CYGNO：用于暗物质定向搜索的具有光学读出的气态TPC

为CYGNO实验设计基于GEM的光学读出TPC的光响应模型

Modeling the light response of an optically readout GEM based TPC for the CYGNO experiment

LIBPhys, Department of Physics, University of Coimbra（科英布拉大学物理系LIBPhys）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma TRE（罗马第三国立核物理研究所）；Dipartimento di Matematica e Fisica, Università Roma TRE（罗马第三大学数学与物理系）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso（国家核物理研究所格兰萨索国家实验室）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati（国家核物理研究所弗拉斯卡蒂国家实验室）；ENEA Centro Ricerche Frascati（意大利国家新能署弗拉斯卡蒂研究中心）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma（罗马国立核物理研究所）；Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学物理系）

CYGNO实验通过开发基于GEM的光学读出TPC模型，实现了对高增益气体电荷密度依赖性的精确预测。

2026-02-19physics.ins-det

基于密度的CYGNO数据分析聚类算法

A density-based clustering algorithm for the CYGNO data analysis

时间投影室（TPC）与气体电子倍增器（GEM）结合工作，产生能够观察低能事件的非常灵敏的探测器。这是通过高分辨率相机捕获GEM电子倍增过程中产生的光子来实现的。CYGNO实验最近开发了一种TPC Triple GEM探测器，该探测器与低噪声和高空间分辨率CMOS传感器耦合。对于图像分析，实现了一种基于众所周知的DBSCAN的改编版本的算法，称为iDBSCAN。在本文中给出的iDBSCAN算法的描述，包括测试和验证其参数，并与DBSCAN本身和一个广泛使用的算法被称为最近邻聚类（NNC）的比较。结果表明，DBSCAN的适应版本是能够提供完整的信号检测效率和非常好的能量分辨率，同时提高检测器的背景抑制。

2020-09-28hep-exphysics.ins-det

CYGNO：一个CYGNUs合作的用于定向暗物质搜索的具有光学读出的1 m^3模块

CYGNO: a CYGNUs Collaboration 1 m^3 Module with Optical Readout for Directional Dark Matter Search

介绍了CYGNO项目的设计。CYGNO是由意大利国家核物理研究所（INFN）支持的一项新提案，在CYGNUS原型合作（CYGNUS-TPC）中，旨在实现地下实验室的分布式观测站，用于定向暗物质（DM）搜索和识别来自太阳的相干中微子散射（CNS）。CYGNO是100-1000 m^3 CYGNUs路线图中的首批原型之一，将位于意大利格兰萨索国家实验室（LNGS），旨在在单相气体时间投影室（TPC）技术方面取得重大进展，以应用于探测罕见散射事件。特别是，它将集中在读出技术的基础上的微图案气体检测器（MPGD）放大的电离和可见光收集与亚毫米位置分辨率的sCMOS（科学COMS）相机。这种类型的读出-结合快速光检测-一方面将允许重建轨道的3D方向，提供对源方向性的准确灵敏度，另一方面，高度的粒子识别能力对于区分核反冲非常有用。

2019-09-24hep-exphysics.ins-det

1米$^3$气体时间投影室的定向暗物质探测：CYGNO实验

A 1 m$^3$ Gas Time Projection Chamber with Optical Readout for Directional Dark Matter Searches: the CYGNO Experiment

CYGNO项目的目标是建造和运行1~m $^3$气体TPC，用于定向暗物质搜索和相干中微子散射测量，作为100-1000~m $^3$（0.15-1.5吨）CYGNUS地下实验网络的原型。在这样的TPC中，由暗物质或中微子引起的核反冲产生的电子将漂移到三层GEM结构并被其倍增，雪崩过程中产生的光将由sCMOS相机读出，提供分辨率为几百微米的事件的2D图像。光电倍增管还可以同时快速读出光产生的时间分布，给出关于第三坐标的信息，因此可以对事件进行3D重建，从中可以推断出核反冲的方向以及入射粒子的方向。事件拓扑结构的这种详细重建还将允许纯且有效的信号与背景区分。这两个特征是达到和克服太阳中微子背景的关键，太阳中微子背景将最终限制无方向性的暗物质搜索。

2020-01-08hep-exphysics.ins-det

基于异常检测的快速ROI触发：CYGNO光学TPC中的重建方法

Fast reconstruction-based ROI triggering via anomaly detection in the CYGNO optical TPC

LIBPhys, Department of Physics, University of Coimbra（科英布拉大学物理系LIBPhys部门）；Dipartimento di Matematica e Fisica, Università Roma Tre（罗马三大学数学与物理系）；INFN Sezione di Roma Tre（罗马三大学国家核物理研究所）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso（格兰萨索国家实验室）；INFN Laboratori Nazionali di Frascati（弗拉斯卡蒂国家实验室）；ENEA Centro Ricerche Frascati（弗拉斯卡蒂能源研究所）；Universidade Federal de Juiz de Fora, Faculdade de Engenharia（贝洛奥预托联邦大学工程学院）；Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma（罗马萨皮恩扎大学物理系）；INFN Sezione di Roma（罗马国家核物理研究所）；Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)（坎皮纳斯州立大学）；Dipartimento di Ingegneria Chimica, Materiali e Ambiente, Sapienza Università di Roma（罗马萨皮恩扎大学化学工程与材料环境系）；Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield（谢菲尔德大学物理与天文学系）

本文提出一种无监督的重建基异常检测策略，用于快速提取感兴趣区域，通过训练仅基于 pedestals 的卷积自编码器，实现对光学TPC中粒子诱导结构的高效识别。

2026-04-08cs.LGphysics.data-anphysics.ins-det

CYGNO：用于定向暗物质搜索的三重GEM光学读出

CYGNO: Triple-GEM Optical Readout for Directional Dark Matter Search

CYGNO是一个实现立方米演示器的项目，用于研究大体积、配备GEM的TPC读出的光学方法性能的可扩展性。这是CYGNUS原型合作的一部分，旨在构建一个地下观测站网络，用于定向暗物质搜索。结合使用高粒度sCMOS和快速传感器读出在倍增过程中GEM通道中产生的光，一方面可以重建轨道的3D方向，提供准确的能量测量和对源方向性的灵敏度，另一方面，高粒子识别能力非常有用，以区分核反冲。将介绍所进行的研发结果和未来30-100立方米实验的步骤。

2019-10-21hep-exphysics.ins-det

用于暗物质直接探测的Cygno光学TPC中的贝叶斯网络3D事件重建

Bayesian network 3D event reconstruction in the Cygno optical TPC for dark matter direct detection

University of Coimbra（科英布拉大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma TRE（意大利国家核物理研究所罗马三分部）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati（意大利国家核物理研究所弗拉斯卡蒂国家实验室）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）；ENEA Centro Ricerche Frascati（意大利国家新科技、能源和可持续经济发展局弗拉斯卡蒂研究中心）；Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP（坎皮纳斯州立大学）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）；Universidade Federal de Juiz de Fora（茹伊斯德福拉联邦大学）

针对CYGNO光学TPC的定向暗物质搜索，提出基于贝叶斯网络、仅用光电倍增管信号的3D事件重建算法，经原型数据验证可准确重建粒子轨迹，结合相机数据能提升精度，推动定向暗物质探测中核反冲轨迹的高分辨率识别。

2025-11-11astro-ph.IMhep-exphysics.data-an

CYGNO实验

The CYGNO Experiment

寻找一种新的技术，能够检测和重建核和电子反冲事件的能量为几个千电子伏已变得越来越重要，现在的大区域的高质量暗物质（DM）的候选人已被排除在外。此外，对入射粒子方向敏感的探测器在DM发现的情况下将是至关重要的，以打开研究其特性的可能性。具有光学读出的气体时间投影室（TPC）是非常有前途的探测器，其将TPC技术提供的详细事件信息与最新一代科学光传感器的高灵敏度和粒度相结合。CYGNO实验（具有光学读出的CYGNus模块）旨在利用大体积TPC中的多GEM结构的光学读出方法来研究低质量DM或太阳中微子相互作用的稀有事件。高粒度sCMOS相机和快速光传感器的组合使用允许轨道的3D方向的重建，在几keV能量范围内提供良好的能量分辨率和非常高的灵敏度，以及用于区分核反冲和电子反冲的非常好的粒子识别。该实验是CYGNUS原型合作的一部分，旨在构建一个地下观测站网络，用于定向DM搜索。预计将在2022/23年建造一个一立方米的演示器，目标是在稍后阶段建造一个更大规模的装置（30米$^3$ -100米$^3$）。

2022-02-11hep-exphysics.ins-det

用于低放射性物质筛选的微兆气体读出气体时间投影室

A Gaseous Time Projection Chamber with Micromegas Readout for Low Radioactive Material Screening

低放射性物质筛选对于稀有事件搜索实验，如无中微子双β衰变和地下实验室中的暗物质搜索，正变得至关重要。气体时间投影室（TPC）可以用于具有大的有效面积和高效率的这种目的。成功地构建了一个具有约20 $\times$ 20 cm $^2$的Micromegas读出平面的气体TPC，用于表面α污染测量。我们的特点是能量分辨率，增益稳定性和跟踪能力与校准源。利用气态TPC的独特径迹相关背景抑制削减，我们已经确定TPC的α背景率为0.13 $\pm$ 0.03 $μ$ Bq/cm $^2$，与领先的商业解决方案相当。

2022-08-05physics.ins-det

用于DUNE近探测器的高压气态氩TPC

High-Pressure Gaseous Argon TPC for the DUNE Near Detector

DUNE近探测器设计由多个组件组成，每个组件的设计都是为了对振荡分析的通量和中微子相互作用系统不确定性产生互补约束。其中一个子探测器是磁化高压氩气体TPC（HPgTPC），它将在低密度探测器中提供细粒度的跟踪，使用与DUNE远探测器相同的靶核。由于其粒子探测的低动量阈值，HPgTPC将能够限制振荡分析中最关键的--也是最不容易理解的--不确定性之一：中微子-氩相互作用中的核效应。这些会议记录描述了HPgTPC的当前设计、物理目标和预期性能，以及费米实验室正在进行的研发工作，其中正在建造一个测试台TPC，并将在高达10个大气压的压力下运行。

2019-10-14physics.ins-det

一种新型玻璃THGEM制备工艺及光学气态氩TPC的首次表征

A Novel Manufacturing Process for Glass THGEMs and First Characterisation in an Optical Gaseous Argon TPC

本文详细介绍了一种新型的，正在申请专利，磨料加工制造工艺，用于形成亚毫米孔的THGEMs，与预期的应用在气相和双相TPC。磨料加工有利于非延展性基材，如玻璃或陶瓷。这种创新的制造工艺允许THGEM基板、电极以及孔的几何形状和图案具有前所未有的多功能性。因此，通过研磨加工生产的THGEM可以针对特定特性进行定制，例如：高刚度、低总厚度变化、辐射纯度、吸湿/除气和/或抗碳化性。本文特别关注由Schott Borofloat 33和熔融石英制成的三种玻璃基板THGEM（G-THGEM）。圆形和六边形的孔形状也进行了研究。G-THGEM电极由氧化铟锡（ITO）制成，电阻率为150 $Ω$ /Sq。所有的G-THGEM都在光学（EMCCD）读出GArTPC中进行了表征，并与传统制造的FR 4 THGEM进行了比较，分析了它们的充电和二次闪烁（S2）光产生行为。

2021-11-10physics.ins-det

大面积低温气态光电倍增管与双相液态氙TPC耦合的初步结果

First results of a large-area cryogenic gaseous photomultiplier coupled to a dual-phase liquid xenon TPC

我们讨论了低温气体光电倍增管（GPM）的发展的最新进展，可能用于暗物质和其他稀有事件的搜索使用贵液体目标。我们目前的结果，从10厘米直径的GPM耦合到双相液体氙（LPERS）TPC，证明-第一次-的可行性，记录主要（“S1”）和次要（“S2”）的闪烁信号。该探测器包括三重厚气体电子倍增器（THGEM）结构，第一个元件上有碘化铯光电阴极;它被证明在180 K下稳定工作，增益超过10^5，即使在存在包含数千个光电子的大α粒子诱导的S2信号的情况下也能提供高的单光子探测效率。以1.2 ns（RMS）的时间分辨率记录S1闪烁信号。5.5 MeV α粒子的S2电致发光的能量分辨率（σ/E）为~ 9%，这与在具有PMT的XENON 100 TPC中获得的能量分辨率相当。结果进行了讨论的背景下，潜在的GPM部署在未来的多吨贵液探测器。

2015-08-03physics.ins-det

SPY：用于高压气体TPC中微子探测器的磁体系统

SPY: A Magnet System for a High-pressure Gaseous TPC Neutrino Detector

本文提出SPY磁体系统概念设计，兼具提供径迹分析所需磁场和作为高压气体氩TPC压力容器的双重功能，服务于DUNE近探测器方案。

2024-04-02hep-exphysics.ins-det

HARPO -用于高角分辨率的气态TPC Gamma-Ray从MeV到TeV的天文学和偏振测量

HARPO - A Gaseous TPC for High Angular Resolution Gamma-Ray Astronomy and Polarimetry from the MeV to the TeV

我们提出了一个“薄”的探测器作为一个高角度精度的望远镜和偏振仪的宇宙伽马射线以上的对创建阈值。我们已经建立了一个基于气体TPC的演示器。我们目前正在实验室中用带电的宇宙射线来表征探测器。在这里，我们介绍了它的一些属性。

2012-10-16astro-ph.IMphysics.ins-det

50升CYGNO原型地面表征

A 50 liter CYGNO prototype overground characterization

本文介绍了50升CYGNO原型LIME的地面表征，验证了其在几keV至几十keV能量范围内的性能，实现了低能量阈值和10-20%的能量分辨率，为未来暗物质探测器的材料优化提供了依据。

2023-05-10hep-exphysics.ins-det

He-CF4-CH4三元混合物作为CYGNO方向性暗物质实验的目标气体

He-CF4-CH4 ternary mixtures as target gas for the CYGNO directional dark matter experiment

University of Coimbra（科英布拉大学）；Universit`a Roma TRE（罗马三所大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare（意大利国家核物理研究所；罗马三分所）；Sezione di Roma Tre（格兰萨索科学研究所）；Gran Sasso Science Institute（意大利国家核物理研究所；格兰萨索国家实验室）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare（意大利国家核物理研究所；弗拉斯卡蒂国家实验室）；Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家新科技、能源和可持续经济发展局弗拉斯卡蒂研究中心）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare（茹伊斯迪福拉联邦大学）；Laboratori Nazionali di Frascati（罗马大学）；ENEA Centro Ricerche Frascati（意大利国家核物理研究所；罗马分所）；Universidade Federal de Juiz de Fora（罗马大学）；Universit`a di Roma Sapienza（谢菲尔德大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare；Sezione di Roma；Sapienza Universit`a di Roma；University of Sheffield

研究在He-40%CF4混合物中添加3-10%甲烷对CYGNO实验的影响，发现甲烷提高电气稳定性、增强闪烁产额、降低探测阈值并改善方向性鉴别能力。

2026-06-01astro-ph.IMphysics.ins-det

面向下一代高压气态氙TPC的光纤桶探测器研究

Towards a fiber barrel detector for next-generation high-pressure gaseous xenon TPCs

本研究针对NEXT项目的吨级后续实验NEXT-HD，提出采用硅光电倍增管读出的波长位移光纤桶测量粒子能量的方案，并介绍了该方案的特性与相关研发进展。

2024-01-25hep-exphysics.ins-det

在寻找气态TPC的136 π双β衰变中减少本底的模式识别技术

Pattern recognition techniques to reduce backgrounds in the search for the 136Xe double beta decay with gaseous TPCs

对无中微子双β衰变的观测可以提供有关中微子性质的重要信息。在当前的实验方法中，高压气态TPC因其良好的能量分辨率和每个事件的详细拓扑信息而成为寻找双β衰变的一个有吸引力的选择。本文详细研究了高压氙TPC中136氘双β衰变事件的电离拓扑结构，以及典型的竞争背景。我们定义了一些基于图论概念的观测量，以开发自动判别算法。我们的标准是能够减少约三个数量级的136毫米Qbb的信号接受度为40%的感兴趣的区域中的背景水平。这一结果提供了一个定量评估的好处的拓扑信息提供的气态TPC双β衰变搜索，并证明这是一个有前途的功能，在未来的实验领域。进一步改进的歧视算法和这些结果与气体扩散和读出粒度的依赖性的可能的想法也将被讨论。

2013-06-14hep-exphysics.ins-det

圆对撞机高光度$Z$极上TPC探测器的可行性研究

Feasibility study of TPC detector at high luminosity $Z$ pole on the circular collider

随着圆形对撞机的发展，需要对高光度$Z$极上的粒子性质进行精确的物理实验测量。微图形气体探测器（MPGD）是由气体电子倍增器（GEM）和微网格气体结构（Micromegas）组成的，作为时间投影室（TPC）跟踪探测器的读出器件具有很好的发展潜力。为了满足圆形正负电子对撞机（CEPC）对高亮度探测器$Z$从初步概念设计报告（preCDR）到概念设计报告（CDR）的物理要求，本文采用CEPC束流结构模拟了TPC探测器的空间电荷畸变。利用多物理场模拟软件包，以Geant 4估算的离子分布作为微分方程的输入，模拟了探测器室内离子密度分布与电场的关系。模拟结果表明，在高光度$Z$极上，Higgs $\mathcal{O}$的最大偏差（25 $μ$ m）满足CEPC TPC探测器的性能要求，而在$Z$极上，$\mathcal{O}$的最大偏差（$>100~μ$ m）仍然是一个相当大的挑战。在前人研究的基础上，对GEM和Micromegas探测器的级联结构进行了测量。对探测器的要求提出了新的考虑，当IBF $\times$ Gain小于0.1时，探测器的增益需要达到2000左右，IBF表示探测器的离子回流比。像素TPC具有低增益、低占用率和出色的模式识别能力，是取代传统MPGD的潜在选择。最后，对一些修正参数和实验结果进行了比较。

2021-02-18physics.ins-det

Screener3D：用于超低放射性物质筛选的气体时间投影室

Screener3D: a Gaseous Time Projection Chamber for Ultra-low Radioactive Material Screening

在寻找稀有信号的实验中，探测器本身的背景事件是限制搜索灵敏度的一些主要因素。筛选超低放射性探测器材料变得越来越重要。我们建议开发一个气体时间投影室（TPC）与Micromegas读出的无线电筛选。TPC记录从放置在检测器的有效体积中的平坦样品发射的带电粒子的三维轨迹。探测器可以区分事件的起源，并根据轨迹信息识别粒子类型，这显著提高了筛选灵敏度。对于来自样品表面的$α$颗粒，我们观察到我们提出的检测器可以在两天内达到高于100 $μ$ Bq $\cdot$ m $^{-2}$的灵敏度。

2021-12-23physics.ins-det

CYGNO实验中低放射性操作的场笼和阴极表征

Characterization of field cage and cathode for low radioactivity operation with the CYGNO experiment

University of Coimbra（科英布拉大学）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare（意大利国家核物理研究所）；Laboratori Nazionali del Gran Sasso（格兰萨索国家实验室）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare（意大利国家核物理研究所）；Laboratori Nazionali di Frascati（弗拉斯卡蒂国家实验室）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）；Jagiellonian University, Doctoral School of Exact and Natural Sciences（亚捷隆大学）

CYGNO实验通过设计低放射性场笼和阴极，验证了低能核 recoil 探测技术的可扩展性和辐射纯度，重点测试了材料电性能和几何不对称性。

2026-04-28astro-ph.IMhep-exphysics.ins-det

面向CYGNO/INITIUM项目方向性暗物质搜寻的放大与气体混合优化

Optimisation of amplification and gas mixture for directional Dark Matter searches with the CYGNO/INITIUM project

本文围绕CYGNO/INITIUM方向性暗物质探测项目，研究通过优化光产额、引入高电负性气体抑制电子云扩散，并利用统计工具评估方向性探测器在设定WIMP-核子灵敏度极限及区分不同暗物质模型方面的性能。

2025-07-03astro-ph.IMphysics.ins-det

NEWAGE实验的探测器性能

Detector performance of the NEWAGE experiment

NEWAGE（NEw generation WIMP search with an Advanced Gaseous tracking device Experiment）项目是一个方向敏感的暗物质搜索实验，带有气体微时间投影室（micro-TPC）。我们报告的微型TPC的性能与检测体积为23 x28 x30立方厘米的操作与四氟化碳（CF 4）的0.2巴。

2007-01-10physics.ins-det

中性电流相干截面--气态球形TPC探测SN和地球中微子的意义

Neutral Current Coherent Cross Sections -- Implications on Gaseous Spherical TPC's for detecting SN and Earth neutrinos

银河系超新星中微子的探测是低能中微子物理学和天体物理学的前沿课题之一。中性流（NC）的中子相干性允许在富中子靶的情况下具有相当大的截面，这可以用于通过测量核反冲来探测地球和天空中微子。它们相对便宜，易于维护。相关的NC截面不依赖于味转换，因此，它们的测量将提供有用的信息中微子源。特别是，它们将提供关于中微子球中初级中微子通量的信息，也许还能提供中微子球中味道转换后的光谱信息，它们还可能提供关于中微子质量等级的一些线索。本文讨论了采用时间投影计数器（TPC）的大型气体低阈值高分辨探测器的优点。

2016-03-16astro-ph.GAastro-ph.IMphysics.ins-det

由LCTPC合作在ILC为ILD检测器开发的PDKEEPAAA

TPC development by the LCTPC collaboration for the ILD detector at ILC

国际直线对撞机（ILC）的国际大型探测器（ILD）需要显着改进的子探测器系统，以符合预期的性能。它的中心跟踪探测器是一个时间投影室（TPC），它配备了微图案气体探测器（MPGD）读出模块。LCTPC合作成立于2007年，旨在设计基于MPGD的TPC，并构建和测试演示模块。为此，在汉堡的DESY建立了一个实验装置，自2010年以来，在许多成功的测试光束活动中研究了四种不同的读出概念。可以证明，可以达到所需的横向和纵向空间点分辨率。此外，一个新的门控概念的开发，可以有效地消除离子回流，而轻微降低检测器的性能。

2022-03-07physics.ins-det

He/CF $_4$混合气体的GEM基光读出TPC的稳定性和探测性能

Stability and detection performance of a GEM-based Optical Readout TPC with He/CF$_4$ gas mixtures

研究了基于三个气体电子倍增器的电子放大结构的光学读出时间投影室的性能和长期稳定性。He/CF $_4$基气体混合物以两种不同的比例（60/40和70/30）用于具有7升灵敏体积的CYGNO原型中。在电子增益非常相似的情况下，两种混合物在整个探测器体积内的探测效率几乎都是满的，而60/40的光产额比60/40的光产额高20%左右。该探测器在整个周期内工作在非常稳定和安全的条件下。在CF $_4$较少的情况下，明确检测到不稳定事件的概率较大。

2020-08-17hep-exphysics.ins-det

负离子Drift和1巴附近TPC中的扩散

Negative Ion Drift and Diffusion in a TPC near 1 Bar

本文报道了在160 ~ 700 ℃的总压范围内，用氦+二硫化碳混合气体工作的负离子TPC（NITPC）的漂移速度和纵向扩散测量结果。纵向扩散在热极限观察到的漂移场至少700 V/cm，在所有的气体混合物测试。结果是特别感兴趣的机械简化暗物质搜索，如漂移，并为高能物理实验中，低Z，低密度，气体跟踪探测器没有明显的洛伦兹漂移是需要在非常高的磁场操作。

2004-06-24physics.ins-det

用于高压气体TPC中无中微子双β衰变研究的顶金属CMOS直接电荷敏感板

Topmetal CMOS direct charge sensing plane for neutrinoless double-beta decay search in high-pressure gaseous TPC

提出了一种用于高压时间投影室（TPC）的电荷传感新概念，用于寻找吨级及以上同位素质量的无中子双β衰变（NLDBD）。一个米大小的平面，平铺有一个阵列的CMOS集成传感器称为Topmetal，直接收集电荷，而没有气体雪崩增益，是部署到一个高压气体TPC与工作气体含有合适的NLDBD候选同位素，如氘-136和硒-82。Topmetal传感器具有<30 e-/像素的电子噪声，这使得检测器通过单独测量电离电荷，在NLDBD Q值下，对于NH3 -136和82 SeF 6气体，都可以达到<1% FWHM能量分辨率。电荷雪崩增益的消除允许慢漂移离子的直接感测，这使得能够使用其中不存在自由电子的高电负性气体SeF 6。它支持工作气体的交换而无需修改硬件，这是一种针对放射性背景验证信号的独特方法。由于传感器制造和平面组装可以利用不变的工业大规模生产工艺，因此可以达到吨级实验所需的稳定性，均匀性，可扩展性和成本效益。保留了TPC的优势，如3D电离跟踪和衰变子体标记。这一发展可能会导致一个有竞争力的NLDBD实验在吨级以上。概念上的考虑，模拟和初始原型进行了讨论。

2020-10-19hep-exnucl-exphysics.ins-det

利用电荷色散信号测量微兆级TPC的空间分辨率

Spatial Resolution of a Micromegas-TPC Using the Charge Dispersion Signal

国际直线对撞机的时间投影室将需要测量大约200个轨道点，分辨率接近100 $μ$ m。微图案气体检测器（MPGD）读出TPC可以利用使用亚毫米宽度焊盘的现有技术以检测器成本和复杂性的大幅增加为代价来实现期望的分辨率。我们最近应用了一个新的MPGD读出概念的电荷分散的原型GEM-TPC和实现良好的分辨率与垫的宽度类似的比例线TPC的可行性。用Micromegas TPC放大级重复电荷分散研究。我们在这里提出我们的第一个结果Micromegas-TPC分辨率与电荷色散。与Micromegas读出的TPC分辨率相比，我们早期的创业板的结果和预期的分辨率从电子统计和横向扩散在气态TPC。

2005-10-11physics.ins-det

低温固体光电阴极气体探测器的研制

The development of gaseous detectors with solid photocathodes for low temperature

有几个应用和基础研究领域需要在低温下检测VUV光。对于这些应用，我们已经开发并成功测试了特殊设计的气体探测器与固体光电阴极能够在低温下工作：密封的气体探测器与MgF2窗口和无窗探测器。我们已经通过实验证明，初级和次级（由于液体内部的雪崩倍增）闪烁光都可以被光敏气体探测器记录。这项工作的结果可能会让一个显着改善一些惰性液体气体TPC的操作。

2004-03-17physics.ins-det

用于AT-TPC的低压H2和He混合微模式气体探测器的最新进展

Recent advances with a hybrid micro-pattern gas detector operated in low pressure H2 and He, for AT-TPC applications

针对有源靶时间投影室（AT-TPC）中电荷粒子径迹读出的可能应用，研究了混合微图案气体探测器（MPGD）在纯低压氢气（H2）和氦气（He）中的工作特性和性能。该探测器由一个MICROMesh气体结构（MICROMEGAS）耦合到一个单或多级联厚气体电子倍增器（THGEM）作为前置放大级。本研究报告的有效增益依赖的混合MPGD在相关的压力（在200-760欧姆的范围内）为不同的检测器安排。本文的研究结果对低压低质量惰性气体雪崩机制的研究具有重要意义，特别是对核物理和核天体物理中主动靶时间投影室（TPC）MPGD端盖读出的应用具有重要意义。

2015-12-22hep-exphysics.ins-det

用T2K测量气态氩中的中微子相互作用

Measurement of neutrino interactions in gaseous argon with T2K

T2K近探测器ND 280采用三个大型氩气TPC（时间投影室）进行粒子跟踪和识别。TPC内部的气体可以作为一个活性靶来详细研究中微子相互作用。气体的低密度导致非常低的径迹能量阈值，允许重建非常低的动量径迹，例如具有低至$\mathcal{O}$（1 MeV）的动能的质子。由于不同的核相互作用模型对这些低动量轨道多重性的预测差异很大，这使得中微子与气体的相互作用成为测试这些模型的有力探针。TPC使用氩基气体混合物（95%体积）运行，自2010年实验开始以来一直暴露于T2K中微子束。由于气体的总质量较低，与周围的基于闪烁器的探测器相比，中微子氩相互作用很少发生。我们预计到目前为止记录的数据中约有600个这样的事件（基准体积中约有200个）。我们能够将这些事件从背景中分离出来，从而证明了使用气态氩作为中微子束靶的可行性。这使我们能够对气态氩进行截面测量，这是第一次进行这种测量。所有以前的中微子截面测量氩进行了液体氩TPC。

2016-10-03hep-exphysics.ins-det

用于无中微子双β衰变研究的SiPM-readout气体TPC的前端电子学

Front-end-Electronics for the SiPM-readout gaseous TPC for neutrinoless double beta decay search

我们研制了一种专用于无中微子双β衰变研究的高压氙气时间投影室的前端电路板。通过用SiPM检测电致发光光子来读出电离信号。该板通过直流耦合从56 μ SiPM读出信号，并以5 MS/s的速度记录波形，动态范围高达7，000光子/200 ns。SiPM偏置电压由电路板提供，可针对每个SiPM进行调整。为了校准和监控SiPM增益，额外的辅助ADC测量1光子等效暗电流。所获得的性能满足无中微子双β衰变搜索的要求。

2020-01-06hep-exnucl-exphysics.ins-det

ILD的基于TPC的GEM读出器的研制

Development of a GEM based TPC Readout for ILD

对于预计将在国际直线对撞机上建造的国际大型探测器，打算将一个时间投影室用作主要的跟踪探测器。放大将由微模式气体检测器（MPGD）提供。一种选择是使用气体电子倍增器（GEM）结合分段焊盘读出平面。DESY的TPC小组开发了一种模块化系统，实现了安装在薄陶瓷网格上的三重GEM堆栈。与常用的玻璃钢框架相比，这种材料选择允许在减少的材料量和死区的情况下实现支撑结构的高机械刚度。本文概述了这一系统的现状。这包括讨论我们希望在上一代模块中改进的要点以及在最新版本中实现的内容。模块生产过程的改进，确保了一致的质量，并向可能的批量生产迈出了一步。

2017-03-16physics.ins-det

利用机器学习进行CYGNO实验中暗物质搜索的触发优化与事件分类

Trigger Optimization and Event Classification for Dark Matter Searches in the CYGNO Experiment Using Machine Learning

LIBPhys, Department of Physics, University of Coimbra（科瓦略物理研究所，科瓦略大学物理系）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso（国家格兰萨索实验室（INFN））；INFN Laboratori Nazionali di Frascati（国家弗拉斯卡蒂实验室（INFN））；Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield（谢菲尔德大学物理与天文学系）

CYGNO实验利用光学读出时间投影室探测低能稀有相互作用，本文提出基于异常检测的无监督数据缩减策略和弱监督分类方法，提升触发效率与背景区分能力。

2026-03-23cs.LGphysics.data-anphysics.ins-det

dE/dx用于ILD TPC微粒鉴别的研究

Studies on Particle Identification with dE/dx for the ILD TPC

对于计划中的国际直线对撞机（ILC）上的国际大型探测器（ILD），预计将时间投影室（TPC）作为主要的跟踪探测器。为了达到所需的点分辨率，微模式气体检测器（MPGD）将用于放大阶段。在DESY开发了一种使用三个气体电子倍增器（GEM）的气体放大器的读出模块。在DESY II试验梁设施的测试活动中，对其中三个模块的性能进行了研究。在这篇文章中，使用比能量损失（dE/dx）的系统的粒子识别能力的结果。来自原型的结果用于外推到全ILD TPC的性能，其中可以实现优于5%的dE/dx分辨率。此外，进行模拟研究，以优化读出垫的大小，提高dE/dx分离能力。这些研究还调查了通过计算电离簇的数量（簇计数）来测量沉积能量的可能性。对于足够小的焊盘，发现这种方法与测量沉积电荷的传统方法相比给出类似或更好的性能。

2019-02-14physics.ins-det

PandaX-III：用高压气体时间投影室寻找无中子双β衰变

PandaX-III: Searching for Neutrinoless Double Beta Decay with High Pressure Gaseous Time Projection Chambers

PandaX-Ⅲ（粒子和天体物理氙实验Ⅲ）实验将在中国锦屏地下实验室Ⅱ（CJPL-Ⅱ）寻找136 μ m的无中子双β衰变（NLDBD）。在实验的第一阶段，高压气体时间投影室（TPC）将包含200 kg、在10 bar下操作的90%的136氚富集气体。Microbulk Micromegas是一种细间距微图案气体探测器，将用于电荷读出，使我们能够以良好的能量和空间分辨率重建NLDBD事件的轨迹。仿真结果表明，该方法具有良好的背景抑制能力和跟踪信息。在本文中，我们将概述PandaX-III的最新进展，包括20 kg原型TPC的数据采集。

2017-10-24hep-exnucl-exphysics.ins-det

ALICE TPC的未来升级和物理展望

Future Upgrade and Physics Perspectives of the ALICE TPC

大型强子对撞机（LHC）的ALICE实验提出了主要的探测器升级，以充分利用RUN~3中LHC亮度的增加，并扩展低横动量稀有探测器的物理范围。时间投影室（TPC）是ALICE中心筒的主要跟踪和PID装置之一。TPC的最大触发速率目前被选通栅极系统的操作限制在约3.5kHz。为了充分利用运行3中的亮度，TPC预计将以连续读出的非门控模式操作。现有的MWPC读数将被基于微模式气体检测器（MPGD）的读数所取代，该读数提供了内在的离子捕获能力，而无需门控。自2012年以来，已经进行了采用气体电子倍增器（GEM）和微网气体探测器（Micromegas）技术的广泛探测器研发，以及推进空间电荷畸变校正技术的模拟研究。在本文中，预期的探测器性能和状态的R\&D计划，以实现这一雄心勃勃的目标。

2014-08-15hep-exnucl-exphysics.ins-det

用于气态暗物质和稀有事件探测器的分子筛真空变压吸附纯化及降氡系统

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。

2024-01-31physics.ins-det

定向暗物质直接探测的挑战

Challenges for the directional dark matter direct detection

本文围绕定向暗物质直接探测，介绍气体TPCs这一主流成熟探测装置，综述其发展历程、现存挑战与未来前景，为定向暗物质探测研究提供参考。

2024-03-07astro-ph.COastro-ph.IMhep-ex

用于定向暗物质搜寻的TPC $_{6}$负离子微探测器的研制

Development of a Negative Ion Micro TPC Detector with SF$_{6}$ Gas for the Directional Dark Matter Search

研制了负离子微时间投影室（NI $μ$ TPC），并对其性能进行了研究。NI $μ$ TPC是一种新技术，能够测量自触发TPC的绝对$z$坐标。该技术提供了全基准化分析，这是不可能与传统的气态TPC，是有用的定向暗物质搜索方面的背景抑制和角分辨率的提高。开发的NI $μ$ TPC原型的检测体积为12.8 $\times$ 25.6 $\times$ 144 mm $^{3}$。使用SF $_{5}^{-}$的少数载波以16 mm的定位精度确定绝对$z$坐标。同时，成功重建了空间分辨率为130 $μ\rm{m}$的三维（3D）轨迹。这是第一次演示三维跟踪与绝对$z$坐标的检测，这是提高定向暗物质搜索灵敏度的重要一步。

2020-04-21astro-ph.IMphysics.ins-det

100 m$^3$/10 bar氩气TPC光学读出中的气体污染与缓解：可行性研究

Gas contamination and mitigation in a 100 m$^3$ / 10 bar argon TPC with optical readout: a viability study

该研究评估了100 m$^3$/10 bar氩气TPC中气体污染的影响，提出使用穿孔分配器与新鲜气体注入策略，可在填充后一周内控制杂质，验证了ND-GAr光学读出的可行性。

2025-03-31physics.ins-det

气体时间投影室中$\rm {CF}_4$散射光薄层电阻的光透射率测量

Optical transmittance measurements of sheet resistors for the $\rm {CF}_4$ scintillating light in a gaseous time-projection chamber

本文介绍了一种可重构$z$坐标的气体时间投影室（TPC），用于低放射性背景下的暗物质探测和$α$粒子成像。如果薄层电阻器具有对可见光的光学透射率，则具有薄层电阻器场笼的TPC显示出检测由轨道产生的电荷和光子的潜力，并且从这些信号之间的时间差确定漂移长度。在该研究中，对于使用$α$ -粒子源的$\rm {CF}_4$气体净化光，薄层电阻器的光学透射率被测量为$24.5\pm0.1_{\rm stat}\pm0.6_{\rm syst}\%$。当$\rm CF_4$气体中存在薄层电阻时，对于5.3 MeV的$α$，观察到光电子数为$\rm\sim20~p.e.$.然后，讨论了在近红外线下，使用多碱阴极光电管和SiPM探测器探测低能径迹时，需要观测到多少光电子。

2022-02-18astro-ph.IMhep-exphysics.ins-det

VMM3a/SRS的应用：一种无t0的基于TWIN GEM的时间投影室（TPC）

Application of the VMM3a/SRS: A t0-less TWIN GEM-based TPC

本研究将VMM3a ASIC集成到RD51/SRS中构建自触发连续读出系统，结合Twin GEM TPC构型，实现了极低物质量预算、适配多能段粒子束的径迹探测方案。

2025-01-17physics.ins-det

用于超新星探测的中性电流球形TPC网络

A Network of Neutral Current Spherical TPC's for Dedicated Supernova Detection

中性流对中微子核散射中所有中子的相干贡献为探测超新星中微子提供了现实的前景。事实上对于一个典型的10kpc超新星，使用半径为4米的球形气体探测器和10个大气压的氦气，预计大约有1000个事件。我们提出了一个世界范围的网络，几个这样的简单，稳定和低成本的超新星探测器的运行时间为几个世纪。

2005-06-15astro-phhep-exphysics.ins-det

双相LAr TPC电荷读出系统中的电荷和光产生

Charge and Light Production in the Charge Readout System of a Dual Phase LAr TPC

对于未来的中微子振荡实验DUNE，预计每个基准质量为10千吨的液氩时间投影室。双相概念是所考虑的两种实现方式之一，其中，由液体中的电离产生的电子被提取到液体上方的气体区域，在该气体区域中，电子被放大。为了放大，将使用大型电子倍增器。该技术在各种原型中进行了测试，最近使用的是3 x 1 x 1 m $^3$大型装置。目前正在建造一个更大的6 x 6 x 6 m $^3$原型，并将于2019年开始运营。进行了密集的研发计划，重点是实现至少20的有效增益。在这里首次提出的模拟研究中，不仅考虑了电子信号，而且还研究了离子回流和二次闪烁光的预期产生，因为后者可能限制探测器触发低能量无束物理的能力。发现离子回流和光产额可以预期非常大。有效增益的结果显示出与实验数据的差异，无论是在大小和形状的增益曲线。基于文献研究，认为光子反馈对填充纯稀有气体的探测器的增益有贡献，特别是在纯氩的情况下。

2019-02-02physics.ins-det

使用GEM探测器的热中子探测的类TPC读出

TPC-like readout for thermal neutron detection using a GEM-detector

小于200 μ m的空间分辨率对于热中子探测是具有挑战性的。基于时间投影室（TPC）的概念，提出了一种新的气体电子倍增器（GEM）探测器读出方案。热中子被捕获在一个单一的2微米厚的硼-10转换器阴极和二次氦和锂离子产生的组合能量为2.8兆电子伏。这些离子具有足够的能量来形成几毫米长的直线轨道。基于APV 25芯片，在两个方向上具有400 μ m间距的时间分辨二维读出，跟踪离子并重建它们在阴极转换器箔中的相应原点。使用Ar-CO2 93：7%的气体混合物，在Garching中子源（FRMII）上用三重GEM探测器装置对4.7埃的中子观察到100 μ m（FWHM 235 μ m）的分辨率。

2015-09-08hep-exphysics.ins-det

中性电流球形TPC网络探测超新星

Dedicated Supernova Detection by a Network of Neutral Current Spherical TPC's

超新星中微子可以很容易地通过测量极低能量核反冲的球形气态TPC探测器检测到。由于中微子核中性流相互作用产生了所有中子的相干贡献，因此对于富中子靶，预期的速率相当大。事实上，对于一颗10千秒差距的典型超新星，使用半径为4米的球形探测器，在10个大气压下使用氦气，预计大约有1000个事件。一个由几个这样简单、稳定和低成本的超新星探测器组成的世界范围的网络，运行时间为几个世纪，是非常可行的。

2005-11-16astro-phhep-exhep-ph

PandaX-III原型车TPC前端电子学的开发

Development of the Front-End Electronics for PandaX-III Prototype TPC

粒子和天体物理学氙实验III（PandaX-III）是一个寻找无中子双β衰变（NLDBD）的实验，使用200千克放射纯高压气态氙TPC，两端装有Micromegas探测器，中间装有阴极。一个小型TPC配备了7个Microbulk Micromegas检测器被开发作为原型检测器。按照X-Y设计，从一个Micromegas模块读出128个通道，其中条带的间距为3 mm（每个方向64个通道）。高度集成的前端电子设备由4个前端卡组成，具有1024个读出通道，用于读出Micromegas阳极信号的电荷，整形后对波形进行整形，并将压缩数据发送到DCM板。前端电子器件的基石是一个64通道专用集成电路，它基于开关电容阵列。前端电子器件的积分非线性小于1%，1 pC。每个读出通道的噪声（RMS）小于0.9 fC，峰值时间为1微秒，范围为1 pC。利用~（56）Fe和~（137）Cs两种放射性源，进行了前端电子学与原型TPC的联合测试，重建了7 Micromegas的命中图。

2018-06-25eess.SPphysics.ins-det

TREX-DM：用于低质量WIMP检测的基于Micromegas的低背景TPC

TREX-DM: a low-background Micromegas-based TPC for low-mass WIMP detection

如果暗物质是由质量低于$\sim$ 20 GeV的弱相互作用大质量粒子（WIMP）组成的，那么主流WIMP实验中相应的核反冲的能量太接近或低于实验阈值。气体时间投影室（TPC）可与各种目标元件一起操作，提供良好的跟踪能力，并且由于气体中的放大，可实现非常低的阈值。电子学和新型辐射纯TPC读出的最新进展，特别是微网格气体结构（Micromegas），正在提高气态TPC的可扩展性和低背景前景。在这里，我们提出了TREX-DM，原型测试的概念，Micromegas为基础的TPC搜索低质量WIMP。该探测器设计成在10巴下容纳$\sim$ 0.300 kg Ar的有效质量，或者在10巴下容纳$\sim$ 0.160 kg Ne的有效质量，能量阈值低于0.4 keVee，并且完全用放射纯材料构建。我们将详细描述探测器，地面调试阶段的结果，以及初步的背景模型。这种技术的预期灵敏度可能会超过目前的实验限制的质量为2-8 GeV的WIMP。

2016-08-08hep-exphysics.ins-det

TPC定向探测器中的阴极信号：测量漂移速度的实现和验证

Cathode signal in a TPC directional detector: implementation and validation measuring the drift velocity

低压气态TPC是非常适合的探测器，可以将核反冲的方向与银河系暗物质（DM）晕相关联。事实上，除了提供由于DM粒子在靶气体中的核上的弹性散射而导致的能量沉积的测量之外，它们还允许重建反冲核的轨道。为了排除源自漂移体积内的检测器材料的表面上的放射性衰变的背景事件，正在努力沿着垂直于阴极平面的轴精确地定位漂移体积中的径迹核反冲。在这里，我们报告的实施措施，在阴极上诱导的信号的运动的初级电子朝着阳极在MIMAC室。作为验证，我们进行了所考虑的气体混合物中的电子的漂移速度的独立测量，在时间上将阴极信号与阳极上的电子的到达时间的测量相关联。

2017-11-20astro-ph.IMphysics.ins-det

基于GEM的TPC读出（DESY模块）的最新性能研究

Recent Performance Studies of the GEM-based TPC Readout (DESY Module)

对于计划中的国际直线对撞机（ILC）上的国际大型探测器（ILD），预计将时间投影室（TPC）作为主要的跟踪探测器。为了达到所需的点分辨率，微模式气体检测器（MPGD）将用于放大阶段。一个读出模块使用的堆栈的三个气体电子倍增器（GEM）的气体放大在DESY开发和测试在DESY II测试束设施。在介绍了读出模块和基础设施的测试束设施，性能相关的单点和双击中的分辨率，这些模块的。其次是系统的粒子识别能力的结果，使用特定的能量损失dE/dx，和模拟研究，旨在调查和量化高粒度对dE/dx分辨率的影响。此外，还介绍了一种新的和改进的TPC场笼和用于测试束的LYCORIS大面积硅带望远镜。LYCORIS光束望远镜预计将提供粒子轨迹的精确参考，以验证大型TPC原型测量的动量分辨率。为此，它正在所谓的PCMAG（持续电流磁铁）内的测试束设施中进行安装和测试。

2020-06-24hep-exphysics.ins-det

用于NEWAGE方向敏感暗物质搜索的低α发射μ- PIC的研制

Development of a low-alpha-emitting μ-PIC for NEWAGE direction-sensitive dark-matter search

NEWAGE是一个方向敏感的暗物质搜索实验，使用微型图案气体探测器（μ-PIC）作为读数。主要的本底源是μ PIC中放射性污染物的α射线。因此，我们开发了一种低α发射的μ-PIC，并测量了它的性能。我们使用基于微型TPC的表面α射线计数器测量了神冈矿μ-PIC的表面α射线发射率。

2017-07-31physics.ins-det

光学读出识别气体TPC中的低能核反冲

Identification of low energy nuclear recoils in a gas TPC with optical readout

寻找一种新的技术，能够检测和重建的核反冲事件在keV的能量范围内已经变得越来越重要，只要大面积的大质量WIMP类暗物质候选人已被排除在外。具有光学读出的气体时间投影室（TPC）将TPC技术提供的完整事件信息与上一代科学光传感器的高灵敏度和粒度相结合，是非常有前途的候选者。在Frascati国家实验室测试了用气体电子倍增器（GEM）获得的阳极放大TPC。来自放射源的光子和中子被用来诱导反冲原子核和电子，其动能在[1-100] keV范围内。在大气压下使用He-CF 4（60/40）气体混合物，并且通过高位置分辨率和低噪声的科学CMOS相机和光电倍增管获取GEM通道中倍增期间产生的光。本文提出了一种基于改进聚类技术的多阶段模式识别算法。一些集群的形状可观的是用来识别核反冲中子起源于AmBe源对X射线55 Fe光电子。对能量约为6 keV的核反冲的探测效率达到18%，同时获得96%的~（55）Fe光电子抑制。这使得这种光学读出气体TPC作为定向直接暗物质搜索的超稀有事件的未来调查非常有希望的候选者。

2021-10-27hep-exphysics.ins-det