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
Characterization of large area photomultiplier ETL 9357FLB for liquid argon detector
中国暗物质实验(CDEX)合作组将用锗探测器直接搜寻弱相互作用的大质量粒子。液态氩将用作反康普顿和锗探测器的冷却材料。将使用浸没在液态氩中的低背景和大面积光电倍增管(PMT)来读出来自氩的光信号。在本文中,我们进行了仔细的评价PMT在室温和低温下工作的性能。基于单光电子响应模型,测量了光电倍增管的绝对增益和分辨率。这为CDEX实验中PMT的选择、标定和信号分析奠定了基础。
2013-12-09 hep-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
Development of a new Front End electronics in Silicon and Silicon-Germanium technology for the Resistive Plate Chamber detector for high rate experiments
电阻板室(RPC)探测器的升级是为了提高探测器的速率能力并能够在高速率环境中有效地工作,包括降低工作电压以及检测几百μV小的信号。该项目为实现这一目标而选择的方法是开发一种新型的前端电子器件,由于硅和硅锗的混合技术,提高了探测器的性能,提高了其速率能力。该前端由一种内部噪声极低(1000 $e^{-}$ rms)、放大系数为0.3-0.4 mV/fC的硅BJT工艺中的双极晶体管和一种最小阈值为0.5 mV的新型SiGe异质结工艺中的双极晶体管组成。将展示这种前端的性能。通过使用CERN H8光束线获得的结果,该光束线具有1 mm气隙和1.2 mm厚度的电极的全尺寸RPC室,该室配备有这种前端电子设备。
2018-06-11 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
Development of a neutrino detector capable of operating in space
运行靠近太阳的中微子探测器的$ν$ SOL实验正在建造一个绕地球运行的小型测试探测器,以在太空中测试这一概念。这种探测器的概念是提供一种新的方法来探测太空中未屏蔽的中微子。镓原子核的双延迟符合,具有大的太阳中微子相互作用截面,发射转换电子并将原子核转换为锗的激发态,其以众所周知的能量和半衰期衰变。这种独特的特征允许探测器体积在空间中大部分不受屏蔽地操作,具有来自伽马和宇宙射线事件的高单粒子计数率。测试探测器概念已经在实验室中进行了研究,计划在地球轨道上运行一年,计划于2024年底发射。它将被一个积极的否决权所包围,屏蔽将在绕地球的极地轨道上运行,以验证探测器的概念,并研究详细的背景光谱,这些光谱可以伪造随机银河宇宙射线或伽马射线的双重时间和能量特征。这一新技术开发的成功将允许设计一个更大的航天器,其任务是飞近太阳,这对美国航天局空间科学任务理事会太阳物理司的主要科学任务具有重要意义,该任务是通过测量太阳聚变核的细节来更好地了解太阳。
2022-06-24 hep-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
Room temperature operation of germanium-silicon single-photon avalanche diode
针对硅基SPAD无法适配短波红外探测的问题,研发出可室温运行、兼容CMOS工艺的高性能锗硅SPAD,其噪声等效功率大幅提升,多项关键参数表现优异,验证了三维成像应用潜力。
2024-09-17 physics.ins-det physics.optics
HPGe detector field calculation methods demonstrated with an educational program, GeFiCa
本文综述了计算各种结构高纯锗探测器内部静电势和静电场的工具和方法。并以一个新开发的教学软件GeFiCa -锗探测器场计算器为例进行了具体说明.在GeFiCa中展示的是基于连续超松弛方法的通用数值计算以及由于高度对称的探测器几何形状而可能简化的解析计算。GeFiCa是用C++编写的,作为粒子物理社区广泛使用的CERN ROOT库的扩展。各个探测器的计算代码以ROOT宏和python脚本的形式提供,与GeFiCa核心库一起分发,作为显示GeFiCa使用的示例和自定义计算的起点。它们可以在ROOT交互式会话中运行而无需编译,也可以直接从Linux shell运行。数值结果保存在ROOT树中,充分利用了ROOT中的I/O优化和绘图功能。计算的速度和精度与其他常用软件包相当,这使GeFiCa成为科学研究工具。然而,GeFiCa的主要重点是清楚地解释和演示解决泊松方程的分析和数值方法,实用的编码注意事项和可视化方法,以及密集的文档和示例宏。它作为一个一站式资源的人谁想要了解这样一个软件包的运行机制下的引擎盖。
2020-01-06 hep-ex physics.ins-det
Design and Performance of the GERDA Low-Background Cryostat for Operation in Water
在寻找$^{76}$ Ge的无中微子双β衰变过程中,在INFN国立大萨索实验室进行的锗探测器阵列(GERDA)实验在感兴趣的区域获得了远低于10 $^{-3}$ cts/(keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr)的前所未有的低本底。它利用了第一次实现的一种新的屏蔽概念的基础上,一个大型低温恒温器充满了液体惰性气体,浸没在水箱。锗探测器无需在液氩中封装即可工作。氩气和水将实验室和低温恒温器构造材料的环境背景屏蔽到可忽略的水平。在此期间,各种实验都采用了同样的方法。本文概述了64 m $^3$液氩低温恒温器及其相关基础设施的设计和运行经验。讨论包括与水箱中大型低温恒温器的操作相关的具有挑战性的安全问题。
2022-02-08 nucl-ex physics.ins-det
Constraints on Sub-GeV Dark Matter--Electron Scattering from the CDEX-10 Experiment
我们提出了改进的锗为基础的限制sub-GeV的暗物质通过暗物质-电子($χ$ - $e$)散射使用205.4公斤$\cdot$天数据集的CDEX-10实验。使用一种新的计算技术,我们得到预测的$χ$ - $e$散射光谱观察到的高纯锗探测器。在重介质的情况下,我们的研究结果实现了3个数量级的改善$m_χ$大于80 MeV/c $^2$相比,以前的锗为基础的$χ$ - $e$的结果。我们还提出了最严格的$χ$ - $e$横截面的限制,迄今为止的实验中使用固态探测器的$m_χ$大于90兆电子伏/c $^2$与重介质和$m_χ$大于100兆电子伏/c $^2$与电偶极耦合。结果表明,在超低放射性背景下,采用高纯锗探测器的$χ$ - $e$新方法是可行的,具有广阔的应用前景。
2022-11-21 hep-ex hep-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
Background free search for neutrinoless double beta decay with GERDA Phase II
粒子物理学的标准模型无法解释我们宇宙中物质对反物质的支配地位。在许多模型的扩展中,这是中微子是它们自己的反粒子(马约拉纳粒子)的一个非常自然的结果,这意味着一个轻子数违反放射性衰变称为无中微子双β($0νββ$)衰变应该存在。检测这种极其罕见的假设过程需要最大限度地抑制任何类型的背景。GERDA合作研究$^{76}$ Ge($^{76}\rm{Ge} \rightarrow\,^{76}\rm{Se} + 2e^-$)的$0νββ$衰变,方法是操作由锗制成的裸探测器,在液态氩中富集$^{76}$ Ge部分。在这里,我们报告了GERDA第二阶段的第一批数据。本底水平为$\approx10^{-3}$ cts/(keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr),如果按锗探测器的窄能量-信号区域加权,这是世界上最好的。结合I期和II期数据,我们未发现任何信号,并推导出$5.3\cdot10^{25}$ yr在90% C. L下半衰期的新下限。我们的$4.0\cdot10^{25}$ yr的灵敏度与同位素质量明显更大的实验之一具有竞争力。GERDA是第一个$0νββ$实验,将是背景免费的,直到其设计曝光。这一进展依赖于一种新型的主动否决系统,优越的锗探测器能量分辨率和我们新探测器的改进背景识别。对$0νββ$衰变的基本上无背景搜索的独特发现潜力激发了具有更高灵敏度的更大的锗实验。
2017-04-05 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
SOI-based micro-mechanical terahertz detector operating at room-temperature
提出了一种制作在绝缘体上硅(SOI)衬底上的微机械太赫兹(THz)探测器。该设备是基于一个U形的悬臂梁微米大小,在其顶部的两个铝半波偶极子天线沉积。这产生在$\sim 2-3.5$ THz频率范围上延伸的吸收。由于硅和铝的热膨胀系数不同,所吸收的辐射引起悬臂的变形,该变形使用$1.5μ$ m激光二极管光学地读出。通过用振幅调制的2.5 THz量子级联激光器照射探测器,我们在室温和大气压下获得了悬臂梁基本机械弯曲模式的$\sim 1.5 \times 10^{8}$ pm/W的响应率。这在2.5THz下产生20 nW/Hz $^{1/2}$的噪声等效功率。最后,该模式的低机械品质因数允许约150 kHz带宽的宽频率响应,响应时间为$\sim 2.5μ$ s。
2022-04-11 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics