Optimization of Amorphous Germanium Electrical Contacts and Surface Coatings on High Purity Germanium Radiation Detectors
几十年前开发的半导体探测器制造技术今天被广泛用于从大体积的高纯Ge（HPGe）单晶生产伽马射线探测器。大多数所有这些检测器专门用于光谱测量，并且具有简单的设计，仅具有两个基于杂质的电接触，其通过B注入和Li扩散产生。虽然这些技术对于简单的光谱检测器工作良好，但是Li接触特别厚并且缺乏室温稳定性，使得其不适合用于伽马射线成像和粒子跟踪应用所需的许多更复杂的检测器。诸如溅射沉积的非晶Ge（a-Ge）的非晶半导体的薄膜是容易制造、薄并且可以精细分段的替代电接触的基础。a-Ge还用作未被电接触覆盖的HPGe表面上的钝化涂层。a-Ge的性质影响所得探测器的性能，并且这些性质基本上取决于溅射沉积工艺参数并且通过溅射沉积工艺参数是可控的。本文的主题是这种互连的制造工艺参数，a-Ge的属性，和探测器的性能。a-Ge薄膜的电阻，a-Ge接触电子注入，和室温储存稳定性的性能进行了评估作为溅射气体的压力和溅射气体H2组成的溅射工艺参数的函数。两种不同的溅射沉积系统用于生产a-Ge电阻器和具有a-Ge电接触的HPGe探测器。这些样品的电特性作为温度的函数。本文给出了这项研究的总结和讨论的相关性的研究结果，以优化检测器的性能。
2018-09-09 physics.ins-det
Performance of bare high-purity germanium detectors in liquid argon for the GERDA experiment
锗探测器阵列（GERDA）将在INFN的国家格兰萨索实验室寻找76 Ge中的无中微子双β衰变。富含76 Ge的裸高纯度锗探测器将浸没在液态氩中，同时作为屏蔽外部放射性和冷却介质。在GERDA第一阶段，将重新部署以前由海德堡-莫斯科和IGEX合作运行的再处理富锗探测器。在操作浓缩探测器之前，在GERDA地下探测器实验室用非浓缩裸HPGe探测器进行测试，以测试第一阶段探测器组件、探测器处理协议、翻新技术，并研究在液氩中的长期稳定性。在不同的γ辐照条件下，对液态氩和液态氮中的漏电流进行了广泛的研究。总共有三个非浓缩的高纯度p型原型锗探测器已成功运行。探测器性能在长期测量中保持稳定。首次报道了高纯锗裸探测器在液氩中的性能。
2008-12-10 hep-ex physics.ins-det
Fabrication and Characterization of High-Purity Germanium Detectors with Amorphous Germanium Contacts
无中微子双β衰变和暗物质实验需要大型高纯锗（HPGe）探测器。目前，大的（直径> 4英寸）HPGe晶体可以在南达科他大学（USD）生长。我们验证生长的晶体的质量是足够的，用于大型探测器制造和表征较小的HPGe探测器由这些晶体。我们报告的结果，从八个探测器制造超过六个月，使用晶体生长在USD。非晶锗（a-Ge）接触用于阻挡电子和空穴。两种类型的几何形状被用来制造HPGe探测器。因此，在USD的小型平面探测器的制造过程中进行了详细的讨论。针对8个探测器分析了程序和几何结构对探测器性能的影响。我们通过测量泄漏电流，电容和能量分辨率在662千电子伏的Cs-137源，其特征在于检测器。四个探测器表现出良好的性能，这表明在USD生长的晶体是适合用于制作HPGe探测器。
2019-02-14 nucl-ex physics.ins-det
High-precision efficiency calibration of a high-purity co-axial germanium detector
高纯同轴锗探测器在宽能量范围内的效率校准精度约为0.15%。探测器晶体的高精度扫描和伽马射线源测量已被比较到蒙特卡罗模拟，以调整探测器模型的尺寸。为此，使用了标准校准源和短寿命在线源。由此产生的效率校准达到所需的精度，例如，超允许的β衰变的分支比测量的弱相互作用标准模型的测试。
2014-04-04 nucl-ex physics.ins-det
First operation of poly(ethylene naphthalate) enclosures for high-purity germanium detectors in liquid argon for $^{42}$K/$^{42}$Ar mitigation
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Max Planck Institute for Physics（马克斯·普朗克物理研究所）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本文研究了PEN屏蔽在高纯锗探测器中用于抑制液氩中$^{42}$K/$^{42}$Ar背景的效果，发现屏蔽不会影响探测器性能，并展示了对$^{42}$K的抑制能力。
2025-11-21 physics.ins-det
DetMesh-Gadep: Triangulated Surface Modeling and GPU-based Monte Carlo Efficiency Calibration of High-Purity Germanium Detectors
提出DetMesh-Gadep框架，通过三角化曲面建模和GPU加速蒙特卡洛模拟，实现高纯锗探测器无源效率刻度，在精度、易用性和计算速度上优于传统CPU方法。
2026-05-25 physics.ins-det
High Purity Germanium Based Radiation Detectors with Segmented Amorphous Semiconductor Electrical Contacts: Fabrication Procedures
由大体积高纯度Ge（HPGe）单晶构造的辐射探测器广泛用于伽马射线光谱学。用于该应用的检测器可以是简单的，因为它们仅需要具有用于电压施加和信号读出的两个电触点。这种基于HPGe的探测器已经使用标准半导体制造工艺商业生产了几十年。然而，对于伽马射线成像和粒子跟踪的应用，需要检测器内的相互作用位置测量以及沉积能量的测量。这需要更复杂的检测器，其通常具有被分成大量段的电触点，这些段可以被单独地仪表化以用于信号读出。可靠且经济高效地实施标准商业流程的联系人细分是一项挑战。劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）开发了一种基于薄膜非晶半导体层的替代制造技术，可用于生产精细分段、完全钝化的HPGe探测器。在过去的近二十年里，大量的分段接触HPGe探测器已在LBNL使用该技术生产。本文提供了一套程序，已在LBNL用于制造的分段非晶半导体接触HPGe探测器。
2020-06-09 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
Prototyping a High Purity Germanium cryogenic veto system for a bolometric detection experiment
本研究针对稀有事件搜寻实验的热辐射计外部本底抑制问题，研制高纯锗低温反符合系统原型，通过实验与模拟验证其抑制效果，并预测4π覆盖的系统可实现对类γ、类μ子事件分别超70%、97%的抑制能力。
2024-03-29 hep-ex physics.ins-det
Post-diffusion cooling effects on Hall-derived active lithium donor profiles in high-purity germanium
University of South Dakota（南达科他大学）
该研究探究了高纯锗探测器锂扩散后冷却工艺对活性锂施主分布的影响，采用霍尔效应测量等方法明确了短、长冷却对施主分布参数的差异，为探测器制造优化提供了依据。
2026-08-25 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
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
A feasibility study of multi-electrode high-purity germanium detector for Ge-76 neutrinoless double beta decay searching
本文通过全连接神经网络和lightGBM模型对多电极高纯锗探测器中的单电子本底与双电子0νββ信号进行脉冲形状判别，验证了该方法用于76Ge无中微子双贝塔衰变搜寻的可行性。
2022-12-01 physics.ins-det
Pulse shape discrimination for $α$ event rejection in BEGe-type high-purity germanium detectors
M. Smoluchowski Institute of Physics, Jagiellonian University（马泰乌什·斯莫卢霍夫斯基物理研究所，雅盖隆大学）；Jagiellonian University, Doctoral School of Exact and Natural Sciences（雅盖隆大学，精确与自然科学学院博士学校）
研究利用仅基于γ射线数据训练的脉冲形状鉴别分类器，有效区分并抑制α事件，为下一代中微子双β衰变搜索提供新策略。
2026-07-31 hep-ex physics.ins-det
Bayesian inference of high-purity germanium detector impurities based on capacitance measurements and machine-learning accelerated capacitance calculations
Max Planck Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）
本文提出利用机器学习和贝叶斯推断方法，通过电容测量和加速计算来推断高纯锗探测器中杂质的分布。
2022-09-25 physics.comp-ph physics.ins-det
CycleGAN-Driven Transfer Learning for Electronics Response Emulation in High-Purity Germanium Detectors
University of Delaware（特拉华大学）；Naval Research Laboratory（海军研究实验室）；University of California, San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校）
本文提出基于CycleGAN的CPU-Net方法，通过迁移学习实现高纯锗探测器脉冲形状的高保真模拟，提升事件分类的准确性。
2026-01-14 nucl-ex physics.ins-det
Characterization of High-Purity Germanium (Ge) Crystals for Developing Novel Ge Detectors
高纯锗（HPGe）晶体在制作成锗探测器之前需要进行良好的表征。HPGe晶体的表征通常使用霍尔效应系统来执行，该系统测量载流子浓度、霍尔迁移率和电阻率。报道的值具有很强的依赖于欧姆接触的尺寸和用于进行霍尔效应测量的样品的几何形状。我们进行了一个系统的研究，使用四个样品从同一位置切割的HPGe晶体制成不同尺寸的欧姆接触或不同的几何形状，研究测量参数的变化从霍尔效应系统。并将所得结果与由同一晶体制成的Ge探测器所提供的C-V测量值进行了比较。我们报告的系统误差与霍尔效应系统，并找到一个可靠的技术，最大限度地减少系统误差只有百分之几的霍尔效应测量。
2020-07-22 cond-mat.mtrl-sci hep-ex nucl-ex
Ultra-Low Noise Mechanically Cooled Germanium Detector
低电容、大体积、高纯锗（HPGe）辐射探测器已成功应用于低本底物理实验。然而，一些物理过程可能无法用现有的检测器检测到，现有的检测器的能量阈值受到电子噪声的限制。本文提出了降低这类探测器电子噪声的方法。通过超低振动的机械冷却和引线键合的CMOS电荷敏感晶体管的子pF的p型点接触HPGe探测器，我们证明电子噪声水平低于40 eV-FWHM。
2015-12-02 physics.ins-det
Evaluating the Effective Segregation Coefficient in High-Purity Germanium (HPGe) Crystals for Ge Detector Development in Rare-Event Searches
University of South Dakota（南达科他大学）
本研究通过高分辨率分析HPGe晶体中杂质分布，确定有效分离系数和初始熔体浓度，为优化HPGe晶体生长工艺和提升稀有事件探测器性能提供关键数据。
2025-11-25 physics.app-ph physics.ins-det
Modeling the Charge Collection Efficiency in the Li-diffused Inactive Layer of a P-type Point-Contact Germanium Detector
建立了P型高纯锗探测器中锂扩散非活性层的模型，描述了载流子的输运过程，并计算了其中的电荷收集效率。该模型被应用于计算一个用于稀有事件物理实验的P型点接触锗探测器的电荷收集效率，并在另一个P型半平面锗探测器中得到验证。计算出的电荷收集效率曲线与两种探测器的测量结果一致。在此基础上讨论了Li掺杂工艺对电荷收集效率的影响。该模型可以很容易地推广到其他P型锗探测器，如P型宽能锗探测器和P型倒同轴点接触探测器。
2022-12-28 physics.ins-det
Measurement of the Background Activities of a 100Mo-enriched Powder Sample for an AMoRE Crystal Material by using Fourteen High-Purity Germanium Detectors
先进钼基稀有工艺实验第二阶段将在200公斤钼基晶体中寻找100 Mo的无中微子双β（0ν \b{eta} \b{eta}）衰变。为了在100 Mo的双β衰变Q值的能量范围内实现零本底水平，AMoRE晶体中的放射性污染水平应该是低的。使用富含100 Mo同位素的100 EnrMoO 3粉末来生长AMoRE晶体。一个屏蔽阵列的14个高纯度锗探测器与70%的相对效率每个用于测量的背景活动在一个样品的9.6公斤的粉末。位于阳阳地下实验室的CAGe探测器系统旨在测量天然放射性同位素或宇宙成因核素（如228 Ac，228 Th，226 Ra，88 Y和40 K）的低水平放射性。粉末样品中228 Ac和228 Th的活度分别为0.88 \pm 0.12 mBq/kg和0.669 \pm 0.087 mBq/kg。测量226 Ra的活性为1.50 \pm 0.23 mBq/kg。~（88）Y放射性活度为0.101 \pm 0.016 mBq/kg。40 K活性为36.0 \pm 4.1 mBq/kg。
2020-09-04 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Three-dimensional position reconstruction of orthogonal-strip planar high-purity germanium detectors using maximum likelihood estimation
针对正交条HPGe探测器传统三维位置重建对噪声敏感且存在偏差的问题，提出基于MLE的多参数联合方法并采用积分参数，显著降低了重建偏差、提升了高噪声下的分辨率。
2025-07-24 nucl-ex physics.ins-det
Efficient Machine Learning Approach for Optimizing the Timing Resolution of a High Purity Germanium Detector
University of Texas at Arlington（德克萨斯大学阿灵顿分校）
我们在这里描述了一种有效的基于机器学习的方法，用于提取波形的到达时间的参数的优化，特别是那些由60立方厘米的同轴高纯锗探测器（HPGe）的511 keV湮灭伽马射线的检测所产生的。该方法利用一种称为自组织映射（SOM）的人工神经网络（ANN），根据其上升沿的形状对HPGe波形进行聚类。通过最小化HPGe信号和BaF 2闪烁探测器产生的信号之间的时间差来找到属于特定簇的HPGe波形的最佳定时参数。将这些可变定时参数应用于HPGe信号，在511 keV光峰值（定义为511 +- 50 keV）处实现了约4.3 ns的伽马符合定时分辨率，并且对于整个伽马光谱实现了约6.5 ns的定时分辨率-而不会拒绝任何有效脉冲。这种定时分辨率接近模拟核电子学获得的最佳结果，而没有模拟优化过程的相应复杂性。我们进一步证明了机器学习方法的普遍性和有效性，通过将该方法应用于在样品上注入高能正电子后生成次级电子飞行时间谱。
2020-03-31 cond-mat.mtrl-sci cs.LG hep-ex
LArGe: Background suppression using liquid argon (LAr) scintillation for 0$νββ$ decay search with enriched germanium (Ge) detectors
报道了在海德堡MPIK公司的19 kg液氩闪烁探测器中，对裸露的p型高纯锗二极管（HPGe）的测量结果。液态氩-锗系统（LArGe）作为4 $π$反康普顿谱仪操作以抑制HPGe中的背景。这项研究与发展是在GERDA实验的框架内进行的，该实验用富含$^{76}$ Ge的HPGe探测器寻找0 $νββ$衰变。这项工作的目标是开发一种新的方法来区分背景0 $νββ$搜索，这将最终允许调查的有效中微子质量的背景事件下降到逆质量等级规模。在低背景计数的其他应用是预期的。
2006-12-29 physics.ins-det
Characteristics of Signals Originating Near the Lithium-Diffused N+ Contact of High Purity Germanium P-Type Point Contact Detectors
本文研究了p型点接触高纯锗探测器（HPGe）锂扩散n+接触附近的信号。活性锗和n+接触的完全死层之间的过渡区进行检查。在这个过渡区的能量沉积示出导致部分电荷收集。这提供了一种机制，使具有明确定义的能量的事件有助于在较低能量处的能谱的连续性。介绍了一种新的技术，以量化的贡献，从这个来源的背景。以非常低的能量阈值操作锗检测器的实验可以受益于本文所提出的方法。
2012-07-28 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Measurement of the Background Activities of a 100Mo-enriched powder sample for AMoRE crystal material using a single high purity germanium detector
先进的钼基稀有过程实验（AMoRE）研究了100 Mo在富集钼晶体中的无中微子双β（0ν \b{eta} \b{eta}）衰变。AMoRE晶体必须具有低水平的放射性污染，以获得能量接近100 Mo 0ν \b{eta} \b{eta}衰变的Q值的低背景信号。为了生产低放射性晶体，必须控制和量化用于形成晶体的原材料中的放射性污染物。富含100 Mo同位素的100 EnrMoO 3粉末特别令人感兴趣，因为它是晶体中100 Mo的来源。一台相对效率为100%的高纯锗探测器CC 1正在阳阳地下实验室运行。使用CCl，我们收集了1.6公斤的100 EnrMoO 3粉末样品富集到96.4%的100 Mo的γ能谱。分析了同位素228 Ac、228 Th、226 Ra和40 K的放射性。它们是天然存在的长寿命同位素，可以在目标区域产生AMORE背景信号。228 Ac和228 Th的放射性在90%置信水平（C.L.）下均< 1.0 mBq/kg。测量226 Ra的活性为5.1 \pm 0.4（stat）\pm 2.2（syst）mBq/kg。在90%C. L时，~（40）K活性<16.4mBq/kg。
2020-08-11 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Charge-carrier collective motion in germanium detectors for ββ-decay searches
高纯锗探测器中载流子漂移引起的信号的时间分析提供了事件拓扑的信息。在典型的事件中产生数百万个载流子。它们的初始分布、随机扩散和库仑自排斥影响信号的时间结构。我们提出了一个全面的研究这些影响，并评估其对事件的歧视能力的三种几何形状，将用于在Legend实验的中微子双β衰变的影响。
2021-01-25 hep-ex physics.ins-det
Investigation of the Electrical Conduction Mechanisms in P-type Amorphous Germanium (a-Ge) Used as a-Ge Contacts for Ge Detectors
对用于高纯锗探测器接触的p型非晶锗（a-Ge）在无序材料体系中的导电机制进行了实验研究。用三个高纯平面Ge探测器测量的表面漏电流确定了a-Ge中的局域长度和跳跃参数。本文给出了高纯Ge平面探测器电接触材料a-Ge的跳变距离和跳变能量随温度的变化关系。结果表明，随着温度的升高，a-Ge的跳跃能增加，而跳跃距离减小。a-Ge的局域化长度在$2.13^{-0.05}_{+0.07} A^\circ$到$5.07^{-0.83}_{+2.58}A^\circ$的数量级上，取决于带隙内费米能级附近的态密度。使用这些参数，我们预测，从Ge探测器的表面泄漏电流与a-Ge接触可以远小于一个yocto安培（yA）在氦温度下，适合于稀有事件物理搜索。
2020-09-07 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The upgraded low-background germanium counting facility Gator for high-sensitivity $γ$-ray spectrometry
我们描述了高纯度锗计数设备Gator的升级和性能，该设备专用于低本底$γ$射线光谱测量。Gator在意大利Gran Sasso地下实验室运行，平均深度为3600米水当量，用于天体粒子物理学超低背景、稀有事件搜索实验中的材料筛选和选择。探测器配备有由铜、铅和聚乙烯层制成的被动屏蔽，样品腔用保持正压的气态氮吹扫，以抑制氡。在升级其外壳后，在100 keV至2700 keV的能量范围内，本底率为（82.0 $\pm$ 0.7）计数/（kg $\cdot$天），与先前报告的速率相比降低了20%。我们显示了作为时间的函数的各种操作参数的稳定性。我们还总结了样品分析程序，并证明鳄鱼的灵敏度通过检查一个材料样品，候选人的达尔文实验的光电传感器。
2022-07-05 physics.ins-det
Investigation of Amorphous Germanium Contact Properties with Planar Detectors Made from Home-Grown Germanium Crystals
对自制晶体制作的探测器进行表征是研究晶体性质最直接的方法。我们制作了平面探测器从高纯度锗（HPGe）晶体生长在南达科他大学（USD）。在制造过程中，从USD生长的晶体切割的HPGe晶体切片涂覆有非晶Ge（a-Ge）的高电阻率薄膜，随后在a-Ge膜的顶部上沉积铝的薄层以限定接触的物理区域。我们研究了探测器的性能，包括$I$ - $V$特性，$C$ - $V$特性和一些探测器的光谱测量。结果证明了超声波生长的晶体和电接触的良好质量。
2018-12-13 nucl-ex physics.ins-det
A novel wide-angle Compton Scanner setup to study bulk events in germanium detectors
一种新型的康普顿扫描仪装置已经在慕尼黑的马克斯-普朗克物理研究所建造、调试和运行，以收集高纯度锗探测器中体事件的脉冲，用于脉冲形状研究。在这种全自动设置中，被测探测器从顶部接受661.660 keV伽马射线照射，其中一些伽马射线在探测器内部发生康普顿散射。当用放置在检测器侧面的像素化相机检测散射伽马时，可以重建检测器中的相互作用点。广泛接受的康普顿角的结果在较短的测量时间相比，类似的设置，其中只有垂直散射的伽玛被狭缝准直器选择。本文详细介绍了康普顿扫描器的结构、校准和重建锗探测器中相互作用点的过程。描述了用于n型分段点接触锗探测器的第一脉冲形状库的创建。通过与测量的表面脉冲的比较，验证了沿束轴的空间重构。康普顿扫描仪脉冲模拟脉冲的第一个比较，演示康普顿扫描仪的功率测试模拟输入和模型。
2022-10-07 physics.ins-det
Development of the measurement for radium using germanium detector with molecular recognition resin
高纯锗（HPGe）探测器广泛用于低浓度放射性的测量。在Super-Kamiokande-Gadolinium项目中，使用HPGe探测器测定Gd $_2$（SO $_4$）$_3{\cdot}$ 8 H $_2$ O中的镭浓度。样品的量通常受到HPGe检测器的样品空间的大小的限制。这导致了探测器效率的限制。为了解决这一问题，提出了一种新的分子识别树脂化学萃取方法。用本法可从Gd $_2$（SO $_4$）$_3{\cdot}$ 8 H $_2$ O中萃取镭，并浓缩至少量树脂中，回收率为81 $\pm$ 4%，用钡作回收率指示剂估算。这使得可以将样品设置得更靠近HPGe晶体并减小自屏蔽效应，从而提高HPGe探测器的探测效率。开发的方法在这封信中报告。
2018-08-10 physics.ins-det
GIOVE - A New Detector Setup for High Sensitivity Germanium Spectroscopy At Shallow Depth
我们报告的开发和建设的高纯锗光谱仪设置GIOVE（锗内外否决），最近建成，现在运行在浅层地下实验室的马克斯普朗克研究所für核物理，海德堡。特别注意的是一种新的被动和主动屏蔽的设计，旨在有效地拒绝环境和μ子感应辐射背景。在典型的γ射线样品筛选测量中，对U和Th原生放射性核素的灵敏度水平达到<100 μBq/kg，这在位于极浅深度的仪器中是独一无二的，可以与更深地下站点的仪器竞争。
2015-07-13 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Next Generation Multi-element monolithic Germanium detectors for Spectroscopy: First integration at ESRF facility
该研究首次集成并表征了用于同步加速器光谱学的多元素单体锗探测器，其具备新型传感器、改进冷却和低噪声CMOS电子链，可在5-100 keV范围实现高计数率，实验验证了其噪声和光谱性能。
2025-04-23 physics.ins-det
A precise method to determine the activity of a weak neutron source using a germanium detector
用标准高纯锗探测器测量了一个弱铍铍-铍（AmBe）中子源的中子活度。γ射线是由中子分别在铝片和丙烯酸片上诱发的~（27）Al（n，n ′）、~（27）Al（n，γ）和~ 1H（n，γ）反应产生的。这些伽马射线使用HPGe探测器测量。鉴于非正统的实验安排，一个蒙特卡罗模拟开发的探测器系统，以确定从测量的伽马射线的中子活性的效率建模。我们的中子源的活性被确定为307.4 +/- 5.0 n/s，并且对于不同的中子感生伽马射线是一致的。
2016-07-28 nucl-ex physics.ins-det
Crystal growth and detector performance of large size high-purity Ge crystals
使用直拉法在氢气氛中生长直径约12 cm的高纯度锗晶体。晶体的位错密度被确定为在2000 - 4200 cm-2的范围内，这满足用作辐射检测器的要求。测量了晶体中杂质的轴向和径向分布，并进行了讨论。一个平面探测器也从一个晶体制造，然后评估的电气和光谱性能。对Cs-137和Am-241源的γ能谱测量表明，该探测器具有良好的能量分辨率。
2015-05-07 nucl-ex physics.ins-det
Machine learning-assisted techniques for Compton-background discrimination in Broad Energy Germanium (BEGe) detector
本研究针对宽能锗探测器的康普顿背景干扰问题，提出自编码器-MLP和无监督GMM两种脉冲形状机器学习方法，显著提升137-Cs峰康比与信背比，助力低浓度放射性核素探测。
2024-12-11 physics.ins-det
Signal modeling of high-purity Ge detectors with a small read-out electrode and application to neutrinoless double beta decay search in Ge-76
GERDA实验使用富含Ge-76的高纯度锗探测器寻找Ge-76的无中微子双β衰变。信号时间结构的分析为鉴别无中微子双β衰变事件和区分γ射线诱发的本底事件提供了有力的工具。最近报道了具有小读出电极的“宽能锗”探测器的增强的脉冲形状辨别能力。本文介绍了这样的探测器的响应的完整模拟，包括辐射相互作用的蒙特卡罗建模和随后的信号形状计算。基于最大电流信号幅度和施加到模拟数据的事件能量之间的比率的脉冲形状判别方法显示出与校准源获得的实验数据的定量一致性。模拟已被用来研究的检测器体积内发生的衰变，很难评估实验的生存概率。宇宙成因放射性同位素Ge-68和Co-60以及Ge-76的无中微子双β衰变产生了这种内部衰变事件。当2.614 MeV光子双逃逸峰的实验接受度为90%时，在Qbb = 2.039 MeV处，Ge-76无中子双β衰变的存活几率为（86 ± 3）%，Ge-68子体Ga-68的存活几率为（4.5 ± 0.3）%，Co-60的存活几率为（0.9 ± 0.4-0.2）%.
2011-01-17 nucl-ex physics.ins-det
Signal recognition efficiencies of artificial neural-network pulse-shape discrimination in HPGe $0νββ$-decay searches
采用基于人工神经网络的脉冲形状判别方法，对锗探测器内不同背景、信号和类信号相互作用的模拟脉冲进行了判别。模拟脉冲被用来调查效率的变化作为所使用的训练集的函数。结果表明，神经网络适用于高纯锗同轴探测器背景脉冲的识别。利用校准测量得到的类信号评价样本对信号识别效率的系统不确定度估计为5%。这种不确定性是由于信号和校准样品之间的差异。
2015-07-21 nucl-ex physics.ins-det
The GeMSE Facility for Low-Background γ-Ray Spectrometry
介绍了一种用于低本底γ射线谱测量的高纯锗探测器。GeMSE设施（锗材料和陨石筛选实验）致力于为天体粒子物理学中的稀有事件搜索进行材料筛选，以及陨石的表征。它安装在中等深度（约620 m.w.e.）地下实验室在瑞士的多层屏蔽，并配备了积极的μ子否决权。我们已经达到了一个非常有竞争力的积分本底率（246 $\pm$ 2）计数/天（100-2700 keV），并测量了$\sim$ 0.5-0.6 mBq/kg的灵敏度为长寿命同位素从$^{238}$ U/ $^{232}$ Th链在$\sim$ 1\，kg样品筛选$\sim$ 27天。外推到更高的样品质量和测量时间表明，最大灵敏度在$\mathcal{O}(50)$ μBq/kg范围内。我们描述了基于贝叶斯统计的数据分析，背景模拟，效率校准和第一个样品测量。
2017-01-04 physics.ins-det
Measurement of reactor thermal neutron fluence of NTD-Ge by activation High-Purity Ge itself
在中子嬗变掺杂锗中，反应堆辐照的热中子注量高达10 $^{18}$ ~n $\cdot$ cm $^{-2}$。出于辐射安全的原因，一般的Co或Au中子通量监测器不能轻易使用。我们首次从实验上证明了测量NTD-Ge自身发射的X射线来确定绝对热中子注量的可行性。建立了微兆气体探测器（MMD）和硅漂移探测器（SDD），用于探测由$^{71}$ Ge衰变产生的9.2 keV和10.3 keV的KX射线。结合GEANT 4计算的探测效率，MMD和SDD给出的中子注量率计算结果具有较好的一致性。
2023-02-25 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Off-line data processing and analysis for the GERDA experiment
GERDA是一个旨在寻找Ge-76的无中微子双β衰变的实验。该实验使用了一组高纯度锗探测器，富含Ge-76，直接浸入液态氩中。GERDA目前正在运行8个浓缩同轴探测器（大约15公斤Ge-76），下一阶段将部署大约30个新的定制浓缩BEGe探测器（另外20公斤Ge-76）。本文介绍了高纯锗探测器数据的GERDA离线分析。首先，我们介绍了信号处理流程，重点是数字滤波器和所使用的算法。其次讨论了非物理事件的剔除和数据质量监控。该分析是完全与GERDA软件框架（GELATIO），旨在支持多通道处理，并执行数字信号的模块化分析。
2011-11-15 hep-ex nucl-ex physics.data-an
Low-Background gamma counting at the Kimballton Underground Research Facility
下一代低背景物理实验将需要使用具有前所未有的放射性纯度的材料。金巴顿地下研究设施的一个伽马计数设施已投入使用，对主要来自铀-238和钍-232衰变链中的核素、40 K和宇宙射线诱导同位素的放射性材料进行初步筛选。该设施由两个商用低本底高纯锗（HPGe）探测器组成。通过进入地下，实现了优于10倍的连续背景减少。本文介绍了设施，检测器系统，分析技术和选定的分析结果。
2011-02-04 nucl-ex physics.ins-det
Ad-hoc Pulse Shape Simulation using Cyclic Positional U-Net
几十年来，高纯锗探测器一直是寻找稀有事件（如无中微子双β衰变和暗物质）的关键技术。脉冲波形模拟是提高这些实验物理范围的关键。在这项工作中，我们提出了一个循环的位置U-网络，以实现高精度和低延迟的ad-hoc脉冲形状模拟。采用迁移学习方法，CPU-Net将模拟脉冲转换为探测器脉冲，使它们无法区分。我们展示了CPU-Net的性能从本地HPGe探测器的数据。
2022-12-08 physics.ins-det
Development of an array of HPGe detectors with 980% relative efficiency
新物理学的兴起推动实验寻找越来越罕见的相互作用。因此，探测器需要提高灵敏度和特异性，并且必须对材料进行筛选，以确定其是否具有天然存在的、产生背景的放射性。此外，用于筛选的探测器必须接近物理搜索探测器本身的灵敏度，从而激励能够进行物理搜索和背景筛选的探测器的迭代开发。我们报告的设计，安装和性能的一种新型的，低背景，14元素的高纯锗探测器命名为CAGe（CUP阵列锗），安装在阳阳地下实验室在韩国。
2020-09-01 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Process Development and First Cryogenic Operation of Compact Germanium Ring-Contact HPGe Prototypes
University of South Dakota（南达科他大学）
本文报道了两种紧凑型n型GeRC工艺验证原型的制备与首次低温操作，验证了GeRC几何结构的可行性，为后续大规模生产奠定了基础。
2026-03-30 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Search for double $β$-decay modes of $^{64}$Zn using purified zinc
超纯原材料的生产是确保稀有事件搜索所需背景水平的关键步骤。在这项工作中，我们建立了一个创新的技术开发，以生产高纯度（99.999%）颗粒锌。我们证明了精炼过程的有效性，通过测量的内部污染物的纯化锌与高纯度锗检测器在Agricatori Nazionali del Gran Sasso。宇宙成因活化核素的总活度测量值为几毫贝q/千克，天然存在的放射性核素的限值设定为低于毫贝q/千克。锌样品的极好的放射性纯度使我们能够寻找具有正电子发射的电子捕获和$^{64}$ Zn的无中微子双电子捕获，对它们的半衰期设定了目前最严格的下限，$T_{1/2}^{\varepsilonβ^+} > 2.7 \times 10^{21}\text{yr}$（90% C.I.），和$T_{1/2}^{0\nu2\varepsilon}> 2.6 \times 10^{21}\text{yr}$（90% C.I.），分别
2020-12-10 physics.ins-det
Single-electron detection in a high-purity Ge device
IP2I-Lyon, Univ. Lyon, Université Lyon 1, CNRS/IN2P3（里昂第一大学国家科学研究中心/法国原子能和替代能源委员会第二粒子物理研究所）；IJCLab, Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3（巴黎萨克雷大学国家科学研究中心/法国原子能和替代能源委员会第二粒子物理研究所）；Department of Physics, University of Zurich（苏黎世大学物理系）；LPSC-IN2P3, Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP（格勒诺布尔阿尔卑斯大学国家科学研究中心/法国原子能和替代能源委员会第二粒子物理研究所格勒诺布尔国立理工学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Department of Physics, University of California Berkeley（加州大学伯克利分校物理系）；Amherst Center for Fundamental Interactions and Department of Physics, University of Massachusetts（马萨诸塞大学基础相互作用中心及物理系）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出一种低温高纯锗探测器，通过量热测量实现单电子-空穴对灵敏度，抑制低能背景，为暗物质搜索和中微子探测开辟新途径。
2026-09-22 physics.ins-det
Internal Charge Amplification in Germanium at 77K and 4K: From Single-Free-Flight Bounds to a Physics-Informed Ionization Model
University of South Dakota（南达科他大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
本文提出了一种基于物理引导的离子化模型，用于预测低温下锗材料的临界电场，结合单自由飞行界限与传输特性，为设计稳定且可控的内部电荷放大系统提供指导。
2026-03-02 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
GermanIum Array for Non-destructive Testing (GIANT) setup for Muon Induced X-ray Emission (MIXE) at the Paul Scherrer Institute
本文介绍PSI在SμS建造并调试的GIANT专用MIXE谱仪，表征其束斑、分辨率与探测效率，并展示其在多领域无损元素分析中的应用。
2022-10-28 physics.app-ph physics.ins-det
Low Background Gamma Spectroscopy at the Boulby Underground Laboratory
Boulby地下锗套件（BUGS）由三个低本底、高纯度锗探测器组成，在位于英国英格兰东北部地下1.1公里处的Boulby地下实验室运行。BUGS利用三种类型的探测器来促进高灵敏度、高通量的放射性测定方案，以支持稀有事件搜索实验的发展。宽能锗（BEGe）探测器对低能伽马射线（如210 Pb和234 Th发射的伽马射线）具有灵敏度。采用小阳极锗（SAGe）阱型探测器进行小样品的有效筛选。最后，标准p型同轴检测器提供标准样品的快速筛选。本文介绍的步骤，用于验证这些探测器的性能为各种样品的几何形状，包括适用于帐户级联求和效应的校正。对于低密度材料，BUGS能够放射性分析到比活度低至3.6 mBq/kg的234 Th和6.6 mBq/kg的210 Pb，这两种物质都发现了238 U链中的一些重要平衡断裂。在密度更大的材料中，γ射线自吸收增加，证明了对226 Ra的比活度为0.9 mBq/kg，228 Ra为1.1 mBq/kg，224 Ra为0.3 mBq/kg，40 K为8.6 mBq/kg的灵敏度，所有上限均为90%置信水平。这些都满足了目前正在进行的大多数稀有事件搜索实验的筛选活动的要求，例如LUX-ZEPLIN（LZ）暗物质实验。我们还强调了BEGe探测器探测X射线荧光区域的能力，这对于确定与中子生产相关的放射性同位素的存在是很重要的;这在对核反冲敏感的实验中特别重要。
2017-11-15 nucl-ex physics.ins-det
Beyond the Standard Model Searches with the Majorana Demonstrator Experiment
马约拉纳演示器实验使用了两个模块化p型点接触高纯锗探测器阵列，其中30公斤的锗-76丰度达到88%，以寻找无中微子双β衰变。利用浓缩探测器进行的双β衰变数据采集活动已于2021年3月圆满结束，而利用天然探测器进行的数据采集工作仍在进行中。演示器在1 keV至10 MeV的宽动态范围内实现了出色的能量性能。超低的背景水平和出色的能量性能使演示器在标准模型之外的各种物理研究中具有竞争力。如果存在轴子-光子耦合，轴子可以通过太阳中光子的普里马科夫转换产生。太阳轴子可以在锗晶体中反向产生光子信号，当满足布拉格条件时，光子信号可以被相干增强。演示者正在用一种新的方法寻找太阳轴子，以关联和利用其大量的HPGe探测器。在这次演讲中，我们将讨论与演示者最近搜索新物理的状态和结果，包括太阳轴子搜索的第一个报告。
2021-10-21 hep-ex physics.ins-det
Behavior of a trapezoid-based data acquisition system up to 100 kHz and beyond
在这项工作中，我们研究了一个高纯度的锗检测器连接到一个基于锗过滤器的数据采集系统，可靠地记录信号，尽管高样品活动的能力。通过活化具有不同Na含量的多个Na $_{2}$ CO $_{3}$样品，我们能够推导出作为样品活性的函数的系统的效率、分辨率和死时间。基于这些结果，我们能够找到一种设置，它允许在2754 keV $^{24}$ Na线上测量每个读出通道高达35 kHz的事件率，能量分辨率为0.3%。
2016-11-28 nucl-ex physics.ins-det
Proton Radiation Damage and Annealing of COSI p-type Cross-strip HPGe Detectors
为了解空间辐射对交叉条锗探测器的影响，研究了高能质子损伤对COSI探测器的效应及高温退火的修复能力，通过150MeV质子辐照并经高温退火修复电荷陷阱，最终能谱分辨率达辐照前37%以内，为长期维护提供依据。
2025-04-15 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
