Cosmogenic-neutron activation of TeO2 and implications for neutrinoless double-beta decay experiments
用中子束测量了天然碲的宇宙成因中子活化的通量平均截面，中子束包含动能高达$\sim$ 800 MeV的中子，其能谱与海平面宇宙射线中子的能谱相似。对产生的放射性同位素的分析表明，在寻找130 Te的无中微子双β衰变的实验中，110 mAg将是宇宙起源激活背景的主要贡献者，如CUORE和SNO+。CUORE实验中的宇宙起源激活背景的估计已经获得使用这种测量和横截面测量碲的质子激活的结果。此外，测量的截面在这项工作中也从半经验的截面计算结果进行了比较。
2015-03-06 nucl-ex physics.ins-det
Cosmogenic Activation of Germanium Used for Tonne-Scale Rare Event Search Experiments
我们报告了一个全面的研究宇宙成因激活锗用于吨级罕见事件搜索实验。对于给定的宇宙μ子、中子和质子能谱，使用Geant 4模拟了有和没有屏蔽容器的地球表面锗暴露于宇宙射线的情况。分别得到了不同来源的各种放射性同位素的产率。我们发现，快中子引起的相互作用主导的宇宙成因激活的生产率。基于Geant4的模拟结果与ACTIVIA的计算和现有的实验数据进行了比较。Geant4模拟和几个实验数据集之间的合理协议。我们预测，锗的宇宙成因活化可以限制下一代吨级实验的灵敏度。
2017-10-21 nucl-ex physics.ins-det
Cosmogenic activation in double beta decay experiments
双β衰变是一种非常罕见的核过程，因此，旨在探测它的实验必须在地下深处和超低本底条件下进行。材料先前在地球表面或甚至地下暴露于宇宙射线而产生的长寿命放射性同位素对于所需的灵敏度来说可能是有问题的。在这里，开发的研究，以量化和减少在这些实验的设置中使用的探测器和材料的活化产率将进行审查，考虑目标材料，如锗，碲和氙与其他常用的，如铜，铅，不锈钢或氩。对于相关的放射性同位素，将考虑采用非常不同的方法进行计算，并从使用射束或直接使用宇宙射线的辐照实验中进行测量。还将分析基于不同类型探测器的当前和未来双β衰变计划中宇宙起源激活的影响。
2020-10-21 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Cosmogenic activation in detector materials at shallow depths
South Dakota School of Mines and Technology（南达科他矿业理工学院）；University of South Dakota（南达科他大学）；Southern Methodist University（南方卫理公会大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
研究探测材料在浅层处的宇宙射线激活问题，分析浅层处多种物理过程对激活的影响，计算Ge、Si和Cu中氚和钴-60的生成，并提供抑制因子和浅层地点的激活数据。
2026-05-15 physics.comp-ph physics.ins-det
Cosmogenic activation of materials
寻找罕见事件的实验，如直接探测暗物质粒子、中微子相互作用或核双β衰变，都是在地下深处进行的，以抑制宇宙射线的影响。但是，当需要超低本底条件时，由于先前暴露于宇宙射线而在材料中产生放射性同位素是一种危险。在这方面，宇宙核子产生长寿命产物的研究已用于许多探测器介质和其他常用材料。在这里，将总结在地球表面上的活化产率的量化所获得的主要结果，同时考虑到测量和计算遵循不同的方法。同位素生产截面和宇宙射线光谱是两个主要成分时，计算这种宇宙成因的激活;不同的替代方案，实现他们将进行讨论。激活，可以发生在地下深处，主要是由于宇宙μ子也将简要评论。目前，放射性同位素宇宙成因生产的实验结果很少，在许多情况下，不同计算之间的差异是重要的，但对这种背景源的兴趣越来越大，它变得越来越相关，可能有助于改变这种情况。
2017-08-24 astro-ph.HE hep-ex nucl-ex
Cosmogenic activation of a natural tellurium target
~（130）Te是寻找无中微子双β衰变的候选者之一。目前计划用于两项实验：CUORE和SNO+。在CUORE实验中，将使用在低温下冷却的TeO 2晶体。在SNO+实验中，natTe将在液体闪烁体体积中部署高达0.3%的负载。所搜索的信号的可能背景是由靶材料上的宇宙成因中子和质子散射反应产生的高Q值、长寿命同位素。Q值大于2 MeV、T1/2 >20天的18种同位素被确定为潜在的本底。此外，低Q值、高速率同位素由于堆积效应可能是有问题的，特别是在基于液体闪烁体的检测器中。生产率已计算使用ACTIVIA程序，TENDL库，和宇宙成因的中子和质子通量参数化在海平面从阿姆斯特朗和Gehrels的长寿命和短寿命的同位素。所得的截面值与现有的实验数据和计算进行了比较。结果已应用于海平面SNO ~+暴露一年的实验。考虑了两种可能的情况：地下深处两年的冷却期，或地面上的第一次净化和地下深处6个月的冷却期。已考虑在SNOLAB位置进行深层地下激活。
2014-11-21 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Study of cosmogenic activation above ground of Ar for DarkSide-20k
针对DarkSide-20k实验，研究氩在地面受宇宙射线照射产生的长寿命放射性同位素，推导了包括39Ar在内的同位素活性和探测器预期计数率。
2024-02-04 astro-ph.IM physics.ins-det
Study of cosmogenic activation above ground for the DarkSide-20k experiment
针对暗物质直接探测实验DarkSide-20k的地面宇宙射线活化本底问题，估算相关长寿命放射性同位素活度，验证铜、不锈钢活化及UAr中39Ar等同位素活度均在可接受范围内，为实验筹备提供依据。
2023-06-25 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Measurement of the cosmogenic activation of germanium detectors in EDELWEISS-III
我们提出了一个测量的宇宙起源激活的锗低温探测器的EDELWEISS III直接暗物质搜索实验。探测器在地面以上不同暴露于宇宙射线的情况下测量到的衰变率被转换成不同同位素的产生率。以核/kg/天为单位，测得的$^3$ H的生产率为82 $\pm$ 21，$^{49}$ V为2.8 $\pm$ 0.6，$^{55}$ Fe为4.6 $\pm$ 0.7，$^{65}$ Zn为106 $\pm$ 13。这些结果对于这些同位素是最准确的。还提出了$^{68}$ Ge生产率的下限为74个核/kg/天。他们进行了比较，目前在文献中的模型预测和估计计算的ACTIVIA代码。
2016-07-15 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
Cosmogenic activation of silicon
通过宇宙射线粒子与硅的相互作用产生的$^{3}$ H、$^{7}$ Be和$^{22}$ Na会在用于搜寻稀有事件的探测器中产生放射性背景。通过用模拟宇宙射线中子谱的中子束对硅CCD和晶片进行受控辐照，然后进行直接计数，我们确定了海平面上宇宙射线中子的产生率，对于$^{3}$ H为（$112 \pm 24$）原子/（kg天），对于$^{7}$ Be为（$8.1 \pm 1.9 $）原子/（kg天），对于$^{22}$ Na为（$43.0 \pm 7.1 $）原子/（kg天）。补充这些结果与目前最好的估计激活截面的宇宙射线粒子以外的中子，我们得到的总海平面宇宙射线产生率（$124 \pm 24$）原子/（千克天）的$^{3}$ H，（$9.4 \pm 2.0 $）原子/（千克天）的$^{7}$ Be，（$49.6 \pm 7.3 $）原子/（千克天）的$^{22}$钠。这些测量将有助于限制背景估计，并确定在宇宙背景影响下一代稀有事件搜索的灵敏度之前，硅基探测器在探测器制造期间可以保持未屏蔽的最长时间。
2020-11-22 astro-ph.CO nucl-ex physics.ins-det
XENON1T observes tritium
XENON1T最近报告了过量的低能电子反冲事件，这可能归因于新物理学或氚的放射性衰变。很可能氢不能被探测器中部署的热锆吸气剂有效地去除。地下氙的宇宙成因激活被认为是不足以描述所观察到的过量，虽然气体扩散出探测器材料从表面上的宇宙成因激活可能作出贡献。XENON1T和其他液体诺贝尔气体探测器的气体净化系统的操作变化既可以证实氚假设，也可以将其从探测器中去除。
2020-06-25 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Some considerations about cosmogenic production of radioactive isotopes in Ar as target for the next neutrino experiments
LAr TPC技术的概念是一种优秀的跟踪量热计探测器，将用于下一代中微子实验。在这类探测器中，发射的闪烁光和电离产生的电荷都用于探测和识别初级粒子的特性。放射性背景的减少、对放射性来源和产生机制的了解以及信号特征的增加，提高了大型探测器的灵敏度以及区分与探测器相互作用的各种粒子的能力。在这种情况下，背景的宇宙起源或不同物质的激活变得更加重要。以μ子俘获和中子诱发反应为背景源，讨论了Ar中宇宙成因反应诱发的放射性。所考虑的核反应的模拟截面得到使用TMENS和EMPIRE代码，突出这些核代码的结果之间的相似性和差异，并与现有的一些实验数据的一致性水平。
2017-12-12 physics.ins-det
Mitigation of Backgrounds from Cosmogenic $^{137}$Xe in Xenon Gas Experiments using $^{3}$He Neutron Capture
\Xe{136}被用作许多寻找\bbnonu的实验的目标介质。尽管在地下运行，到达实验室的宇宙μ子可以产生导致探测器材料激活的散中子。一个使用μ子标记难以否决的潜在背景是由\Xe{136}上的中子捕获产生的\Xe{137}形式。该同位素通过β衰变衰变，半衰期为3.8分钟，\Qb为$\sim$ 4.16 MeV。这项工作提出并探讨了添加一个小百分比的\He{3}氙作为一种手段，以捕获热中子，并减少在探测器体积激活的数量的概念。当使用这种技术时，我们发现在地下实验室的任何深度进行的吨级和多吨级高压气体氙无中子双β衰变实验中，来自\Xe{137}活化的污染可以降低到可以忽略的水平。
2020-05-27 hep-ex physics.ins-det
Production and relevance of cosmogenic radionuclides in NaI(Tl) crystals
材料中长寿命放射性同位素的宇宙成因生产对要求超低本底条件的实验是一种危险。虽然NaI（Tl）的活化剂已经在这方面使用了很长时间，但很少有活化数据。我们目前的结果，从两个12.5公斤碘化钠（铊）探测器，开发的ANAIS项目内，安装在Canfranc地下实验室。数据采集的迅速启动使得对半衰期大于10天的某些I、Te和Na同位素的生产进行可靠的量化成为可能。对地下的初始活动进行了测量，然后根据探测器的历史对海平面的生产率进行了估计;还将这些生产率与使用海平面典型宇宙中子通量和选定的激发函数说明进行的计算进行了比较。在探测器背景模型中包括来自所确定的宇宙成因产物的贡献之后，我们发现晶体本体中3 H的存在将有助于更好地拟合我们的背景模型和实验数据。我们已经分析了宇宙成因生产的3 H在碘化钠，虽然还没有尝试精确的量化，我们可以得出结论，它可能意味着一个非常相关的贡献，总背景低于15千电子伏的碘化钠探测器。
2015-05-22 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Subsurface cosmogenic and radiogenic production of ^{42}Ar
本研究估算地下天然放射性与μ子诱导核反应产生⁴²Ar的速率，发现3000 mwe深度其活度低于每年每吨氩气2次衰变，为低本底液氩实验提供依据。
2023-09-28 physics.ins-det
Cosmogenic production of tritium in dark matter detectors
直接探测暗物质粒子需要能量低于几十keV的超低背景条件。放射性同位素是通过探测器和其他材料中的宇宙成因活化产生的，这些同位素构成必须加以控制的背景源。特别是，氚是特别相关的，因为它的衰变特性（非常低的端点能量和长半衰期）时，在检测器介质中诱导，因为它可以在任何材料中产生的spiritual产品。宇宙成因的氚生产的量化并不简单，无论是实验还是计算。在这项工作中，已经开发出一种计算海平面上的生产率的方法，并将其应用于通常用作暗物质探测器目标的某些材料（锗、碘化钠、氩和氖）;它是基于对宇宙核子整个能量范围内氚生产截面的选定描述。结果进行了比较，在文献中的可用数据，无论是基于其他计算或从测量。所获得的氚生产率，在海平面每天每公斤几十到几百个核，表明对暗物质实验中的背景有显著贡献，需要应用特定的协议进行目标材料纯化，材料储存在地下，并在建筑过程中限制探测器在地面上的时间，以尽量减少对最危险的环境的暴露。宇宙射线成分
2017-11-24 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Signatures of muonic activation in the Majorana Demonstrator
实验寻找非常罕见的过程，如无中微子双β衰变，需要详细了解所有的背景来源。来自建筑和探测器材料中存在的放射性杂质的信号可以使用许多众所周知的技术来抑制。通过在地下深处进行实验，可以减少来自原位宇宙成因相互作用的背景。然而，下一代此类实验具有10 $^{28}$年半衰期的前所未有的灵敏度目标，在感兴趣区域中背景速率为10 $^{-5}$ cts/（keV kg yr）。为了实现这些目标，必须很好地理解剩余的宇宙起源背景。在这里介绍的工作中，Majorana Demonstrator数据用于搜索亚稳锗同位素的衰变特征。使用模拟来估计对感兴趣区域的能量和时间的贡献，并与演示器数据进行比较。相关的时间延迟信号用于识别锗探测器中产生的同位素的衰变特征。预期和测量速率之间的一个很好的协议，发现和不同的模拟框架被用来估计的预测的不确定性。模拟活动，然后扩展到表征背景的LEGEND实验，提出吨级的努力寻找中微子双β衰变$^{76}$锗。
2021-10-27 nucl-ex physics.ins-det
Effects of 3D printed capsule material on activation thin foil irradiation and counting for fusion neutron yield measurements
Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；Commonwealth Fusion System（联邦聚变系统）；Coastal Carolina University（沿海卡罗来纳大学）
本文研究了三维打印胶囊材料对激活箔辐射和计数在融合中子产额测量中的影响，发现铝和铜箔适用于多箔配置，三维打印胶囊减少计数但影响较小，镧基探测器可作为高纯度锗谱仪的替代品。
2026-03-05 physics.ins-det physics.plasm-ph
Development of cryogenic low background detector based on enriched zinc molybdate crystal scintillators to search for neutrinoless double beta decay of $^{100}$Mo
首次采用低热梯度直拉技术制备了质量为0.3 kg的ZnMoO $_4$晶体以及富含同位素$^{100}$ Mo的Zn $^{100}$ MoO $_4$晶体。研究了所产生晶体的光学和发光性质，以评估晶体生长质量的进展。在法国核科学和材料科学中心的地面上进行了313 g ZnMoO $_4$和两个富Zn $^{100}$ MoO $_4$晶体的低温试验。低背景测量与三个ZnMoO $_4$和两个丰富的探测器安装在EDELWEISS设置在Alternatoire Souterrain de Modane进行。为了优化ZnMoO $_4$闪烁测辐射热计中的光收集，我们使用GEANT 4软件包通过蒙特卡罗方法模拟了不同几何形状的探测器模块中闪烁光子的收集。模拟了不同形状和质量的富集Zn $^{100}$ MoO $_4$探测器对$^{100}$ Mo的2 $ν$ 2 $β$衰变的响应，以了解2 $ν$ 2 $β$衰变光谱对晶体形状的依赖性。我们已经模拟了48 Zn $^{100}$ MoO $_4$晶体，尺寸为100 - 60 $\times$ 40 mm，安装在EDELWEISS低温恒温器中。模拟了晶体内部放射性污染、宇宙源活化和装置放射性污染对本底的贡献。考虑到低温测辐射热计的时间分辨率差，我们还研究了在Q $_{2β}$能量处信号的随机符合对本底的贡献，特别是2 $ν$ 2 $β$衰…
2015-07-16 nucl-ex physics.ins-det
HEROICA: an Underground Facility for the Fast Screening of Germanium Detectors
位于比利时摩尔的HADES地下研究实验室设计并建造了一个表征锗探测器的基础设施。由于223米的粘土和沙子覆盖层，μ子通量降低了四个数量级。这种天然屏蔽使放射性纯锗材料暴露于宇宙辐射的程度最小化，从而显著抑制锗探测器中的宇宙源激活。该项目的主要动力是为GERDA实验专门生产锗探测器。GERDA目前正在INFN的Gran Sasso国家实验室收集数据，正在寻找76 Ge的无中微子双β衰变。在不久的将来，GERDA将通过增加新的宽能锗（BEGe）探测器来增加其质量和灵敏度。BEGe探测器的生产是在距离地下试验场约30公里的Olen（比利时）的堪培拉完成的。因此，HADES既可用于二极管生产过程中晶体的过夜储存，也可用于表征测量。2012年初，制造商交付了首批七台原型探测器，并在其上建立和测试了完整的质量控制链。筛选能力表明，安装的设置实现了对二极管的快速和完整的测量，它可以被看作是一个通用的测试设施，用于快速筛选高纯锗探测器。这些结果对于未来锗二极管的大规模生产和表征链具有重要意义，预计下一代76 Ge的1吨双β衰变实验可能会用到锗二极管。
2013-02-18 nucl-ex physics.ins-det
Performance of the EDELWEISS-III experiment for direct dark matter searches
我们提出的测量结果表明，EDELWEISS-III阵列的低温锗探测器直接暗物质搜索的效率。描述了实验装置和FID（全数字化）检测器阵列，以及背景抑制中热和电离信号的双重测量的效率。对于用于符合研究的整套24个FID探测器，基准电离能的基线分辨率主要低于0.7 keV $_{ee}$（FHWM），而热能的基线分辨率主要低于1.5 keV $_{ee}$（FWHM）。用AmBe源测量了FID设计对核反冲的响应以及很好的鉴别能力。在90% C. L.下，每个$α$的$R_{\rm surf} < 4 \times 10^{-5}$的表面$β$ -和$α$ -衰减抑制能力。已经用$^{210}$ Pb源测定，已经用$^{133}$ Ba源的$γ$ -校准证明了本体$γ$ -射线事件的拒绝，导致$R_{γ{\rm -mis-fid}} < 2.5 \times 10^{-6}$值在90% C.L.。在探测器阵列中测量的天然放射性的当前水平显示为单个$γ$背景的比率。FID检测器的基准体积分数已被测量到使用$^{65}$ Zn和$^{68,71}$ Ge同位素的宇宙成因活化的加权平均值为$(74.6 \pm 0.4)\%$。文中还讨论了探测器响应的稳定性和均匀性。因此，升级后的EDELWEISS-III探测器的分辨率、阈值和背景水平非常适合在大质量范围内直接搜索WIMP暗物质。
2017-06-04 astro-ph.IM physics.ins-det
