中使用液体氙进行稀有事件搜索的一个重要背景来自氡及其子体的衰变。我们报告的第一次减少$^{222}$ Rn在气相以上的液体氙水库。我们显示了一个减少因子$\gtrsim 4$的$^{222}$ Rn浓度在蒸发氙气相比，氡富集的液相。采用了一种基于双光子晶体的$α$探测器和小型化的正比计数器来探测氡。由于蒸发气体中的氡贫化被理解为一个单级蒸馏过程，因此该结果确定了低温蒸馏将氡与氙分离至$10^{-15}\,$ mol/mol水平的适用性。
2016-11-11 astro-ph.IM physics.ins-det
Development of low-radon ultra-pure water for the Jiangmen Underground Neutrino Observatory
本文针对JUNO实验超纯水中氡本底问题，研制了基于微气泡增强脱气的在线除氡系统及高灵敏度氡浓度监测系统，使水中氡浓度降至1 mBq/m³水平，满足实验要求。
2024-03-19 hep-ex physics.ins-det
Commissioning and first results from the Cold Radon Emanation Facility
University College London (UCL)（伦敦大学学院）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；STFC Rutherford Appleton Laboratory (RAL)（英国科学与技术设施委员会卢瑟福阿普尔顿实验室）
研究氡析出对稀有事件搜索的影响，利用冷氡析出设施在探测器工作温度下高灵敏度检测，含多种检测部件，报告调试结果及初步检测，发现低温下钛样品中$^{222}$Rn析出被抑制约2倍，凸显温度效应及原位冷检测的重要性。
2026-07-28 physics.ins-det
Barometric pumping effect for radon-due neutron flux in underground laboratories
众所周知，中子本底是地下实验室低本底实验的一大难题。我们的全球热中子探测器网络包括在地表和地下不同深度运行的探测器。本文介绍了在莫斯科Skobeltsyn核物理研究所25 m水当量深度的地下室中使用0.75 m^2探测器运行3年多所获得的结果。自发增加热中子通量的3倍，观察到延迟反相关与气压。这一现象可以用氡的气压泵效应来解释，这种效应导致氡及其子体在围岩中的α衰变对（α，n）反应中产生的中子通量产生类似的影响
2016-05-04 nucl-ex physics.geo-ph physics.ins-det
Study of radon reduction in gases for rare event search experiments
稀有元素氩和氙经常被用作弱相互作用粒子（如中微子和暗物质）的目标和事件探测器。对于这种罕见的过程，背景辐射必须小心地最小化。氡是最重要的污染物之一，因为它是微量天然铀的必然产物。为了设计减少这种污染的净化系统，在190-295 K温度范围内，以0.5和2标准升/分钟的流速，研究了具有不同吸附性能和固有放射性纯度的各种木炭对氮气、氩气和氙气载气中氡的吸附特性。各种炭的基本性能参数包括平均穿透时间（$τ$）、动态吸附系数（k $_a$）和理论级数（n）。它示出的k $_a$ -值的氡在氮气中，氩气中，氙气的碳陷阱的温度降低而增加，并且它们是显着大于在氮气和氩气中比在氙气由于吸附饱和效应。结果表明，与氙不同，氡在氮和氩中的动态吸附系数严格遵守阿仑尼乌斯定律。实验结果强烈表明，硝酸蚀刻Saratech是所有使用的木炭品牌中的最佳候选者。它可以降低LZ液体氡探测器中的总氡浓度，以满足寻找暗物质的最终目标。
2018-06-29 physics.ins-det
Radon Emanation Techniques and Measurements for LZ
在LUX-ZEPLIN（LZ）实验中，氡射气预计占WIMP感兴趣区域电子反冲背景的$>50$ %。为了减少探测器体积内的氡量，通过广泛的筛选活动选择了具有固有低放射性含量的材料用于LZ建设。SD Mines氡射气系统是LZ建造期间用于筛选材料的四个射气设施之一。自毁地雷还采用了便携式氡收集系统，用于太大或太精密而无法移动到氡放射设施的设备。这种便携式系统被用来分析内低温容器原位在不同阶段的检测器建设，从而推断出钛低温恒温器是显着的氡放射源。对$^{228}$ Th源的分析证实，其$^{222}$ Rn散发量足够低，可以使用，并且室温下有14%的$^{220}$ Rn从源散发。
2022-11-21 hep-ex physics.ins-det
Evaluation of radon adsorption efficiency values in xenon with activated carbon fibers
铀系中产生的放射性惰性气体氡-222（$\mathrm{^{222}Rn}$，或Rn）是许多地下实验的重要背景来源。研究了活性炭纤维（ACFs）在空气（Air）、氩气（Ar）和氙气（Xe）中对氡的吸附性能。本研究对日本UNITIKA公司生产的六种活性炭纤维（A-7、A-10、A-15、A-20、A-25和S-25）进行了放射性活度测定，发现A-20的放射性活度为$<5.5$ ~ $\mathrm{mBq/kg}$，置信水平为$90\%$。在空气和氩气中，活性炭纤维A-15在Rn吸附饱和前的吸附效率最大，为$1/10000$还原，饱和后的吸附效率大于$97\%$。在惰性气体中，活性炭纤维A-20对氡的吸附能力最强。S-25、A-25和A-15对氡的吸附性能相近。
2020-08-06 physics.ins-det
Molecular sieve vacuum swing adsorption purification and radon reduction system for gaseous dark matter and rare-event detectors
本研究针对暗物质实验靶气体SF6的杂质去除难题，研发出基于低放射性5A分子筛的真空变压吸附循环系统，可同时降氡和去除常见污染物，显著降低探测器本底并缓解增益劣化。
2024-01-31 physics.ins-det
Demonstration of Efficient Radon Removal by Silver-Zeolite in a Dark Matter Detector
University of Alberta（阿尔伯塔大学）；Queen’s University（女王大学）；IRFU, CEA, Université Paris-Saclay（法国原子能委员会萨克雷大学IRFU）；Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3, CPPM（艾克斯-马赛大学CNRS/IN2P3CPPM）；Department of Chemical and Materials Engineering, University of Alberta（阿尔伯塔大学化学与材料工程系）
研究比较了银沸石与活性炭在室温下去除氡的能力，发现银沸石捕获氡效率高三个数量级，为未来暗物质和中微子实验提供高效吸附材料。
2026-04-07 hep-ex physics.ins-det
Design and Experimental Application of a Radon Diffusion Chamber for Determining Diffusion Coefficients in Membrane Materials
本文提出一种对称氡探测器腔体设计，基于 Fick 定律评估膜材料氡阻挡能力，完成四种材料氡扩散系数测量，为降低氡背景及提升稀有事件研究灵敏度提供指导。
2024-10-16 hep-ex physics.ins-det
Radon backgrounds in the DEAP-1 liquid-argon-based Dark Matter detector
DEAP-1 \SI{7}{kg}单相液氩闪烁探测器在SNOLAB地下运行，以测试技术和测量单相探测固有的背景，以支持\mbox{DEAP-3600}暗物质探测器。通过材料选择、构造技术、脉冲形状识别和同相轴重建来控制DEAP中的背景。本报告详细分析了在DEAP-1探测器的三次迭代中观察到的背景事件，以及为减少这些事件而采取的措施。测得$^{222}$ Rn在液氩中的衰变率在16和\SI{26}{\micro\becquerel\per\kilogram}之间。我们发现，在DEAP-1探测器中用于暗物质探测的感兴趣区域附近的背景光谱可以通过考虑来自三个源的事件来描述：氡子体在活性体积的表面上衰减，由于脉冲形状辨别的效率低下而将电磁事件的预期速率误认为核反冲，以及由于不完美的位置重建而导致事件从基准体积外部泄漏。这些背景在统计上解释了所有观测到的事件，并且由于其更高的光输出和更简单的几何结构，它们将在DEAP-3600探测器中大大减少。
2014-04-23 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Radon mitigation during the installation of the CUORE $0νββ$ decay detector
CUORE -罕见事件低温地下天文台-是一个寻找$^{130}$ Te的无中微子双β（$0νββ$）衰变的实验，使用988 TeO $_2$晶体阵列作为测辐射热计，在$\sim$ 10 mK的大型稀释冰箱中运行。使用该探测器，我们的目标是$^{130}$ Te $0νββ$衰变半衰期灵敏度为$9\times10^{25}$ y，生存时间为5 y，背景指数为$\lesssim 10^{-2}$计数/keV/kg/y。为了尽量减少测辐射热计在低温恒温器中安装过程中暴露于氡气的风险，我们在专用洁净室环境中进行所有操作，并控制氡气减少。在本文中，我们讨论了CUORE氡消减系统和洁净室的设计和性能，以及实时监测氡水平的系统。
2018-01-18 nucl-ex physics.ins-det
Measurement of Radon Concentration in Super-Kamiokande's Buffer Gas
为了精确测量作为缓冲气体提供给超级神冈探测器的净化空气中的氡浓度，我们开发了一种高灵敏度的氡探测器，其固有背景低至0.33 $\pm$ 0.07 mBq/m $^{3}$。在这篇文章中，我们讨论了该探测器的结构和校准，以及其应用于测量和监测的缓冲气体层的超级神冈。2013年3月，用于去除输入缓冲气体中氡的冷冻活性炭系统升级。在这种改进之后，供应气体的氡浓度急剧降低到0.08 $\pm$ 0.07 mBq/m $^{3}$。此外，使用新的氡探测器测量了现场缓冲气体的Rn浓度为28.8 $\pm$ 1.7 mBq/m $^{3}$。根据这些测量结果，我们确定缓冲气体中Rn的主要来源来自Super-Kamiokande罐本身的污染。
2017-04-23 hep-ex physics.ins-det
Radon daughter removal from PTFE surfaces and its application in liquid xenon detectors
长寿命氡子体是寻找低能稀有事件实验中的关键背景源。放射性的钋、铋和铅同位素来自于环境空气中的氡，它们会沉积在后来用于实验的材料上。在本文中，我们研究了清洁程序的能力，以消除氡子体从PTFE表面，一种材料，经常使用的液体氙TPC。我们发现，对于$^{222}$ Rn和$^{220}$ Rn的衰变链，分别获得的去除效率之间存在很大差异。这表明，镀出机制对清洗成功率有影响。虽然长寿命的$^{222}$ Rn子体可以减少约2倍，但根据处理，$^{220}$ Rn子体的去除效率高达10倍。此外，在小规模液体氙TPC中研究了基于硝酸的PTFE清洗对液体氙纯度的影响。
2020-09-18 astro-ph.IM physics.ins-det
Measurement of radon-induced backgrounds in the NEXT double beta decay experiment
详细讨论了在使用$^{222}$ Xe耗尽氙的所谓Run-II期间，在NEXT-White探测器中测量内部$^{222}$ Rn活性，以及其对NEXT中双β衰变搜索的影响。通过基准体积中由$^{222}$ Rn及其α发射子代诱导的α产生速率来测量活性。比活性测量为$(38.1\pm 2.2~\mathrm{(stat.)}\pm 5.9~\mathrm{(syst.)})$ ~mBq/m $^3$。氡感应电子的特征还在于从时间投影室阴极上镀出的$^{214}$ Bi子离子的衰变。从我们的研究中，我们得出结论，氡诱导的背景是足够低，使一个成功的NEXT-100物理计划，作为预计的速率贡献不应超过0.1计数/年的无中微子双β衰变样品。
2018-10-10 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Ultra-sensitive radon assay using an electrostatic chamber in a recirculating system
本研究开发了基于再循环静电室和PyDAn分析框架的超灵敏氡测量系统，实现连续探测，最小可探测活度达20μBq，为低本底实验材料筛选提供有力工具。
2025-08-07 hep-ex physics.ins-det
Radon Concentration Measurement with a High-Sensitivity Radon Detector at the Yemilab
本文介绍在 Yemilab 建造的 70 L 高灵敏度 PIN 光电二极管氡探测器，用于验证 RRS 净化空气性能，测得减排约300倍、氡浓度低于0.29 Bq/m³。
2024-05-08 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Measurement of radon concentration in the output water of the 100~t/h ultrapure water system at the Jiangmen Underground Neutrino Observatory
University of South China（南华大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；State Key Laboratory of Particle Detection and Electronics（粒子探测与电子学国家重点实验室）；Anhui University of Science and Technology（安徽理工大学）
针对JUNO水切伦科夫探测器低于10 mBq/m³的氡浓度要求，本文介绍100 t/h两级超纯水系统，采用微泡增强五级脱气膜，实现超过99.9%除氡效率和0.61±0.50 mBq/m³的循环出水浓度。
2025-10-20 hep-ex physics.ins-det
Radon and material radiopurity assessment for the NEXT double beta decay experiment
用氙TPC进行的中微子实验（NEXT），目的是在西班牙Canfranc地下实验室使用充满136氘的氙的高压氙气TPC研究无中微子双β衰变，需要超低的本底条件，要求对材料放射性纯度和环境氡水平进行彻底控制。几年来，一个广泛的材料筛选过程正在进行中，主要基于使用Canfranc超低背景锗探测器的伽马射线光谱学，但也基于GDMS和ICPMS等质谱技术。从屏蔽，压力容器，电致发光和高压元件和能量和跟踪读出平面的组件进行了分析，帮助实验的最终设计和背景模型的构建。将介绍最新的测量结果，并讨论其结果对NEXT的影响。作为NEXT的第一步，新探测器的试运行已在Canfranc开始;在那里进行了空气氡水平的现场测量，以优化氡减排系统，并将进行展示。
2015-05-26 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Radon in the DRIFT-II directional dark matter TPC: emanation, detection and mitigation
从材料中放射出的氡气在环境科学中很受关注，也是稀有事件非加速器粒子物理实验（如暗物质和双β衰变搜索）中的主要关注点，在这些实验中，氡气是背景的主要来源。在暗物质实验中值得注意的是氡子体反冲（RPR）的产生，氡子体同位素的低能（~100 keV）反冲，可以模拟WIMP相互作用的预期信号。这里介绍的是在1米立方体DRIFT-II定向暗物质气体时间投影室实验中对探测器材料氡射气的测量结果。建造和操作的氡射气设施，这项工作的描述，随着分析，以持续监测DRIFT数据的存在，内部222 Rn和218 Po。应用这种分析历史漂移数据，我们展示了如何系统的替代品，选择该设备的低氡放射性的探测器材料的替代品，导致了一个因素的内部氡率减少~10。水平被认为是一致的总和从单独的氡射气测量的内部材料，也与直接测量使用一个附加的阿尔法光谱仪。DRIFT-IId探测器对222 Rn的灵敏度为2.5 μBq/l，具有很高的分析效率，有望成为材料灵敏测氡的新工具。
2014-08-25 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
System upgrade for $μ$Bq/m$^3$ level $^{222}$Rn concentration measurement
本文针对JUNO实验低本底需求，研制了一套基于活性炭富集与静电收集的μBq/m³级²²²Rn浓度测量系统，并系统研究了温度、流速和浓度对吸附系数的影响。
2023-09-25 hep-ex physics.ins-det
First measurement of surface nuclear recoil background for argon dark matter searches
直接寻找弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的一个主要背景来自氡子体在探测器表面的沉积。最危险的表面背景是由$^{210}$ Po衰变产生的$^{206}$ Pb反冲。在这封信中，我们报告的第一个特点，这种背景下的液态氩。测量到低能Pb反冲的闪烁信号在氩气中是高度猝灭的，我们估计103 keV的$^{206}$ Pb反冲背景产生的闪烁信号与~ 5 keV（30 keV）电子反冲（$^{40}$ Ar反冲）的闪烁信号相等。此外，我们证明，这种危险的$^{210}$ Po表面背景可以抑制的一个因素~100或更高的脉冲形状歧视的方法，这可以使氩暗物质探测器附近的背景免费和提高他们的潜力，发现中等和高质量的WIMP。我们还讨论了对其他低本底实验的影响。
2016-09-22 physics.ins-det
Exploring atmospheric radon with airborne gamma-ray spectroscopy
$^{222}$ Rn是一种稀有放射性气体，沿着$^{238}$ U衰变链产生，存在于大多数土壤和岩石中。由于$^{222}$ Rn是最相关的天然本底辐射源，了解其在环境中的分布对于调查低水平放射性对健康的影响和支持现代社会中对人类电离辐射照射的监管具有重大意义。同时，$^{222}$ Rn是一种分布广泛的大气示踪剂，其空间分布通常用作气候和污染研究的替代指标。由于$^{222}$ Rn影响到等效$^{238}$ U浓度的间接估算，航空γ能谱仪（AGRS）一直将其作为本底源处理。在这项工作中，AGRS方法是第一次用于量化的存在$^{222}$ Rn在大气中，并评估其垂直廓线。在海上调查期间获得的高统计辐射数据被拟合为由于实验装置背景放射性加上由于宇宙辐射和大气$^{222}$ Rn的高度依赖性贡献的恒定分量的叠加。精细的统计分析不仅提供了一个确凿的证据AGRS $^{222}$ Rn的检测，但（0.96 $\pm$ 0.07）Bq/$^{3}$ Rn浓度和（1318 $\pm$ 22）m的大气层深度与文献数据完全兼容。
2017-12-13 physics.ao-ph physics.app-ph physics.geo-ph
Reconstructing the direction of reactor antineutrinos via electron scattering in Gd-doped water Cherenkov detectors
以最近提出的WATCHMAN反中微子实验为基线模型，研究了在掺钆水切伦科夫探测器中反中微子电子弹性散射确定核反应堆反中微子通量方向的可能性.预期的散射率确定假设一个13公里的距离从3.758 GWt轻水核反应堆和探测器响应建模使用Geant 4为基础的模拟包。通过独立的模拟和缩放来自类似探测器的已发表测量结果来估计背景。背景贡献估计太阳中微子，错误识别的反应堆为基础的逆β衰变相互作用，宇宙成因放射性核素，水载氡，和伽马射线的光电倍增管（PMT），检测器的墙壁，和周围的岩石。我们表明，使用低背景PMT和足够的fiducialization，水载氡和宇宙成因放射性核素构成最大的威胁的敏感性。然后分析了方向灵敏度作为氡污染，探测器深度和探测器尺寸的函数。结果提供了一个列表的实验条件，如果在实践中得到满足，将使反中微子定向重建在3 $σ$的意义，在大型钆掺杂水切伦科夫探测器与大于10公里的距离从核反应堆。
2016-12-17 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
