Design and Construction of a TPC using GEM Foils for Gas Amplification
国际直线对撞机（ILC）的挑战性物理计划对其跟踪系统的性能提出了严格的要求。大体积的时间投影室（TPC）被认为是这种跟踪器的良好候选者。尽管传统的TPC使用基于有线的气体放大系统，但未来的TPC可能使用微图案气体检测器作为电子设备。G.用于气体放大的气体电子倍增器（GEMs）。本次演讲概述了最近的研究与开发活动的成果，以建立一个TPC与GEM为基础的气体放大系统。这包括通过多个GEM结构的电荷转移研究，场笼设计和高磁场中的空间分辨率测量。
2004-10-15 physics.ins-det
Observation of the Dependence of Scintillation from Nuclear Recoils in Liquid Argon on Drift Field
我们用美国Notre Dame结构与核天体物理研究所生产的低能脉冲窄带中子束辐照双相液氩时间投影室（LAr-TPC），研究了LAr-TPC中反冲核的闪烁光产额。布置液体闪烁计数器以检测和识别LAr-TPC靶中散射的中子并选择反冲核的能量。本文报道了11 keV核反冲产生的液氩闪烁对漂移场的显著依赖性。这一观察结果很重要，因为迄今为止，对稀有液体TPC暗物质搜索灵敏度的估计是基于这样一个假设，即电场对核反冲的光产额只有很小的影响。
2013-12-16 hep-ex physics.ins-det
Scintillation light production, propagation, and detection in the 4-ton dual-phase LAr-TPC demonstrator (data analysis and simulations)
深层地下中微子实验（DUNE）远探测器（FD）将由四个10千吨液态氩（LAr）时间投影室（TPC）组成，使用单相和双相技术。双相技术预见到在信号收集之前在气相中的电荷放大，并且遵循分阶段的方法来证明其在DUNE FD规模上的可行性。2017年，一个3 x 1 x 1 m $^3$体积的4吨演示器暴露于宇宙μ子，并在电荷提取和光收集方面展示了预期的性能。一个更大的原型（ProtoDUNE-DP），有效体积为6x6 x6米$^3$，目前正在欧洲核子研究中心调试。在这些探测器中的光子探测系统是至关重要的，以提供触发信号，给出一个绝对的时间参考的电荷采集系统的罕见的非束事件，并提供补充量热法。概述了对4吨演示器中收集的光的分析。这些原型证实了光检测系统的性能，以基于闪烁光信号提供触发，表征LAr对交叉μ子的响应并监测LAr纯度。分析的数据进行了比较与MC模拟，以改善了解较少的LAr光学参数，如瑞利散射长度的值。
2019-11-15 physics.ins-det
A Dual-phase Xenon TPC for Scintillation and Ionisation Yield Measurements in Liquid Xenon
一个小规模的两相（液体/气体）氙时间投影室（Xurich II）已在苏黎世大学设计、建造并投入运行。其主要目的是研究能量低于50 keV的液态氙中粒子相互作用的微观物理，这与使用氙作为靶材料的稀有事件搜索有关。在这里，我们详细描述了检测器，其相关的基础设施，以及为处理和分析数据而开发的信号识别算法。我们提出了新仪器的第一个特征与校准数据从内部83 m-Kr源。零场光产额分别为15.0和14.0光电子/keV，在9.4 keV和32.1 keV，在1 kV/cm的电子漂移场的相应值分别为10.8和7.9光电子/keV。在这些能量下的电荷产率为28和31电子/keV，其中每一个电子提取到气相中的比例闪烁产率为24个光电子，电子寿命为200 $μ$ s。相对能量分辨率，$σ/E$，分别为11.9%和5.8%，在9.4 keV和32.1 keV，使用闪烁和电离信号的线性组合。我们得出结论，在各种电场的电子漂移速度的测量，并比较这些文献值。
2017-12-22 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Measurement of the attenuation length of argon scintillation light in the ArDM LAr TPC
本文报道了ArDM暗物质实验中吨级液氩靶中闪烁光衰减长度的测量结果。数据记录在实验的第一次地下操作中，以单相操作模式进行。通过比较来自39-Ar和83 m-Kr的光产额光谱与具有全光线追踪模型的ArDM设置的描述来实现结果。一个相对较低的值接近0.5米被发现的衰减长度的液氩散装到自己的闪烁光。我们将此结果解释为液态氩中存在光学活性杂质，这些杂质未被安装的纯化系统过滤。我们还提出了用于填充的氩气的分析，并讨论了各种分子在真空紫外线中的截面，以满足大型液氩装置的纯度要求。
2016-11-08 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Feasibility of Liquid-phase Xenon Proportional Scintillation for Low-energy Physics
针对双相氙TPC气隙技术挑战及单电子本底问题，研究验证纯单相液氙TPC的比例闪烁能力，证实其仍可区分电子与核反冲，且S2后单电子本底大概率与液-气界面无关。
2024-08-03 hep-ex physics.ins-det
Proportional scintillation in liquid xenon: demonstration in a single-phase liquid-only time projection chamber
本文在小型单相纯液氙 TPC 中利用 83mKr 信号验证液相 S2 比例闪烁，测得最高 g2 增益及电子漂移、扩散参数，证明该类探测器可成功运行。
2024-09-18 physics.ins-det
A comparison between scintillation light Analog and Digital trigger for large volume Liquid Argon Time Projection Chambers
大体积液氩时间投影室（LAr-TPC）被用于中微子物理和稀有事件研究。这些探测器大多利用液态氩的闪烁光作为触发器。可以采用两种不同的方法来为这些检测器提供有效的触发系统，这依赖于对来自光电检测器（如光电倍增管或硅光电倍增器）的信号的模拟或数字处理。每种方法都有各自的优点和缺点，因此混合解决方案的实现可以从这两种方法中受益。为此，一个创新的电子板原型已被设计和提出用于大容量LAr-TPC探测器。
2020-04-10 hep-ex physics.ins-det
A TPC with Triple-GEM Gas Amplification and TimePix Readout
我们目前的测量与创业板为基础的TPC原型和TimePix CMOS ASIC作为电荷收集阳极。在DESY的5 GeV电子束中进行了小型原型测试。测试了不同的GEM方向和几何形状。它示出的点分辨率为短的漂移距离优于20微米。在100 MHz时钟频率下，时间分辨率优于10 ns。此外，与放大的像素大小的实验研究解决。为了研究更长漂移距离的性能，在波恩运行了一个漂移长度为26 cm的腔室。还使用GEM和TimePix进行读出，记录了宇宙μ子和Sr90源的数据。空间分辨率和集群特性的漂移距离的依赖进行了研究。
2009-01-30 hep-ex physics.ins-det
Liquid Hole-Multipliers: A potential concept for large single-phase noble-liquid TPCs of rare events
提出了一种新的大体积单相贵液TPC探测器的概念。用浸没在惰性液体中的液体空穴倍增器（LHM）探测辐射感生的双折射光和电离电荷。后者可以由级联的气体电子倍增器（GEM）、厚气体电子倍增器（THGEM）电极或其他电极组成，涂覆有CsI UV光电阴极。在CsI上由贵金属液体中的初级闪烁引起的光致电子和与事件相关的漂移电离电子主要通过电致发光在级联元件中被放大，并且可能通过在孔内发生的额外的适度雪崩被放大。所产生的电荷信号或光脉冲分别记录在阳极垫上或用光电传感器（例如，气体光电倍增管（GPM））记录。潜在的负担得起的解决方案，提出了多吨暗物质探测器，公开的问题，制定验证这个梦想。
2013-03-18 physics.ins-det
Towards a liquid Argon TPC without evacuation: filling of a 6 m^3 vessel with argon gas from air to ppm impurities concentration through flushing
在本文中，我们提出了一个成功的实验测试填充体积为6米$^3$与氩气，从正常的环境空气和减少杂质含量下降到几个百万分之一（ppm）的氧当量。通过测量Ar气体的闪烁光的慢分量直接监测该污染水平，该慢分量对直接影响氩闪烁的杂质的{ \it all}源敏感。
2010-09-22 physics.ins-det
A Large Ungated TPC with GEM Amplification
时间投影室（TPC）是一种理想的设备，用于检测几乎覆盖$4π$立体角的大体积带电粒子径迹。给定粒子轨迹上的高密度命中促进了高占用环境中的模式识别任务，并且另外通过测量每个轨迹的比能量损失来提供粒子识别。基于这些原因，具有多丝正比室（MWPC）放大的TPC已经并被广泛用于记录重离子碰撞的实验中。然而，一个显著的缺点是通过使用门控网格产生的每个事件大约1 ms的大死区时间，这是强制性的，以防止在放大区域中产生的离子漂移回到漂移体积中，在漂移体积中，它们将严重扭曲后续轨道的漂移路径。因此，对于具有较高事件率的实验，在没有显著数据丢失的情况下，不能应用利用触发的门控网格操作的传统TPC的概念。连续读出信号是更合适的操作方式。然而，这构成了范式的改变，在放大区域、读出电子器件的设计和带宽以及数据处理方面存在相当大的挑战。这种操作的强制性先决条件是足够好地抑制来自雪崩区域的离子回流，否则这限制了这种检测器的跟踪和粒子识别能力。气体电子倍增器（GEM）是一个很有前途的候选人，结合良好的空间分辨率与离子的内在抑制。本文介绍了一种带GEM放大和无栅控栅极的大型TPC（GEM-TPC）的设计、建造和调试。
2017-02-16 hep-ex physics.ins-det
Recent updates on the ArDM project: A Liquid Argon TPC for Dark Matter Detection
ArDM是新一代的WIMP探测器，它将同时测量液体氩的闪烁和电离产生的光和电荷。我们的目标是建造、表征和操作1吨液氩地下探测器。该项目依赖于将电离产生的电子从液体提取到检测器的气相中的可能性，以放大并用大型电子倍增器检测器读出。氩VUV闪烁光必须用波长移位器（例如四苯基丁二醇）转换，以便由具有双碱光电阴极的光电倍增管检测。本文介绍了基于LEM的电荷读出和光读出系统的研究与开发情况，以及首次在全尺寸探测器上进行的温、冷氩气光读出试验。
2008-10-24 physics.ins-det
Secondary scintillation yield of Xenon with sub-percent levels of CO2 additive: efficiently reducing electron diffusion in HPXe optical TPCs for rare-event detection
我们已经测量了Xe-CO2混合物的电致发光（EL）产率，CO2浓度低于百分之一。我们表明，EL生产仍然是高的，在这些混合物中，70%和35%，相对于在纯氙气中产生的，CO2浓度约0.05%和0.1%，分别。在EL生产的能量分辨率的统计波动的贡献随着CO2浓度的增加而增加，并且对于我们的气体比例闪烁计数器，它小于浓度低于0.1%CO2的Fano因子的贡献。Xe-CO2混合物是基于EL信号放大的TPC中纯氙的重要替代物，其应用于稀有事件探测的重要领域，例如定向暗物质、双电子捕获和双β衰变探测。将CO2以0.05-0.1%的水平添加到纯氙中可以将电子扩散的尺度从10 mm/sqrt（m）显著降低到2.5 mm/sqrt（m），通过初级电离尾迹的拓扑结构的模式识别，对事件的HPP-TPC辨别效率具有高影响。
2017-04-13 physics.ins-det
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。
2015-08-03 physics.ins-det
TPB-coated Light Guides for Liquid Argon TPC Light Detection Systems
液氩时间投影室（LArTPC）中的光检测系统需要检测氩闪烁期间产生的128 nm光。大多数探测器使用四苯基丁二醇（TPB）将光波长转换到光电倍增管（PMT）可见的范围内。这些程序总结了涂覆有TPB基质的光导的特性，该基质在UV透射丙烯酸中比现有的LArTPC光收集系统更紧凑。
2013-07-30 hep-ex physics.ins-det
The WA105-3x1x1 m3 dual phase LAr-TPC demonstrator
双相液氩时间投影室（LAr TPC）是中微子探测的最新技术，这要归功于其卓越的3D跟踪和量热性能。它的主要特点是在氩气中进行电荷放大，从而提供优异的信噪比。在液态氩中产生的电子被提取到气相中。在这里，基于大型电子倍增器检测器的读出平面提供电荷的放大，然后将其收集到具有条带读出的阳极上。电荷放大使得能够构建具有可调增益、优异的电荷成像性能和对低能量事件的增加的灵敏度的完全同质的巨型LAr-TPC。WA 105合作项目采用分阶段的方法，正在建造一个活性体积为3x 1x 1 m3的双相LAr-TPC，不久将用宇宙射线进行测试。其建设和运营旨在测试该技术关键方面的可扩展解决方案：非抽空罐中的超高氩气纯度，几平方米规模的大面积双相电荷读出系统，以及可访问的冷前端电子设备。去年完成了TPC主机24立方米低温恒温器的一个里程碑。这是CERN建造的第一个基于膜技术的低温恒温器，因此也是实现即将到来的protoDUNE探测器的重要一步。3x 1x 1 m3双相LAr-TPC将在中描述，我们将报告最新的施工进度。
2016-11-17 physics.ins-det
Measurement of scintillation from proportional electron multiplication in liquid xenon using a needle
本研究提出在液氙中使用针状高压电极替代细线，成功演示了正比电荷倍增与次级闪烁产生，为开发大型单相双读出时间投影室电极结构奠定重要里程碑。
2024-01-04 physics.ins-det
Optical Readout of a Two Phase Liquid Argon TPC using CCD Camera and THGEMs
本文介绍了一个初步的研究，使用CCD成像的二次闪烁光厚气体电子倍增器（THGEMs）在两相LAr TPC。将Sony ICX 285 AL CCD芯片安装在40升两相LAr TPC的气相中的双THGEM上方，其中大部分照相机电子器件经由馈通定位在外部。Am-241源安装在可旋转的运动馈通上，允许将α源定位在场笼的内部或外部。为TPC设计而开发并集成的是一种具有LAr绝缘特性的新型高压馈通。此外，还测试了一系列网络摄像头作为内部检测器监控工具在低温下的操作。在测试的网络摄像头中，Microsoft HD-3000（型号：1456）网络摄像头在噪音和最低工作温度方面表现出色。在环境温度和大气压力为1 ppm的纯氩气中，THGEM增益约为1000，并且使用1毫秒曝光，CCD捕获单个α轨迹。CCD相机在两相低温模式下的成功操作也实现了。首次用10秒曝光拍摄到Am-241源在LAr中引起的二次闪烁光。
2014-02-20 physics.ins-det
Spatial Resolution Studies with a GEM-TPC in High Magnetic Fields
国际直线对撞机（ILC）的主要跟踪装置是大体积时间投影室（TPC）。气体电子倍增器（GEMs）被研究作为传统的基于线的TPC气体放大系统的潜在替代品。本次演讲介绍了一个小型GEM-TPC原型的研发活动的最新成果。在4 T以下的不同磁场下测量了空间分辨率。
2005-06-24 physics.ins-det
High Magnetic Field Performance of a GEM-TPC
大体积时间投影室（TPC）是未来直线型电子对撞机探测器的主要跟踪装置。气体电子倍增器（GEMs）被研究作为传统的基于线的TPC气体放大系统的潜在替代品。本次演讲介绍了一个小型GEM-TPC原型的研发活动的最新成果。在4 T以下的不同磁场下测量了空间分辨率。
2004-08-31 physics.ins-det
Performance of the ReD TPC, a novel double-phase LAr detector with Silicon Photomultiplier Readout
设计并建造了一个有效质量为185 g的双相氩时间投影室（TPC），用于反冲方向性（ReD）实验。ReD项目的目的是研究基于氩的TPC通过柱状复合对感兴趣的能量范围（20-200 keV $_{nr}$）内的核反冲的定向灵敏度，用于直接暗物质搜索。的关键新功能的ReD TPC是一个读出系统的基础上，低温硅光电倍增器，这是雇用和连续运行的第一次在氩TPC。在六个月的时间里，ReD TPC在各种操作条件下使用$γ$射线和中子源进行了调试和表征，证明了光学传感器的出色稳定性和结果的可重复性。TPC的闪烁增益和电离放大分别为$g_1 = (0.194 \pm 0.013)$ PE/光子和$g_2 = (20.0 \pm 0.9)$ PE/电子。电离闪烁信号的比率（S2/S1），有助于积极识别的候选人诱导的WIMPs定向信号，已被调查的核和电子反冲。在183 V/cm的漂移场下，对于大约60-90 keV $_{nr}$的核反冲，测量到12%的S2/S1色散，而对于沉积60 keV能量的电子反冲，测量到18%的S2/S1色散。这里报告的检测器性能满足所需的要求，以实现主要的科学目标的ReD实验中的方向性效应，由于柱状重组的搜索。在LAr的复合概率的唯象参数化，并用于建模的依赖性闪烁淬灭和电荷产量的漂移场之间的电子反冲50-500 keV和字段高达1000 V/cm。
2021-06-24 physics.ins-det
First Demonstration of the Use of LG-SiPMs for Optical Readout of a TPC
介绍了一种基于线性渐变硅光电倍增器（LG-SiPM）的时间投影室（TPC）光学读出的新方法。这是一个单光子敏感探测器，具有出色的定时和2D位置分辨率，由Fondazione Bruno Kessler，Trento（FBK）开发。LG-SiPM产生时变电压信号，用于重建TPC内部产生的电离轨迹的3D位置和能量。在这项工作中使用的TPC包含在100毫巴的压力下的室温CF $_4$气体，具有两个THGEM以产生二次闪烁光。准直的$^{241}$ Am源（Q $_α$ = 5.486 MeV）用于产生电离径迹。这些轨道的成功重建被证明，并通过不同的TPC内的轨道的几何特征的方法的一致性。能量重建和沉积的研究也进行了描述，证明了LG-SiPM作为一个潜在的选择光学TPC读出的可行性。
2020-12-14 physics.ins-det
Electroluminescence collection cell as a readout for a high energy resolution Xenon gas TPC
AXEL是一种高压氙气TPC探测器，用于无中微子双β衰变研究。我们使用比例闪烁模式与一个新的电致发光光探测系统，以实现高能量分辨率的大型探测器。该检测器还具有跟踪能力，这使得显着的背景抑制。为了展示我们的检测技术，我们构建了一个10 L的原型检测器，充满了高达10 bar的氙气。在122 keV处，原型探测器获得的能量分辨率为4.0 $\pm$ 0.30 $\%$，外推到$^{136}$的$0νββ$衰变Q值时，对应于0.9 ~ 2.0%.
2017-11-24 hep-ex physics.ins-det
Evaluation of various planar gaseous detectors with CsI photocathodes for the detection of primary scintillation light from noble gases
稀有气体和液体是极好的闪烁剂，这为直接探测这些介质中由光子或粒子产生的初级闪烁光提供了独特的机会。该信号可以用于多种目的，例如作为TPC的启动信号或用于颗粒识别。通常使用光电倍增管（PM）来检测闪烁光。在我们以前的工作中，我们已经证明，昂贵的PM可以取代气体探测器与碘化铯光电阴极。这种探测器具有与最好的PM相同的量子效率，但同时便宜、简单并且具有高的位置和时间分辨率。本工作的目的是评价各种CsI光电探测器的平面型气体探测器，以选择最好的一种探测惰性气体和液体的初级闪烁光。
2001-06-21 physics.ins-det
Development of a Multi-Purpose Optical TPC for Neutron-Induced Reaction Studies at SARAF
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Soreq Nuclear Research Center（索雷克核研究中心）
开发一种基于CF4闪烁气体混合物的光学时间投影室（OTPC），结合快速光电探测器和高速光学读出，实现带电粒子轨迹的3D重建，以解决天体物理相关能量下中子反应截面约束不足的问题。
2026-05-29 physics.ins-det
Low Energy Electronic Recoils and Single Electron Detection with a Liquid Xenon Proportional Scintillation Counter
本文表征了单相液态氙比例闪烁计数器（LXePSC）对低能电子反冲的响应，实现了约1keV电子反冲的高效探测及单电子观测，讨论了其在反应堆中微子探测的潜在应用。
2023-06-19 physics.ins-det
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。
2019-02-14 physics.ins-det
Detection of the primary scintillation light from dense Ar, Kr and Xe with novel photosensitive gaseous detectors
结合电荷或次级闪烁信号的初级闪烁光的检测是确定事件t=0以及填充有惰性气体和/或冷凝惰性气体的大质量TPC检测器中的粒子/光子分离的有效技术。这项工作的目的是证明，昂贵的光电倍增器可以取代廉价的新型光敏气体检测器：线计数器，GEM或玻璃毛细管与碘化铯光电阴极耦合。我们已经进行了系统的测量与Ar，氪和氘气在1-50大气压范围内的压力，以及一些初步的测量与液体氘和液体Ar。与气体探测器，我们成功地检测闪烁光产生的22千电子伏的X射线的效率接近100%。我们还检测到的闪烁光产生的BS（5千电子伏的沉积能量）的效率接近25%。22 keV伽马射线闪烁的成功探测不仅为nTOF和ICARUS实验开辟了新的实验可能性，而且也为其他实验开辟了新的实验可能性，例如通过核反冲发射搜索WIMP。
2001-06-15 physics.ins-det
Space-Charge Effects in an Ungated GEM-based TPC
时间投影室（TPC）在高速率实验中的应用的基本限制是缓慢漂移离子在活性气体体积中的积累，这损害了漂移场的均匀性，从而损害了检测器分辨率。传统上，通过使用离子门控结构来克服该问题。然而，这种方法引入了大的死区时间，并将触发速率限制在每秒几百次。通过使用气体电子倍增器（GEM）箔进行气体放大，可以从设置中消除离子门，这本质上抑制了离子的回流。这使得TPC在高速率下的连续操作是可行的。在这项工作中，蒙特卡罗模拟的离子空间电荷的建立在一个GEM为基础的TPC和由此产生的漂移失真的校正进行了讨论，基于现实的数字在三个GEM放大堆栈的离子回流。FAIR未来的PANDA实验中的TPC可以作为实验环境的一个例子，在该实验中，反质子-质子相互作用速率将达到每秒2 × 10^7。模拟结果表明，空间电荷密度达到65 fC每立方厘米，导致电子漂移失真高达10毫米。激光校准系统的应用，以纠正这些失真的影响。基于探测器物理和响应的全面模拟，我们表明，它是可能的，以纠正漂移失真，并保持良好的动量分辨率的GEM-TPC。
2012-09-03 hep-ex physics.ins-det
The TPC detector of PandaX-III Neutrinoless Double Beta Decay experiment
PandaX-III实验使用高压氙气TPC来搜索$^{136}$的NLDBD。Microbulk Micromegas将用于电荷放大和读出，以便以高能量分辨率和空间分辨率记录事件的能量和轨迹。在实验的第一阶段，我们正在建造一个检测器，它含有140公斤90% $^{136}$的富氧气体，在10巴下工作。探测器将安装在CJPL-II的干屏蔽系统中。本文将介绍PandaX-Ⅲ探测器的设计，包括实验屏蔽和TPC的组成部分：高压容器、读出平面和电场笼。
2020-02-10 hep-ex physics.ins-det
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。
2021-11-10 physics.ins-det
Commissioning of a dual-phase xenon TPC at Nikhef
一个双相氙时间投影室在阿姆斯特丹的Nikhef建造，作为直接暗物质探测的研发设施。在本文中，设置和第一个结果，从一个$^{22}$钠伽马射线源的校准。结果表明，平均光产额为（5.6 $\pm$ 0.3）光电子/keV（计算到122 keV和零场），电子寿命为（429 $\pm$ 26）$μ$ s。在能量为511 keV时，最佳能量分辨率$σ_E/E$为（5.8 $\pm$ 0.2）%。这是使用闪烁和电离信号的组合来实现的。提出了一种基于孤立电子电致发光信号的光电倍增管增益校准技术，并讨论了该技术的优点和局限性。
2016-10-18 hep-ex physics.ins-det
Development of very-thick transparent GEMs with wavelength-shifting capability for noble element TPCs
本文提出了在时间投影室中同时探测一次和二次闪烁的新概念。其核心元件是一种非常厚的GEM结构，配有透明电极，由聚萘二甲酸乙二醇酯板加工而成，这是一种天然的波长移动器。这种器件具有良好的可扩展性前景，并且凭借其真正的光学特性，它可以提高传统微图案气体检测器的光收集效率、能量阈值和分辨率。这与其构成元素的固有放射性纯度一起为用于暗物质搜索和中微子实验的基于惰性气体和液体的时间投影室提供了优势。生产，光学和电气特性，并与新设备进行首次测量报告。
2022-03-15 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
First proof of topological signature in the high pressure xenon gas TPC with electroluminescence amplification for the NEXT experiment
NEXT实验的目的是观察高压Xe 136气体TPC中氙的无中微子双β衰变，使用电致发光（EL）放大电离信号。该技术的主要优点之一是可以重建能量接近Qbb的事件的拓扑结构。本文提出了第一个演示，拓扑结构提供了额外的处理，以拒绝背景事件使用的NEXT-DEMO原型获得的数据。由Na 22 1275 keV γ相互作用产生的单电子和由来自Th 228衰变链的γ转换产生的电子-正电子对被用于表示双β衰变中的背景和信号。这些数据被用于开发用于轨迹重建和端点处沉积的能量的识别的算法，提供24.3 ± 1.4（统计）%的额外背景抑制因子，同时对于信号事件保持66.7 ± 1%的效率。
2016-01-18 hep-ex physics.ins-det
Benchmarking TPB-coated Light Guides for Liquid Argon TPC Light Detection Systems
来自液态氩的闪烁光在128 nm处产生，因此在用于液态氩时间投影室（LArTPC）的光检测系统中必须被移位到可见波长。迄今为止，设计已经在光电倍增管（PMT）上或放置在PMT前面的板上采用了四苯基丁二烯（TPB）涂层。最近，提出了一种使用TPB涂覆的光导的新方法。在本文中，我们表明，在紫外线透射（UVT）丙烯酸基质中涂有TPB的光导的响应与使用聚苯乙烯（PS）基质的涂层非常相似。我们获得了三个更高的光输出比以前报道的光导的一个因素。本文提供了有关光导响应的信息，以便在未来的LArTPC模拟中对这些信息进行建模。本文还确定了光导响应的潜在改进的研发领域
2014-03-02 hep-ex physics.ins-det
Performance of a MICROMEGAS-based TPC in a high-energy neutron beam
MICROMEGAS（MICRO-MEsh Gaseous Structure）电荷放大结构在许多检测应用中得到了广泛的应用，特别是作为时间投影室（TPC）的电荷读出的增益级。在这里，我们报告的MICROMEGAS TPC的行为时，在高能量（高达800兆电子伏）的中子束操作。据发现，中子引起的反应可以引起放电，在一些漂移气体的混合物是稳定的，在没有中子束。放电由靠近MICROMEGAS的反冲离子引起，其沉积高比电离密度并具有有限的扩散时间。对于二元漂移气体，增加分子组分（骤冷气体）相对于惰性组分的百分比并且在较低压力下操作通常改善稳定性。
2017-12-04 nucl-ex physics.ins-det
Measurement of scintillation and ionization yield with high-pressure gaseous mixtures of Xe and TMA for improved neutrinoless double beta decay and dark matter searches
气态氙时间投影室（TPC）是一种用于无中微子双β衰变和WIMP暗物质研究的探测器技术。虽然它的密度低于液体探测器，但它在跟踪能力和更好的能量分辨率方面具有内在优势。气体荧光的性能可以通过分子添加剂如三甲胺（TMA）进一步改善，其预期（1）冷却电离电子，（2）通过潘宁转移将荧光激发能转化为TMA电离，以及（3）产生闪烁和更容易检测波长（300 nm）的电致发光。为了测试TMA对性能改善的可行性，我们首次直接测量了Penning和荧光转移效率，使用了Na 2SO 4和TMA的气体混合物。虽然我们观察到的潘宁转移效率高达~ 35%，我们发现强烈的抑制初级闪烁光与TMA。我们还发现，具有三甲基溴和TMA混合物的初级闪烁光可以很好地表征为约3%的荧光从三甲基溴转移到TMA，由于TMA自猝灭而进一步抑制。没有发现TMA离子复合产生闪烁光的证据，这种强烈的闪烁光抑制使暗物质的搜索变得相当具有挑战性，而改进无中微子双β衰变搜索的可能性仍然存在。这项工作是在NEXT合作的背景下进行的。
2016-02-09 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Imaging $^{55}$Fe Electron Tracks in a GEM-based TPC Using a CCD Readout
本文首次利用光学读出TPC和GEM/THGEM放大器件，在低压CF$_4$气体中实现了5.9 keV电子径迹的成像与能谱测量，为暗物质探测和X射线偏振测量提供了重要工具。
2020-04-24 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Measurement of scintillation and ionization yield with high-pressure gaseous mixtures of Xe and TMA for improved neutrinoless double beta decay and dark matter searches
液态β-TPC是双β衰变和WIMP暗物质搜索中最受欢迎的选择之一。当与液体同位素相比时，气体同位素具有固有的优点，具体地，用于双β衰变搜索的跟踪能力和更好的能量分辨率。气体荧光的性能可以通过分子添加剂如三甲胺（TMA）进一步改善，其预期（1）冷却电离电子，（2）通过潘宁转移将荧光激发能转化为TMA电离，以及（3）产生闪烁和更容易检测波长（300 nm）的电致发光。这些特征可以为双β衰变搜索提供更好的跟踪和能量分辨率。它们还有望增强核反冲的柱状重组，这可用于搜索具有方向灵敏度的WIMP暗物质。我们建造了一个测试电离室，并成功地测量了闪烁和电离产额在高精度与不同的氘和TMA的混合物和压力。我们观察到潘宁效应和增加的重组与TMA的添加。然而，许多不希望的功能，暗物质搜索，如闪烁光的强烈抑制和没有重组的光的迹象，也被发现。这项工作已经进行的NEXT合作的背景下。
2015-05-14 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Study of infrared scintillations in gaseous and liquid argon - Part II: light yield and possible applications
我们在这里提出了一个全面的研究在近红外（NIR）和可见光区域，在低温下的气体和液体Ar中产生的初级和次级的光产额。使用盖革模式雪崩光电二极管（GAPD）和脉冲X射线照射进行测量。在87-160 K的范围内，发现气态Ar中快发射组分的初级闪烁产额与温度无关;在690-1000 nm的近红外范围内，它相当于17000+/-3000光子/MeV。在87 K的液态Ar中，快成分的初级闪烁产额大大降低，在400-1000 nm范围内，达到510+/-90photon/MeV。还观察到了气态Ar中的成比例近红外光谱（电致发光）;在160 K时测得其放大参数为每kV每个漂移电子13个光子。在电场高达30 kV/cm的液体Ar中没有观察到成比例的结晶。讨论了近红外光谱在暗物质研究、中微子-核相干散射实验和离子束放射治疗中的应用。
2012-05-28 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Microscopic simulation of xenon-based optical TPCs in the presence of molecular additives
介绍了一种模拟氙基气体光学时间投影室（OTPC）中高能和低能电子输运的框架。模拟依赖于基本的截面（电子-原子和电子-分子），并结合，为了计算气体闪烁，反应/猝灭率（原子-原子和原子-分子）的前41个激发态的氙和相关的相关准分子，连同它们的辐射级联。结果与纯氙及其与CO $_2$和CF $_4$的混合物在0.1 ~ 10 bar压力范围内的观测结果进行了比较。这项工作揭示了一些光的基本过程中负责的主要和次要的氙闪烁机制的存在下的添加剂，这是感兴趣的OTPC技术。
2017-07-01 physics.ins-det
Performance of a Radial Time Projection Chamber with Electroluminescence in Liquid Xenon
双相氙时间投影室（TPC）是研究暗物质和中微子物理学的一种领先的探测器技术。这种类型的探测器技术的成功依赖于它的能力，以检测两个主要的闪烁和电离信号的粒子相互作用在液体氙（LXe）。电离电子在气体氙（GXe）中转化为电致发光，其中单个电子在强电场中可以被放大超过100倍的光子数。在大直径TPC的小气体间隙中保持强且均匀的电场是具有挑战性的。一种替代的解决方案是直接在LiNbO3中产生电致发光以克服气隙均匀性问题。在这里，我们报告的设计和性能的单相径向TPC（RTPC），它可以创建和检测直接在发光二极管的电致发光。它通过在轴向中心使用单根导线来产生强电场，简化了LPETTPC的设计和操作。我们提出了这样的RTPC的性能，并讨论其潜在的应用局限性。
2022-02-09 hep-ex physics.ins-det
Development of a large-mass, low-threshold detector system with simultaneous measurements of athermal phonons and scintillation light
本研究结合两种低阈值探测技术，研制出可同步测量非热声子与闪烁光的大质量低阈值探测器系统，能实现电子与核事件的逐事件甄别，后续将优化设计以提升光收集效率。
2022-12-08 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Secondary Scintillation Yield in Pure Xenon
在室温下工作的气体正比闪烁计数器中，研究了氙的二次闪烁产额与闪烁区电场的关系。一个大面积的雪崩光电二极管用于读出的VUV二次闪烁产生的气体，连同5.9 keV的X射线直接吸收在光电二极管。后者被用作参考，用于确定由闪烁脉冲产生的载流子的数量，从而确定撞击光电二极管的VUV光子的数量。闪烁放大参数的值为140光子/kV。所得结果与室温下用蒙特卡罗模拟和玻尔兹曼计算所预测的结果以及低温下饱和氙蒸气的结果一致，比以前在室温下测得的结果高出一倍左右。
2007-02-16 physics.atom-ph physics.ins-det
A New Concept for Kilotonne Scale Liquid Argon Time Projection Chambers
我们开发了一种新的方法，用于时间投影室（TPC）的概念，适用于部署在千吨级探测器，具有电荷读出系统的重建模糊性，和一个强大的TPC设计，降低高电压的风险，同时增加光收集系统的覆盖范围。这个新概念可以部署为深地下中微子实验（DUNE）中微子振荡实验中的远探测器模块。对于电荷读出系统，我们使用的电荷收集像素和相关的专用集成电路，目前正在开发的液氩（LAr）组件的DUNE近探测器设计，ArgonCube。此外，我们将TPC分成若干个或更短的漂移体积，降低了用于漂移电离电子的总电压，并使每个TPC的存储能量最小化。分割TPC还包含闪烁光，允许精确的触发定位和更广泛的光读出系统。此外，该设计还提供了更换或升级组件的可能性。与具有投影电荷读出的传统单片LArTPC相比，这些增强可以显著提高可靠性和灵敏度，特别是对于低能量信号。
2019-11-13 physics.ins-det
Improved TPB-coated Light Guides for Liquid Argon TPC Light Detection Systems
在用于液氩时间投影室（LArTPC）的光探测系统中，必须将液氩（LAr）中产生的闪烁光从128 nm移至可见波长。迄今为止，LArTPC光收集系统已经在光电倍增管（PMT）或放置在PMT前面的板上采用了四苯基丁二烯（TPB）涂层。最近，提出了一种使用TPB涂覆的光导的新方法。在本文中，我们报告了在空气中测量时具有超过100 cm的改进衰减长度的光导。这是为未来LArTPC开发米级光导的重要一步。改进来自于使用一种新的丙烯酸基涂料，钻石抛光铸造紫外线传输丙烯酸酒吧，和手工浸渍技术，以涂层酒吧。我们讨论了一个模型，连接杆在空气中的响应，在液态氩中的响应，并比较这在液态氩中采取的数据。模型的预测和测量的响应之间的良好的协议，在液态氩表明，在空气中的表征是足够的棒材生产的质量控制。该模型可用于未来实验的光波导模拟。
2015-03-25 hep-ex physics.ins-det
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。
2015-12-22 hep-ex physics.ins-det
Performance of a GridPix TPC readout based on the Timepix3 chip
最终目标是在ILC上为TPC开发基于像素的读出，GridPix读出系统由一个具有集成放大网格的Timepix 3芯片组成，并嵌入到原型探测器中。在波恩的ELSA加速器上用2.5 GeV电子的测试束研究了性能。在漂移方向上和在读出平面中的轨道位置测量的误差由扩散支配。系统不确定度限制在10 $μ$ m以下。GridPix可以高效检测单个电离电子，从而实现能量损失测量和粒子识别。从截断的总和，能量损失（dE/dx）的分辨率为4.1%的有效跟踪长度为1米。使用相同类型的芯片，开发了四模块，可以平铺以覆盖ILC处的TPC读出平面。模拟研究表明，像素读出可以提高TPC在ILC的动量分辨率约20%。
2019-02-06 hep-ex physics.ins-det
Performance of Optically Readout GEM-based TPC with a 55Fe source
具有多个气体电子倍增器（GEM）放大级的大时间投影室（TPC）的光学读出已经显示出为高能粒子跟踪提供非常有趣的性能。低能量和稀有事件研究的拟议应用，如暗物质搜索，要求在keV能量范围内的苛刻性能。这种读出的性能进行了详细的研究，作为一个功能的电场配置和GEM增益，通过使用$^{55}$ Fe源内的7升灵敏体积探测器开发的R\&D为CYGNUS项目的一部分。本文报道的结果表明，传感器的低噪声水平允许以2 keV的阈值操作，同时保持每年小于10个假事件的速率。在这种配置中，随着能量分辨率（$σ$）为18%的5.9 keV的光子的探测效率远高于95%，证明了这种技术的非常有前途的能力。
2019-06-04 physics.ins-det
Electroluminescence TPCs at the thermal diffusion limit
NEXT实验的目的是使用高纯度氙TPC从${}^{136}$氘同位素中寻找假设的无中微子双β衰变。有效的歧视的事件，通过模式识别的拓扑结构的初级电离轨道是实验的主要要求。然而，它受到电子扩散的限制。众所周知，向氙中加入一小部分分子气体会减少电子扩散。另一方面，电致发光（EL）产率下降并且可实现的能量分辨率可能受到损害。在小型无漂移气体正比闪烁计数器样机上，研究了氙中加入几种分子气体（CO ${}_{2}$，CH ${}_{4}$和CF ${}_{4}$）对电致发光产额和能量分辨率的影响。我们比较了我们的结果闪烁特性（EL产率和能量分辨率）与微观模拟，获得在这些条件下的扩散系数。因此，对于CO ${}_{2}$、CH ${}_{4}$和CF ${}_{4}$，分别使用约0.05%、0.2%和0.02%的添加剂浓度，电子扩散可以从纯氙的约10 mm/ $\sqrt{\mathrm{m}}$降低到2.5 mm/ $\sqrt{\mathrm{m}}$。我们的研究结果表明，CF ${}_{4}$混合物在这些条件下呈现最高的EL产率，但由于在EL形成中观察到的巨大波动，能量分辨率非常差。CH ${}_{4}$呈现最佳的能量分辨率，尽管EL产率最低。将氙混合物的结果外推至NEXT-100 TPC的操作条件。CO ${}_{2}$和CH ${}_{4}$显示出作为大氙TPC中的分子添加剂的潜力，…
2018-10-30 hep-ex physics.ins-det
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。
2016-08-08 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the electron transmission rate of the gating foil for the TPC of the ILC experiment
我们已经开发了一种门控箔的时间投影室设想作为中央跟踪器的国际直线对撞机实验。它具有类似于气体电子倍增器（GEM）的结构，具有更高的光学孔径比，并且在没有气体放大的情况下用作离子门。在没有磁场的情况下，使用$^{55}$ Fe源和激光器，以计数模式测量在箔上施加的宽范围电压的电子传输速率。从电子透射率估计了箔对正离子的阻挡能力。
2019-05-01 hep-ex physics.ins-det
First Run of the LArIAT Testbeam Experiment
LArIAT（Liquid Argon In A Testbeam）旨在表征液氩时间投影室（LArTPC）对现有和计划中的探测器中经常被视为~1 GeV中微子相互作用终态产物的粒子的响应。该实验使用ArgoNeuT低温恒温器及其翻新的170升有效体积TPC放置在费米实验室测试束设施（FTBF）的高能π介子束产生的可调三级束线中。TPC被修改以适应冷读出电子设备和光收集系统。第一次运行发生在2015年5月至6月，收集的数据将有助于理解电子复合行为，簇射重建，粒子识别，μ子符号确定，氩中的π介子和K介子相互作用，以及闪烁光用于量热法。
2015-11-01 hep-ex physics.ins-det
