Monitoring of tritium purity during long-term circulation in the KATRIN test experiment LOOPINO using laser Raman spectroscopy
气体循环回路LOOPINO已在卡尔斯鲁厄氚实验室（TLK）建立并投入使用，以在类似于中微子质量实验KATRIN的内回路系统的条件下对循环氚混合物进行拉曼测量，该实验目前正在建设中。定制的接口用于连接位于手套箱内的含氚测量池和位于外部的拉曼装置。将氚样品（纯度> 95%，20 kPa总压力）在LOOPINO中循环三周以上，总通量为770 g氚。观察到样品中的组成变化和氚化甲烷CT_（4-n）X_n（X=H，D; n= 0，1）的形成。这两种效应都是由氚β衰变引起的氢同位素交换反应和气壁相互作用引起的。对T_2Q_1分支的监测精度达到0.1%，满足KATRIN实验的要求，证明了在手套箱中进行高精度氚拉曼测量的可行性。
2012-08-08 physics.ins-det physics.optics
Status of the KATRIN experiment with special emphasis on source-related issues
卡尔斯鲁厄氚中微子实验KATRIN将允许对中微子质量尺度进行独立于模型的测量，预期灵敏度为0.2 eV/c^{2}（90% C. L.）因此，直接测量电子反中微子的质量将有助于澄清中微子在早期宇宙中的作用。KATRIN使用前所未有的能量分辨率为0.93 eV的高分辨率静电滤波器，对接近18.6 keV运动学终点的氚β衰变的电子光谱进行了光谱学研究。KATRIN将在KIT园区北部的卡尔斯鲁厄氚实验室建造。对于这种精确的质量测定，一个关键参数是来源在β活性和同位素纯度方面的稳定性。为此目的，KATRIN使用了一种几乎纯分子氚（95%）的强无窗气态氚源，其通量为每天40克氚，稳定在0.1%的水平。衰变电子通过超导磁体从放射源被引导到谱仪，而同时到谱仪的氚流率必须减少> 1 E14的因子。为了达到KATRIN的目标灵敏度，需要高能量分辨率以及高统计和低背景。串联光谱仪系统用于能量分析。输送部分由差动泵送系统（DPS 2-F）和低温泵送部分（CPS）组成。在DPS 2-F中，氚流将通过差分泵浦减少，而在CPS中，氚将被吸附在KATRIN束管内制备的预冷凝氩层上。为了确保源在0.1%水平上的所需稳定性，需要在源中注入稳定的氚。这是由封闭的氚循环完成的。注入气体的纯度和成分将通过激光拉曼光谱进行监测。
2012-01-26 hep-ex physics.ins-det
Detector Development for a Sterile Neutrino Search with the KATRIN Experiment
KATRIN（卡尔斯鲁厄氚中微子）实验研究氚$β$ -衰变谱的能量终点，以确定电子反中微子的有效质量，精度为$200\,\mathrm{meV}$（$90\,\%$ C.L.）经过三年的有效数据采集。TRISTAN（氚$β$ -衰变寻找无菌中微子）小组的目标是通过使用升级的KATRIN系统测量整个氚$β$ -衰变光谱来检测无菌中微子签名。最大的挑战之一是处理KATRIN氚源的强活性所产生的高信号速率。因此，正在设计一种新型的多像素硅漂移探测器，其能够处理高达$10^{8}\,\mathrm{cps}$的速率，在$10\,\mathrm{keV}$处具有$<200\,\mathrm{eV}$（FWHM）的优异能量分辨率。这项工作给出了一个正在进行的探测器的开发和测试结果的第一个七像素原型探测器的概述。
2018-01-24 physics.ins-det
Using krypton-83m to determine the neutrino-mass bias caused by a non-constant electric potential of the KATRIN source
针对KATRIN实验中氚源非均匀电势导致β谱畸变、影响中微子质量测定的问题，提出利用83mKr转换电子精密光谱量化该效应，并通过微扰描述确立其领头阶观测量，助力中微子质量精确测量。
2025-06-15 nucl-ex physics.data-an physics.ins-det
Hunting keV sterile neutrinos with KATRIN: building the first TRISTAN module
KATRIN（卡尔斯鲁厄氚中微子）实验研究氚β衰变谱的能量终点，以确定电子反中微子的有效质量。该合作在TAUP-2019会议上报告了第一个质量测量结果。TRISTAN项目旨在通过使用升级的KATRIN系统测量整个氚β衰变谱来探测keV无菌中微子签名。最大的挑战之一是处理KATRIN氚源的强活性所产生的高信号速率，同时保持良好的能量分辨率。因此，一种新型的多像素硅漂移探测器和读出系统正在设计处理率约100 Mcps的能量分辨率优于300 eV（FWHM）。本报告简要介绍了KATRIN实验，TRISTAN项目，然后是第一个7像素原型测量活动的结果，最后描述了由166个SDD像素组成的第一个TRISTAN模块的构建及其在KATRIN实验中的实施。
2020-04-16 physics.ins-det
Monitoring of the operating parameters of the KATRIN Windowless Gaseous Tritium Source
卡尔斯鲁厄氚中微子（KATRIN）实验将通过接近18.6 keV氚β衰变终点的高精度光谱学测量中微子的绝对质量标度，灵敏度为$\m_ν$ = 200 meV/c $^2$。其无窗气态氚源（WGTS）是一种高强度（$10^{11}$ /s）和稳定性的β衰变源，其中30 K的高纯度分子氚在封闭回路中循环，年吞吐量为10 kg。为了限制系统效应，源的柱密度必须稳定在0.1%的水平。这需要大量的传感器仪器和专用的控制和监测系统，用于测量束管温度、注入压力、气体成分等参数。在这里，我们给出了这些系统的概述，包括一个专用的激光拉曼系统以及几个β衰变活动监测器。我们还报告了WGTS演示器和其他大规模测试实验的结果，这些实验证明了与系统学相关的所有参数都可以在0.1%或更好的水平上进行控制和监测。由于这些工作，WGTS系统可以控制在严格的范围内，使KATRIN实验探索中微子质量尺度的设计灵敏度。
2012-09-16 physics.ins-det
A precision 32 keV angular-selective photoelectron source for calibration measurements at the KATRIN experiment
University of Münster（明斯特大学）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Washington（华盛顿大学）；Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)-Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理学会米兰比可卡分部）
本文介绍了用于KATRIN实验校准的32 keV高精度角选择性光电发射源，用于测量氚分子中的电子散射效应、研究角依赖性反散射以及主谱仪中的绝热传输。
2026-07-14 physics.ins-det
KATRIN: an experiment to determine the neutrino mass
卡尔斯鲁厄氚中微子实验（KATRIN）是一个新一代的、独立于模型的大规模实验，通过研究氚β衰变的运动学来确定中微子质量，灵敏度为200 meV/c2。测量装置包括一个高亮度无窗气体分子氚源（WGTS），差分和低温泵电子输运和氚保留部分，一个串联的光谱仪部分（前光谱仪和主光谱仪）的能量分析，其次是一个探测器系统，用于计数传输β衰变电子。为了达到所需的灵敏度，WGTS，其中氚衰变的活性约为10 e11 Bq，需要在注入压力和温度的绝对值约为30 K时稳定在0.1%的水平上。WGTS具有产生3.6 T轴向磁场的能力，将成为世界上最复杂的超导磁体和低温恒温器系统之一。主光谱仪（长24米，直径10米），它作为一个减速静电光谱仪，将有一个能量分辨率为0.93 eV在18.6 keV。为了在氚终点进行精确的能量分析，需要-18.6 kV的阻滞电位，稳定性为1 ppm。为了达到达到灵敏度所需的背景水平，将在10 e-11 mbar的压力下操作。本文将对KATRIN实验及其现状进行概述。
2011-10-01 physics.ins-det
Modelling of gas dynamical properties of the KATRIN tritium source and implications for the neutrino mass measurement
本文提出了KATRIN实验无窗氚源区段稀薄气体流动的综合模型，结合实验运行参数定期更新，并量化了气体流动系统不确定性对中微子质量测量的影响。
2018-06-29 physics.ins-det
Accuracy of the Laser Raman system for KATRIN
卡尔斯鲁厄氚中微子实验（英语：Karlsruhe Tritium Neutrino experiment，简称KATRIN）的目的是直接测量中微子的质量。为此目的，使用无窗气态氚源，氚通量为40克/天。为了达到0.2eV/c^{2}（90% C.L.）的设计灵敏度，氚源的关键参数，即气体入口速率和气体组成，必须稳定并监测在0.1%的水平（1 σ）。氚气体成分的任何微小变化都会对KATRIN测量产生不可忽略的影响;因此，激光拉曼光谱（LARA）是监测气体成分的首选方法，因为它是一种非侵入性和快速在线测量技术。在这些程序中，KATRIN的统计和系统的不确定性，这种方法的要求进行了讨论。将概述LARA系统在精度方面的当前性能。此外，提出了两种互补的强度校准方法。
2012-03-19 hep-ex physics.ins-det
Deconvolution of the energy loss function of the KATRIN experiment
KATRIN实验的目标是以0.2 eV/c^2的灵敏度（在90% C. L.）直接和独立于模型地测定中微子质量。通过测量氚β衰变谱的终点区域。该实验的主要组成部分是一个无窗口的气态氚源（WGTS），差分和低温泵浦部分和一个串联的前和主光谱仪，应用磁绝热准直与静电延迟电位的概念来分析β衰变电子的能量，并引导电子通过过滤器到一个分段的硅PIN探测器。这种实验的一个重要的系统不确定性是由于β衰变电子的能量损失的弹性和非弹性散射的氚分子内的源体积，改变测量光谱的形状。为了校正这些影响，需要对相应的能量损失函数进行独立测量。在这项工作中，我们描述了一种反卷积方法提取的能量损失函数的实验在不同的列密度的WGTS使用单能电子源的响应函数的测量。
2017-01-27 nucl-ex physics.ins-det
The KATRIN Neutrino Mass Experiment
卡尔斯鲁厄氚中微子实验（KATRIN）旨在测量氚β衰变产生的电子中微子的质量，其灵敏度达到了前所未有的0.2 eV/c^2，将目前的极限提高了一个数量级。衰变电子将来自一个10米长的无窗气态氚源。超导磁体引导电子通过差分和低温泵送部分到达静电串联光谱仪（MAC-E-filter），在那里将测量动能。该实验目前正在卡尔斯鲁厄研究中心进行，由120多名科学家组成的国际合作。最大的组件，1240 m^3的主光谱仪，于2006年底交付，并进行了首次调试测试。本演示介绍了实验的目标和技术挑战，并报告了第一个主要组件的调试进展情况。预计将于2012年开始第一次测量。
2008-10-18 hep-ex physics.ins-det
A mobile Magnetic Sensor Unit for the KATRIN Main Spectrometer
卡尔斯鲁厄氚中微子实验（KATRIN）的目标是利用氚衰变产生的b衰变电子，以前所未有的0.2 eV/c2的灵敏度测量电子中微子质量。为了控制KATRIN实验主谱仪区的磁场，在KATRIN主谱仪现场建造并测试了一个移动式磁传感器装置。该单元在沿着主光谱仪布置的低场整形线圈的支撑结构的内轨道上移动。该装置在履带式驱动器上传播，包含一个电动机，电池组，电路板电子设备，2个三轴磁通门传感器和2个倾斜传感器。在运行期间，所有相关数据都存储在船上，并在到达对接站后传输到主站。
2012-07-17 physics.ins-det
Wideband precision stabilization of the -18.6 kV retarding voltage for the KATRIN spectrometer
卡尔斯鲁厄氚中微子实验（KATRIN）以前所未有的0.2 eV（90% C.L.）的设计灵敏度测量有效电子反中微子质量。在这个实验中，用高精度的谱仪分析了氚衰变终点附近β电子的能谱。为了达到KATRIN灵敏度目标，该光谱仪的减速电压必须稳定到ppm水平，并且在各种时间尺度（$μs$长达数月）上是众所周知的，值约为-18.6 kV。定制设计的高压调节系统在大型光谱仪容器周围没有封闭的电屏蔽的情况下减轻了干扰源的影响。在这篇文章中，我们描述了调节系统及其集成到KATRIN设置。独立的监测方法证明稳定性在2 ppm以内，超过KATRIN的规格。
2022-04-28 hep-ex physics.ins-det
Forward Beam Monitor for the KATRIN experiment
\textit{KArlsruhe TRItium Neutrino}（KATRIN）实验旨在测量中微子质量，灵敏度为\SI{0.2}{\electronvolt}（\SI{90}{\percent} CL）。这将通过精确测量氚衰变的$\upbeta$电子谱的终点区域来实现。$\upbeta$ -电子在\textit{Windowless Gaseous Tritium Source}（WGTS）中产生，并被磁性引导通过束线。为了准确地提取中微子质量，要求源的活性是稳定的，并以高精度已知。因此，WGTS受到多个测量系统的持续广泛监测。\textit{Forward Beam Monitor}（FBM）就是这样一种监测系统。FBM系统包括一个复杂的机械装置，能够将探测器板插入KATRIN光束线，定位精度优于\SI{0.3}{\milli\metre}。该位置处的电子通量密度为\SI{e6}{\per\second\per\milli\metre\squared}的量级。探测器板包含两个\pin二极管类型的硅探测器芯片，其可以测量来自源的$\upbeta$ -电子通量，其精度为\SI{60}{\second}内的\SI{0.1}{\percent}，能量分辨率为FWHM $=$ \SI{2}{\kilo\electronvolt}。开发FBM的独特挑战来自其低温泵送部分内的指定操作环境…
2021-11-03 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
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
Precision high voltage divider for the KATRIN experiment
卡尔斯鲁厄氚中微子实验（KATRIN）旨在通过精确测量终点附近18.6 keV的氚β谱来确定电子反中微子的绝对质量，灵敏度为0.2 eV。KATRIN使用MAC-E滤波器型静电延迟光谱仪，这对监测高达35 kV的高压至关重要，其精度和长期稳定性在ppm水平。由于能够达到这种精度的设备尚未上市，因此根据德国联邦物理技术局（PTB）开发的用于高达100 kV直流电压的标准分压器的新概念，设计了一种用于高达35 kV直流电压的新型高压分压器。分压器的电气和机械设计，筛选程序的选择精密电阻器，并在PTB的调查和校准的结果报告在这里。在后者，在低ppm水平的不确定度已推导出新的分频器，从而使其有资格的KATRIN实验的精度测量。
2009-08-11 physics.ins-det
Background due to stored electrons following nuclear decays in the KATRIN spectrometers and its impact on the neutrino mass sensitivity
KATRIN实验的目的是测量中微子的绝对质量标度，在90%C. L时的灵敏度为200 meV。用高分辨率氚β光谱仪为了达到设计灵敏度，β衰减终点需要10 mHz的低背景电平。在本文中，我们讨论了一种新的背景源所产生的磁捕获keV电子的静电阻滞光谱仪。这些电子的主要来源是氡同位素（219，220）Rn的α衰变以及光谱仪中氚的β衰变。我们通过广泛的MC模拟表征了预期的背景信号，并研究了对KATRIN中微子质量灵敏度的影响。从这些结果中，我们完善的光谱仪真空系统的设计参数，并提出积极的背景减少方法，以满足严格的设计限制的整体背景率。
2012-04-27 physics.ins-det
The KATRIN Pre-Spectrometer at reduced Filter Energy
卡尔斯鲁厄氚中微子实验，KATRIN，将确定电子中微子的质量，灵敏度为0.2 eV（90% C. L.）。通过测量气态氚在其E_0 = 18.57keV的端点附近的β谱。达到这种灵敏度的要求之一是大约b = 10 mHz的超低背景。在KATRIN主光束线中，两个MAC-E滤波器类型的光谱仪以串联配置使用。然而，这种设置会产生可能导致背景增加的潘宁陷阱。我们已经进行了测试测量表明，前光谱仪的过滤器的能量可以减少几个千电子伏，以减少这个陷阱。这些测量分析的帮助下，一个复杂的计算机模拟，模拟多个电子反射从探测器和光电电子源在我们的测试设置。
2012-03-12 physics.ins-det
Electromagnetic design of the KATRIN large-volume air coil system
KATRIN实验旨在通过测量接近分子氚β衰变终点的电子能谱来确定绝对中微子质量标度，灵敏度为200 meV（90% CL）。来自高强度气态氚源的电子被几T的强磁场引导到主谱仪的分析平面，在那里在低场区域（B<0.5 mT）进行积分能量分析。通过该谱仪获得绝热电子输运的基本设计特征是围绕容器的大体积空气线圈系统。该系统有两个关键任务：调整和微调磁引导场（低场校正系统），以及补偿地球磁场的失真效应（地球磁场补偿系统）。在本文中，我们概述了这个非常大的空气线圈系统，它允许定义良好的电子传输和优化的背景减少在KATRIN主光谱仪的关键电磁设计问题。
2013-04-24 physics.ins-det
First operation of the KATRIN experiment with tritium
中微子质量的确定是当今天体粒子物理学的主要挑战之一。直接的中微子质量实验，完全基于β衰变的运动学，提供了一个很大程度上独立于模型的中微子质量尺度的探测器。卡尔斯鲁厄氚中微子（KATRIN）实验旨在直接测量有效电子反中微子质量，灵敏度为0.2 eV 90% CL。在这项工作中，我们报告了2018年发生的第一次使用氚的KATRIN操作。在氚循环系统的调试阶段，发现理论预测与记录的光谱非常吻合，并且可以建立超过13天的稳定条件。这些结果是2019年KATRIN后续中微子质量测量的必要前提。
2019-09-13 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
Validation of a model for Radon-induced background processes in electrostatic spectrometers
卡尔斯鲁厄氚中微子（KATRIN）实验以前所未有的精度研究接近终点的氚β衰变，对每秒小于10^（-2）计数的本底水平有严格的要求。在KATRIN的静电光谱仪中，Rn-219和Rn-220原子α衰变期间的电子发射是超过该极限的本底的严重来源。在本文中，我们比较了广泛的模拟Rn诱导的背景与特定的测量与KATRIN预光谱仪充分表征所观察到的Rn背景率和签名，并确定一般的Rn发射率从预光谱仪散装材料及其真空组件。
2013-04-04 physics.ins-det
Technical design and commissioning of the sensor net for fine meshed measuring of magnetic field at KATRIN Spectrometer
卡尔斯鲁厄氚中微子实验（KATRIN）旨在以前所未有的0.2 eV/c2（90% C.L.）的灵敏度测量绝对中微子质量尺度，使用来自氚衰变的β衰变电子。衰变电子的动能是使用具有磁绝热准直的静电积分主谱仪（MS）测量的，并且需要一定的磁场分布。为了控制MS区域中的磁场，开发并调试了两个移动磁场传感器单元网络。径向系统靠近MS的外表面操作，而垂直系统沿MS左右的垂直平面安装。传感器设置可以在细网格网格上采集数千个磁场样本，从而可以研究MS内部的磁场以及主光谱仪附近磁性材料的影响。
2018-07-30 physics.ins-det
Impact of ADC non-linearities on the sensitivity to sterile keV neutrinos with a KATRIN-like experiment
ADC的非线性是一个主要的系统效应，在寻找keV级的无菌中微子与氚$β$衰变实验，如KATRIN。它们可以显著地扭曲光谱形状，从而掩盖了无菌中微子的微小扭结状特征。在这项工作中，我们展示了各种缓解技术，以减少对氚$β$衰减光谱的影响，以$<$ ppm的水平的ADC非线性。使用全波形数字化的多像素（$\geq10^4$像素）检测器可获得最佳结果。在这种情况下，从ADC非线性的角度来看，可以获得$\sin^2 θ= 10^{-7}$量级的活性-无菌混合角。对于纯峰值检测ADC，通过高度线性ADC、充分的非线性校正或将像素数量增加到$\geq 10^5$，可以达到相当的灵敏度。
2016-08-10 hep-ph physics.ins-det
Precision measurement of the electron energy-loss function in tritium and deuterium gas for the KATRIN experiment
KATRIN实验的目的是通过高精度测量氚$β$ -衰变终点区域，直接和独立于模型地确定有效电子反中微子质量，对$m_ν$的灵敏度为0.2 $\,$ eV/c $^2$（90% CL）。为此目的，从一个高亮度无窗气态氚源穿过静电减速光谱仪的$β$ -电子进行计数，以获得一个积分光谱周围的端点能量为18.6 $\,$ keV。实验装置的响应的一个主要系统效应是$β$ -电子从源内的氚分子的弹性和非弹性散射的能量损失。我们确定了\linebreak能量损失函数原位与脉冲角选择性和单能光电子源在不同的氚源密度。数据记录在积分和微分模式，后者是通过使用一种新的飞行时间技术。我们开发了一个半经验参数化的能量损失函数的散射18.6 keV电子从氢同位素。该模型适用于在30 $\,$ K下使用95% T $_2$气体混合物的测量数据，如在第一次KATRIN中微子质量分析中使用的，以及在KATRIN调试运行中使用的纯度为96%的D $_2$气体混合物。能量损失函数的精确度使KATRIN中微子质量测量中的$σ(m_ν^2)<10^{-2}\,\mathrm{eV}^2$ [arXiv：2101.05253]的相应不确定性降低到次优势水平。
2021-05-14 hep-ex physics.ins-det
Stochastic Heating by ECR as a Novel Means of Background Reduction in the KATRIN Spectrometers
KATRIN实验的主要目标是探测绝对中微子质量标度，灵敏度为200 meV（90% C. L.）。通过精确的氚β衰变光谱学为了达到这个目的，在氚β衰变终点区域需要10 ^（-2）cps量级的低本底。用静电减速谱仪进行的测量表明，在谱仪的体积中由核衰变产生的电子被长时间储存，从而作为超过该极限的本底的主要来源。在本文中，我们提出了一种新的主动本底降低方法的基础上随机加热的存储电子的众所周知的过程中的电子回旋共振（ECR）。在KATRIN预光谱仪的测试测量中，ECR技术的原理证明是成功的，从而大大降低了背景速率。此外，我们已经进行了广泛的蒙特卡罗模拟，以揭示潜在的ECR技术，以消除所有被困的电子在主光谱仪的测量时间可以忽略不计的损失。这将使KATRIN实验充分发挥其物理潜力。
2012-07-13 physics.ins-det
The KATRIN Experiment: Status and Outlook
目前正在德国卡尔斯鲁厄建造的KATRIN实验将把以前实验室对中微子质量的限制提高十倍。KATRIN将使用一个高活性的气态T2源和一个非常高分辨率的光谱仪来测量氚衰变β谱的高能尾部的形状。形状测量也将对新物理学敏感，包括无菌中微子和洛伦兹破坏。本文总结了该实验的最新进展。
2013-07-19 hep-ex hep-ph physics.ins-det
A pulsed, mono-energetic and angular-selective UV photo-electron source for the commissioning of the KATRIN experiment
KATRIN实验的目标是以200 meV/c^2（90% C. L.）的灵敏度确定中微子质量尺度。通过精确测量氚$β$ -光谱在端点区域的形状。衰变电子的能量分析是通过MAC-E滤波谱仪实现的。为了确定KATRIN主谱仪的透射特性，研制了一种单能角选择电子源。在准备主光谱仪的第二次调试阶段时，在KATRIN监测光谱仪上进行了测量阶段，其中设备在MAC-E过滤器设置中运行以进行测试。这些测量的结果进行了比较，使用粒子跟踪软件“Kassiopeia”，这是在KATRIN合作开发的模拟在最近几年。
2017-03-15 nucl-ex physics.ins-det
Measurement of the gas-flow reduction factor of the KATRIN DPS2-F differential pumping section
KATRIN实验的第二前向差分泵送部分（DPS 2-F）的气体流量减少因子是使用专用的真空测量装置和DPS 2-F束管和测量装置的详细分子流模拟来确定的。在测量中，使用非放射性测试气体氘、氦、氖、氩和氪，输入气体流量由商业质量流量控制器提供，并且使用残余气体分析仪测量输出流量，以将其与除气背景区分开。对于质量为4的气体，在室温下用空束管测量的减少因子为1.8（4）E4，这与模拟值1.6E4非常一致。基于涡轮分子泵入口法兰处捕获因子的内插值，氚的模拟减少因子为2.5E4。相对于1 E5的设计值的差异是由于自初始设计以来射束管几何形状的修改，并且可以通过减小有效射束管直径来部分恢复。
2011-10-31 physics.flu-dyn physics.ins-det
Next generation KATRIN high precision voltage divider for voltages up to 65kV
KATRIN（KArlsruhe TRITIUM NEUTRino）实验旨在通过精确测量氚β衰变的电子光谱，以200 meV的灵敏度确定电子反中微子的质量。这将通过使用MAC-E过滤器类型的减速分光计来完成。为了达到所需的灵敏度，必须在至少两个月内以3 ppm的精度监测-18.6kV的阻滞电位的稳定性。由于这在商业设备中不可行，因此开发了两种ppm级高压分压器，遵循Physikalisch-Technische Bundesanstalt（PTB）的高达100 kV的直流电压标准分压器的概念。为了达到如此高的精度，必须考虑不同的影响。其中最重要的两个是电阻与温度的关系和由绝缘体或电晕放电引起的泄漏电流。对于第二分频器，在高精度电阻和分频器的热设计方面进行了改进。改进的电阻器是与制造商合作的结果。本文介绍了设计改进、电阻器的研究和选择、内置纹波探头以及PTB的校准情况。后者在两年内的稳定性约为0.1ppm/月。
2013-09-19 physics.ins-det
Neutrino mass sensitivity by MAC-E-Filter based time-of-flight spectroscopy with the example of KATRIN
卡尔斯鲁厄氚中微子（KATRIN）实验旨在测量中微子质量，置信限为90%（C.L.）。通过使用MAC-E-过滤器类型的积分分光计测量来自无窗气态分子氚源的氚$β$衰变谱的终点区域，灵敏度为0.2 eV/c $^2$。我们讨论的想法，使用的MAC-E-过滤器的飞行时间模式（MAC-E-TOF），其中中微子质量是由测量的电子飞行时间（TOF）光谱，取决于中微子质量。由于$β$电子被MAC-E-过滤器减慢到可分辨的速度，因此MAC-E-TOF光谱法在这里是非常灵敏的方法。它们的速度在很大程度上取决于它们在电阻滞电位之上的剩余能量。使用MAC-E-TOF，预期统计灵敏度增益。由于少量的延迟电位设置就足以完成完整的测量，与标准MAC-E滤波器模式中使用的约40种不同延迟电位相比，测量时间和统计功效都有所增加。用蒙特卡罗模拟确定了中微子质量平方的统计不确定度的改善，在忽略背景和时间不确定度的理想情况下，改善了5倍。此外，讨论了确定$β$电子的飞行时间的两种情况，其使用KATRIN检测器来创建停止信号和不同的方法来获得开始信号。这些包括以最小干扰检测通过的电子的“电子标记器”的假设情况和“选通滤波”的更现实情况，其中通过使光谱仪前的电势脉动来周期性地切断电子通量。
2013-11-20 hep-ex physics.ins-det
Ultra-stable implanted 83Rb/83mKr electron sources for the energy scale monitoring in the KATRIN experiment
KATRIN实验的目的是通过测量氚β衰变谱的端点区域，直接确定平均电子中微子质量，与模型无关。使用MAC-E过滤器类型的电子光谱仪，需要非常高的电过滤电位稳定性。本工作证明了注入~（83）Rb/~（83）mKr校准电子源的可行性，它将用于与KATRIN主谱仪共用高压的附加监测谱仪。该源采用由83 Rb连续产生的83 mKr的转换电子。K-32转换线（动能为17.8 keV，自然线宽为2.7 eV）显示满足KATRIN要求的+/-1.6 ppm/月的相对能量稳定性。这些源将作为标准工具，以亚ppm精度连续监测KATRIN的能量标度稳定性。它们也可以用于其他应用中，其中精确的转换线可以从由衬底中的电子非弹性散射引起的低能谱中分离出来。
2013-02-05 nucl-ex physics.ins-det
keV-Scale Sterile Neutrino Sensitivity Estimation with Time-Of-Flight Spectroscopy in KATRIN using Self-Consistent Approximate Monte Carlo
我们研究了卡尔斯鲁厄氚中微子实验（KATRIN）对keV级无菌中微子的敏感性，这是有希望的暗物质候选者。由于活性-无菌混合将导致氚$β$ -谱中的第二组分具有$\sin^2θ\lesssim 1\times10^{-6}$级的弱相对强度，因此需要额外的实验策略来提取该小签名并消除系统性。一种可能的策略是在另一种飞行时间（TOF）模式下运行实验，与积分标准模式相比，产生差分TOF光谱。为了从减少的样本量估计灵敏度，已经开发了一种新的分析方法，称为自洽近似蒙特卡罗（SCAMC）。模拟表明，理想的TOF模式将能够在一个$σ$处实现$\sin^2θ\sim 5\times10^{-9}$的统计灵敏度，从而将标准模式提高大约两倍。如果考虑额外的示例性系统，则这种相对益处显著增加。TOF模式与现有的硬件，所谓的门控滤波，一种可能的实施方式进行了调查，然而，这是在一个降低的平均信号速率的价格。
2018-02-13 hep-ex hep-ph 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
Can one measure the Cosmic Neutrino Background?
宇宙微波背景（CMB）提供了大爆炸（BB）后约38万年的宇宙信息。由于中微子与物质的弱相互作用，宇宙中微子背景（CNB）应该提供有关我们宇宙更早时间的信息，大约在大爆炸后一秒。也许最有希望的方法来“看到”宇宙中微子背景是捕获电子中微子从背景的氚，然后衰变成3 He和一个电子的能量的Q值= 18.562 keV加上电子中微子静止质量。正在筹备中的“卡尔斯鲁厄氚中微子”实验似乎是目前提出的测量电子反中微子质量的最灵敏的方法。同时KATRIN还可以通过反应来寻找：电子中微子（~1.95开尔文）+3 H--> 3 He + e-（能量Q = 18.6 keV +电子中微子质量）。宇宙背景中微子（CNB）的捕获在电子谱中应表现为一个由电子中微子静止质量大于Q的峰。这里的可能性看到的CNB与KATRIN研究。KATRIN目前似乎不可能检测到CNB。但是KATRIN应该能够确定CNB局部电子中微子密度的上限。
2016-02-10 hep-ph nucl-th physics.ins-det
A novel detector system for KATRIN to search for keV-scale sterile neutrinos
惰性中微子是粒子物理学标准模型的最小扩展。如果它们的质量在千电子伏特范围内，它们就是可能的暗物质候选者。在实验室实验中寻找无菌中微子的一种方法是通过氚β衰变，其中新的中微子质量本征态将表现为$β$衰变谱的扭结状扭曲。TRISTAN项目的目标是用一个新的多像素硅漂移探测器系统来扩展KATRIN装置，以寻找keV级的无菌中微子信号。在本文中，我们描述了这样一个新的探测器的要求，并提出了第一个表征测量结果与7像素的原型系统。
2018-10-15 physics.ins-det
Prototype of an angular-selective photoelectron calibration source for the KATRIN experiment
KATRIN实验所采用的基于氚β衰变运动学的直接中微子质量测定方法，利用了一台带有磁绝热准直的大型高分辨率静电谱仪。为了达到0.2 eV/c^2中微子质量的灵敏度，必须详细了解电子谱仪的电磁特性，这需要使用专用电子源进行全面的校准测量。在本文中，我们报告了一个原型的光电子源提供了一个窄的能量扩展和角度选择性。两者都是光谱仪表征的关键属性。通过施加非平行的强电场和磁场来实现角度选择性：光电子在产生后立即被强电场快速且非绝热地加速，然后绝热磁引导接管。
2010-11-29 physics.ins-det
Sensitivity of Next-Generation Tritium Beta-Decay Experiments for keV-Scale Sterile Neutrinos
我们研究了氚$β$衰变实验对keV级无菌中微子的灵敏度。在keV质量范围内的残余无菌中微子可以对宇宙的冷和热暗物质含量做出贡献。这项工作表明，一个大规模的氚β衰变实验，类似于正在建设中的KATRIN实验，可以达到$\sin^2θ\sim 10^{-8}$的活性-无菌中微子混合的统计灵敏度。研究了氚$β$ -衰变谱的已知理论修正中的不确定性对灵敏度的影响，发现不影响灵敏度。它表明，控制不相关的系统效应将是在这样的实验中的主要挑战之一。
2014-12-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Development of a Silicon Drift Detector Array to Search for keV-scale Sterile Neutrinos with the KATRIN Experiment
为通过KATRIN实验高灵敏度搜寻keV量级暗物质候选惰性中微子，研究人员研制了新型TRISTAN多像素硅漂移探测器焦平面阵列，并测试了其单模块的噪声、能量分辨率等光谱学性能。
2024-01-25 physics.ins-det
Focal-plane detector system for the KATRIN experiment
用于卡尔斯鲁厄氚中微子（KATRIN）实验的焦平面探测器系统包括一个多像素硅p-i-n二极管阵列，定制读出电子设备，两个超导螺线管磁体，超高真空系统，高真空系统，校准和监测设备，一个闪烁否决器和一个定制数据采集系统。它被设计用来探测KATRIN主谱仪选择的低能电子。我们描述了该系统，并总结了其最终安装后的性能。
2015-01-28 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
First transmission of electrons and ions through the KATRIN beamline
卡尔斯鲁厄氚中微子实验（英语：Karlsruhe Tritium Neutrino，KATRIN）是一项大规模的实验，通过精确测量氚β衰变的终点光谱，以0.2 eV的灵敏度（90%置信水平）探测绝对中微子质量尺度。这项工作记录了KATRIN调试的几个里程碑：实验束线的完整组装，电子从三个源通过束线成功传输到主探测器，以及离子传输和保留测试。在2016年秋季的First Light调试活动中，光电子在后壁产生，离子由连接到后部的专用离子源产生; 2017年7月，气态Kr-83 m注入KATRIN源部分，并在运输部分部署了冷凝Kr-83 m源。在本文中，我们描述的技术细节的设备和配置为每个测量，并给出第一个结果的源和系统的性能。我们已经成功地实现了从所有四个源的传输，建立了系统的稳定性，并表征了设备的许多方面。
2018-07-08 nucl-ex physics.ins-det
An angular-selective electron source for the KATRIN experiment
KATRIN实验将以0.2 eV/c2的灵敏度寻找电子反中微子的平均质量。它使用MAC-E滤光片型延迟谱仪精确测量氚β衰变终点的电子谱形状。为了达到计划的灵敏度，光谱仪的透射特性必须在所有初始条件下都得到高精度的理解。为此目的，已经开发了以可调节的总能量和可调节的发射角发射单电子的电子源。发射是点状的，并且可以穿过成像到检测器上的全通量管移动。在这里，我们证明了这种新型的电子源可以用来详细研究MAC-E过滤器的传输特性。
2014-11-01 hep-ex physics.ins-det
Muon-induced background in the KATRIN main spectrometer
卡尔斯鲁厄氚中微子（KATRIN）实验的目标是以0.2 eV/c $^{2}$的灵敏度对有效电子反中微子质量进行模型无关的测定。它调查的$β$ -粒子的运动学从氚$β$ -衰变接近能谱的端点。由于KATRIN主光谱仪（MS）位于地面之上，因此μ子诱导的背景特别令人关注。符合测量与MS和基于闪烁器的μ子探测器系统证实了二次电子生产模型的宇宙射线μ子内部的MS.相关测量与相同的设置表明，约$12\%$的次级电子从内表面发射的诱导宇宙射线μ子，约有一个次级电子产生的每17 μ子交叉。然而，MS的磁屏蔽和静电屏蔽能够有效地抑制这些电子，并且我们发现μ子对总体MS背景的小于$17\%$（$90\%$置信水平）负责。
2018-12-13 nucl-ex physics.ins-det
The KATRIN Superconducting Magnets: Overview and First Performance Results
KATRIN实验的目标是以前所未有的亚电子伏特灵敏度确定氚β衰变的有效电子反中微子质量。强磁场设计为高达6 T，在191 Tcm $^2$的磁通量内将$β$ -电子从源引导到检测器。10个单螺线管磁体和两个更大的超导磁体系统的链已被设计，建造，并安装在70米长的KATRIN束线。根据沿束线的磁通量密度，磁通量的束直径在0.064 μ m至9 μ m之间变化。两个传输和氚抽运部分组装有回旋束管，以避免气态氚分子直接进入下一个束段的“视线”分子聚束效应。精密的电子束校准已成功地由电子源交叉检查。此外，还开发了磁体安全系统，以保护复杂的磁体系统免受线圈失超或其他系统故障的影响。磁铁安全系统的主要功能已通过两个大型磁铁系统的成功测试。整个磁体链在设计磁场的70 $\%$下运行数周，用于放射性氪气的首次测试测量。源磁体的磁场稳定性已被证明在70 $\%$的设计磁场下优于每月0.01 $\%$。本文概述了KATRIN超导磁体，并报告了磁体的首次性能结果。
2018-06-22 physics.ins-det
Technical design and commissioning of the KATRIN large-volume air coil system
KATRIN实验是下一代直接中微子质量实验，灵敏度为0.2 eV（90% C. L.）电子中微子的有效质量。它使用基于MAC-E过滤技术的光谱仪测量氚$β$ -衰变光谱接近其终点。$β$ -衰变电子由一个磁场引导，该磁场在质谱仪中心体积的mT范围内工作;它由围绕质谱仪容器的大体积空气线圈系统进行微调。该系统的目的是为信号电子提供最佳的传输特性，并实现对背景的有效磁屏蔽。在本文中，我们描述了空气盘管系统的技术设计，包括其机械和电气性能。我们概述了其多功能的操作模式在背景调查和抑制技术的重要性。我们比较磁场测量的内部光谱仪体积在系统调试与相应的模拟，它允许验证系统的功能，微调的磁场配置。这对于在KATRIN成功地进行中微子质量测量具有重要意义。
2017-12-04 physics.ins-det
High-resolution spectroscopy of gaseous $^\mathrm{83m}$Kr conversion electrons with the KATRIN experiment
在这项工作中，我们提出了第一次光谱测量转换电子的衰变的亚稳态气态$^\mathrm{83m}$ Kr与卡尔斯鲁厄氚中微子（KATRIN）的实验。在这次校准测量中获得的结果代表了即将到来的KATRIN直接中微子质量测量的一个重要里程碑。成功的活动展示了完整的KATRIN光束线的功能。KATRIN主谱仪具有约1 eV的出色能量分辨率，因此能够以约1%的前所未有的精度确定K-32和L $_3$-32转换电子的窄线宽。
2019-03-18 nucl-ex physics.ins-det
A thermionic electron gun to characterize silicon drift detectors with electrons
本文开发了基于热离子发射的定制电子枪，用于在安装前以单能电子表征KATRIN实验中TRISTAN硅漂移探测器，概述了其设计、调试及首次测量结果。
2024-06-05 physics.ins-det
KATRIN: Status and Prospects for the Neutrino Mass and Beyond
本文介绍KATRIN实验的当前运行状态、测量中微子质量及超出标准模型新物理的研究前景，以及可提升其灵敏度的研发项目，该实验目标是高精度探测中微子绝对质量标度。
2023-06-16 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
Analysis methods for the first KATRIN neutrino-mass measurement
我们报告的数据集，数据处理，和详细的分析技术的第一中微子质量测量的卡尔斯鲁厄氚中微子（KATRIN）实验，探测绝对中微子质量尺度通过$β$衰变运动学的氚分子。源是高纯度的低温T $_2$气体。将$β$电子沿着磁场线引导至高分辨率的积分光谱仪进行能量分析。硅探测器对高于光谱仪能量阈值的$β$电子进行计数，因此对阈值的扫描产生对高能光谱尾部的精确测量。经过详细的理论研究，模拟和调试测量，从分子的最终状态分布到源中的非弹性散射到电磁场的微妙之处，我们的独立，盲分析使我们能够在90%的置信水平下将中微子质量标度的上限设定为1.1 eV。这第一个结果，基于几个星期的运行在一个降低的源强度和统计不确定性占主导地位，提高了近一个因素的两个先前的限制。这一结果为未来的KATRIN测量建立了一个分析框架，并为粒子理论和宇宙学提供了重要的输入。
2021-05-12 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
Characterization measurements of the TRISTAN multi-pixel silicon drift detector
惰性中微子是粒子物理学标准模型的最小扩展。一种基于实验室的方法来寻找这种粒子是通过氚β衰变，其中无菌中微子会导致类似扭结的光谱失真。Karlsruhe氚中微子（KATRIN）实验扩展了多像素硅漂移探测器系统，有可能在实验室实验中对keV级无菌中微子达到前所未有的灵敏度。新的检测器系统结合了良好的光谱性能与高速率的能力。在这项工作中，我们报告像素之间的电荷共享的表征和MAC-E过滤器中的47像素原型检测器的调试。
2022-03-22 physics.ins-det
Forecasting Source Stability in Scientific Experiments using Temporal Learning Models: A Case Study from Tritium Monitoring
Institute for Data Processing（数据处理研究所）；Schmalkalden University of Applied Sciences（施马尔卡尔登应用科学大学）；Technical University Munich（慕尼黑技术大学）；Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）
本文利用深度学习模型预测氚源稳定性，解决传统方法在稀疏不稳定事件和长预测周期中的不足，通过N-BEATS模型优化大规模物理实验。
2026-05-02 cs.AI cs.LG physics.ins-det
An improved upper limit on the neutrino mass from a direct kinematic method by KATRIN
我们报告了2019年春季卡尔斯鲁厄氚中微子实验KATRIN的第一个为期四周的科学运行的中微子质量测量结果。来自高纯度气态分子氚源的β衰变电子通过高分辨率MAC-E过滤器进行能量分析。在18.57 keV的运动学端点附近的一个窄区间内，积分电子谱的拟合给出了$(-1.0^{+0.9}_{-1.1})$ eV $^2$的有效中微子质量平方值。由此，我们得出中微子绝对质量标度的上限为1.1 eV（90 $\%$置信水平）。该值与KATRIN灵敏度一致。它改善了以前的质量限制，从运动学测量的几乎一个因素的两个，并提供了模型独立的输入结构形成的宇宙学研究。
2019-09-13 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
Suppression of Penning discharges between the KATRIN spectrometers
卡尔斯鲁厄氚中微子实验（KATRIN）的目的是确定有效电子（反）中微子质量，灵敏度为$0.2\textrm{ eV/c}^2$（90 $\%$ C. L.）通过精确测量氚$β$ -衰变谱的终点区域。它使用串联的静电光谱仪作为MAC-E（磁绝热准直结合静电）过滤器。在前光谱仪和主光谱仪之间的空间中，当两个光谱仪之间的超导磁体被激励时，不可避免地产生了潘宁陷阱，该超导磁体被偏置在它们各自的标称电位处。在这个陷阱中积累的电子会导致放电，这会产生额外的背景电子，并危及下游的光谱仪和检测器部分。为了解决这个问题，“电子捕获器”被安装在两个光谱仪之间的磁铁孔内的光束线上。这些捕获器可以移动穿过磁通量管，并沿着它们的磁控管运动路径在亚毫秒的时间尺度上拦截所存储的电子。在本文中，我们报告的设计和成功调试的电子捕获器和目前的结果，他们的效率，减少实验背景。
2020-09-17 physics.ins-det
KATRIN Sensitivity to keV Sterile Neutrinos with the TRISTAN Detector Upgrade
University of North Carolina, Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）；Triangle Universities Nuclear Laboratory（三角大学核实验室）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Münster（明斯特大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) – Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰-比科卡分部）
KATRIN 通过 TRISTAN 检测器升级，利用 Tritium β 衰变谱端点区域，研究 keV 稳态中微子的混合幅，其灵敏度可达 |U_{e4}|^2 ~ 10^{-6}，并显著扩展实验室搜索范围。
2026-04-15 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
