Efficient Machine Learning Approach for Optimizing the Timing Resolution of a High Purity Germanium Detector
University of Texas at Arlington（德克萨斯大学阿灵顿分校）
我们在这里描述了一种有效的基于机器学习的方法，用于提取波形的到达时间的参数的优化，特别是那些由60立方厘米的同轴高纯锗探测器（HPGe）的511 keV湮灭伽马射线的检测所产生的。该方法利用一种称为自组织映射（SOM）的人工神经网络（ANN），根据其上升沿的形状对HPGe波形进行聚类。通过最小化HPGe信号和BaF 2闪烁探测器产生的信号之间的时间差来找到属于特定簇的HPGe波形的最佳定时参数。将这些可变定时参数应用于HPGe信号，在511 keV光峰值（定义为511 +- 50 keV）处实现了约4.3 ns的伽马符合定时分辨率，并且对于整个伽马光谱实现了约6.5 ns的定时分辨率-而不会拒绝任何有效脉冲。这种定时分辨率接近模拟核电子学获得的最佳结果，而没有模拟优化过程的相应复杂性。我们进一步证明了机器学习方法的普遍性和有效性，通过将该方法应用于在样品上注入高能正电子后生成次级电子飞行时间谱。
2020-03-31 cond-mat.mtrl-sci cs.LG hep-ex
Detection of Noble Gas Scintillation Light with Large Area Avalanche Photodiodes (LAAPDs)
用大面积雪崩光电二极管（LAAPD）对Ar、Kr和Ar气中的闪烁光进行了一系列系统的测量。绝对量子效率的推导。Kr和Kr的值与制造商给出的值一致。对于第一次，我们表明，氩闪烁（128 nm）可以检测到量子效率超过40%。低压氩气显示出发射大量的非紫外线辐射。在此压力下，在氩气中产生非UV光子的平均能量消耗被测量为低于378 eV。
2004-12-23 physics.ins-det
Status Report of the GERDA Phase II Startup
锗探测器阵列GERDA实验位于INFN的国立大萨索大学（LNGS），搜索$^{76}$ Ge的$0νββ$。在双β发射极$^{76}$ Ge（$^{enr}$ Ge）中富集$\sim 86~\%$的锗二极管暴露为$0νββ$衰变的源和检测器。无中微子双β衰变被认为是一个强大的探测器，可以解决（超越）粒子物理标准模型的中微子领域仍然存在的问题。自2013年以来，在完成其实验计划的第一部分（第一阶段）后，GERDA设置已升级，以执行$0νββ$搜索的下一步（第二阶段）。第二阶段的目标是在大约3年的物理数据采集中达到对大于$10^{26}~$年的$0νββ$衰变半衰期的灵敏度。这暴露了探测器质量约为$35~$ kg的$^{enr}$ Ge，背景指数约为$10^{-3}~$ cts/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr）。其中一个主要的新的实现是液氩闪烁光读出，否决那些事件，只有部分存款的能量在Ge和周围的LAr。本文将介绍GERDA第二阶段的预期目标、升级工作以及2015年试运行和2016年校准运行的一些选定功能。还将审查第一阶段的主要成就。
2016-04-24 physics.ins-det
Cherenkov and Scintillation Light Separation Using Wavelength in LAB Based Liquid Scintillator
近年来，线性烷基苯（LAB）已被用作大型闪烁探测器（如大亚湾和SNO+）中PPO的溶剂。该组合物具有光产额高、材料相容性好、脉冲波形分辨能力强等优点。当带电粒子通过LAB+PPO时，会产生切伦科夫光和闪烁光。将切伦科夫与闪烁光分离将允许在未来的大规模探测器（如THEIA）中进行广泛的物理学研究，方法是允许用切伦科夫光进行方向重建，同时保留闪烁体探测器的高光产率和良好的粒子ID。在本文中，我们研究的歧视切伦科夫和闪烁光使用一组带通和分色过滤器。原则上，切伦科夫光发射在波长上比PPO闪烁光谱延伸得更长，从而允许排他性识别。我们发现，通过选择波长高于450 nm的切伦科夫光可以清楚地从闪烁光分离。
2019-05-03 physics.ins-det
Measurement of Liquid Argon Scintillation Light Properties by means of an Alpha Source placed inside the CERN 10-PMT LAr Detection System
欧洲核子研究中心（CERN）已经组装了一套利用液态氩（LAr）中电离粒子产生的闪烁光的粒子探测系统。该系统是基于10个大面积的光电倍增管（PMT）浸没在一个1500升的杜瓦瓶充满液氩，并配备了一个可扩展的馈通和机械支持的α源（241 Am）。源的位置可以相对于PMT平面在垂直和水平方向上改变。集成在源支架中的硅光电倍增器（SiPM）光电探测器阵列用于数据采集触发并定义光生成的t0。PMT和SiPM信号可以在不同的距离和不同的位置记录，允许测量LAr闪烁光的一些特性。对该系统进行了详细的研究和表征，预计不久将获得LAr闪烁特性的物理结果。
2020-04-20 physics.ins-det
Ultra-Low Noise Mechanically Cooled Germanium Detector
低电容、大体积、高纯锗（HPGe）辐射探测器已成功应用于低本底物理实验。然而，一些物理过程可能无法用现有的检测器检测到，现有的检测器的能量阈值受到电子噪声的限制。本文提出了降低这类探测器电子噪声的方法。通过超低振动的机械冷却和引线键合的CMOS电荷敏感晶体管的子pF的p型点接触HPGe探测器，我们证明电子噪声水平低于40 eV-FWHM。
2015-12-02 physics.ins-det
SBC-SNOLAB scintillation system and SiPM implementation for dark matter searches
本文介绍 SBC 合作组在 SNOLAB 建造的 10 kg 液氩气泡室 SBC-SNOLAB，重点阐述掺氙液氩、48 个 VUV SiPM、石英罐及液态 CF$_4$ 构成的闪烁系统及其单光电子否决设计。
2023-12-02 physics.ins-det
Time and position distributions in large volume spherical scintillation detectors
大型球形闪烁探测器在中微子物理实验研究中发挥着越来越重要的作用。从仪器的角度来看，这些装置的主要信号响应由闪烁体中粒子相互作用后每个光电管传递的阳极脉冲的时间和幅度构成。在这项工作中，在一些近似的假设下，我们推导出一些解析公式能够给出一个相当准确的描述这些探测器的最重要的定时功能，旨在补充更完整的蒙特卡罗研究通常用于一个完整的建模方法。本文完成了事件的位置分布，可以推断，通过一些推理算法，从光电倍增管的主要时间措施的数学描述。
2007-10-08 physics.ins-det
Detection of Scintillation Light of Liquid Xenon with a LAAPD
本文报道了用大面积雪崩光电二极管在液体中首次观测到α粒子和γ射线引起的液体氙闪烁现象。用5.5 MeV α粒子和511 keV γ射线分别测量了10%的能量分辨率（FWHM）和小于1 ns的符合时间分辨率（FWHM）。氙闪烁光（波长178 nm）的光电二极管的量子效率估计为~ 100%。
2002-03-05 physics.ins-det
On Proportional Scintillation in Very Large LXe Detectors
早在40年前，早稻田小组就首次实现了在液相中通过比例闪烁从LIGHTE探测器中读出电荷，但当时的技术挑战是压倒性的。虽然测试成功，但这种方法最终被丢弃，最终几乎被遗忘。对于今天的大型LIGO暗物质探测器来说，这种方法甚至没有被考虑过。相反，尽管有许多限制和挑战，但还是选择了双相技术。在两项独立的研究中，来自哥伦比亚大学和上海交通大学的研究小组重新评估了液相中的比例闪烁。两者都确立了非常大的LIGO探测器的优点，但哥伦比亚小组也遇到了明显的局限性，即阳极线对光的遮蔽以及脉冲形状对阳极区电子漂移路径的依赖。然而，这两项研究之间的差异并不是技术所固有的，而是所选择的几何形状的直接结果。考虑到几何差异，结果匹配无歧义。他们也同意Waseda小组的原始结果。随着技术问题的解决，该方法在未来的大型LC-TPC中使用的路径现在是开放的。
2019-10-29 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
Preliminary Design of a FADC Readout System for the Alpha/Beta Discrimination in a Large Area Plastic Scintillation Detector
本文介绍了一种基于EJ 444闪烁探测器和波长位移光纤读出器的自来水$α/β$剂量监测系统的FADC读出系统。读出系统包含双采样通道，可提供高达1 GSPS的采样速率、14位垂直分辨率和足够的有效位数（10 MHz时为9.7位），这对于区分alpha/beta信号之间的最小差异是最佳的。此外，该系统基于ZYNQ SoC，可提供高数据吞吐速度，低延迟和出色的灵活性。在判别算法方面，采用简单的最小二乘分类方法对$α/β$信号进行了判别，并显示出较高的判别能力。此外，对前端电子学和高压电源模块也作了简要介绍。
2020-10-27 physics.ins-det
Performance of VUV-sensitive MPPC for Liquid Argon Scintillation Light
日本滨松光子学公司（Hamamatsu Photonics K.K.）研制了一种新型的多像素光子计数器（MPPC），它对真空紫外光（波长λ < 150 nm）具有灵敏度。在早稻田大学低温实验室用液氮对新型MPPC的基本性能进行了测试。MPPC的击穿电压，电容和暗计数率的温度依赖性也进行了评估。此外，用241 Am α射线源对液氩（LAr）闪烁光（λ = 128 nm）的绝对光子探测效率（PDE）约为7%，不确定度为2%。基于这些基本的测量，新的MPPC的LAr探测器的暗物质搜索的可能应用进行了讨论。
2015-10-17 physics.ins-det
In-situ measurement of the scintillation light attenuation in liquid argon in the GERDA experiment
GERDA实验寻找$^{76}$ Ge中的无中微子双β衰变（$0νββ$），以探测中微子是否是马约拉纳粒子，并揭示中微子的质量排序。为了研究这样一种罕见的衰变，有必要尽量减少实验的背景。在GERDA实验的第二阶段，液态氩（LAr）的闪烁光被用作附加的背景否决。为了估计这种LAr否决的效率，必须知道在128 nm处达到峰值的闪烁光可以在LAr内行进多远。建立了一个专用的设置，以测量闪烁光在LAr在GERDA的低温恒温器内的原位衰减长度。该装置由不锈钢外壳和光电倍增管（PMT）组成，光电倍增管（PMT）的一侧和可移动的$^{90}$ Sr源在另一侧，以测量光源和PMT之间不同距离处的光强度。此外，开发了复杂的模拟，以确定立体角校正以及该测量的背景。假设在128 nm处散射长度为70 cm，分析结果为$15.8 \pm 0.7$（stat）${}^{+1.5}_{-3.2}$（syst）cm的吸收长度。所获得的吸收长度的值对于测量时GERDA中的LAr是特定的。
2019-11-07 physics.ins-det
LEGEND: The Large Enriched Germanium Experiment for Neutrinoless Double-Beta Decay
无中微子双β衰变的轻子数违反过程可能是产生中微子质量所需的标准模型之外的物理学的结果。采用不同的方法，当前一代的$^{76}$ Ge实验，MAJORANA DEMONSTRATOR和GERDA，在超低背景和能量分辨率方面都处于领先地位。下一代无中微子双β衰变实验需要增加质量和进一步减少背景，以最大限度地提高发现潜力。在MAJORANA DEMONSTRATOR和GERDA的成功基础上，LEGEND合作已经形成，以进行吨级$^{76}$ Ge实验，其半衰期超过$10^{28}$年。该合作旨在开发一个分阶段的无中微子双β衰变实验计划，首先使用LNGS现有的GERDA低温恒温器进行200 kg的测量。这些会议记录讨论了LEGEND的计划和物理范围，以及研发工作和现有资源的结合，以加快物理结果。
2018-10-01 physics.ins-det
Surface background suppression in liquid argon dark matter detectors using a newly discovered time component of tetraphenyl-butadiene scintillation
放射性同位素在探测器内表面的衰变可能成为直接探测暗物质的主要背景问题。虽然这些背景通常用位置切割来减轻，但是这些切割通过减少敏感质量来减少检测器的曝光，并且位置确定中的不确定性可能使得不可能充分地去除某些检测器中的此类事件。在本文中，我们提供了一种新的技术，大大减少这些表面背景液氩（LAr）探测器，独立的位置削减。这些探测器通常在内表面上使用四苯基丁二烯（TPB）涂层作为波长移位器，以将真空紫外（VUV）LAr闪烁光转换为可见光谱。我们发现，TPB闪烁包含一个组件，以前未报告的异常长的寿命（$\sim$ ms）。我们发现，该组件之间的α，β，和真空紫外激发，这使得使用脉冲形状歧视，以抑制表面背景的$10^3$的一个以上的因素与暗物质的灵敏度可以忽略不计的损失显着不同。我们还讨论了这种技术可以扩展到不仅仅是LAr实验。
2019-04-08 physics.ins-det
Multi-element Germanium Detectors for Synchrotron Applications
我们已经开发了一系列单片多元素锗探测器，由Forschungzentrum Julich生产的传感器阵列的基础上，在Brookhaven开发的专用集成电路（ASIC）。器件的元件数从64到384不等。这些探测器正在NSLS-II和APS用于一系列衍射实验，包括单色和能量色散。基于新一代FPGA片上系统器件，已经开发出紧凑且功能强大的读出系统，该器件提供嵌入在大型门阵列中的紧密耦合的多核处理器。我们将讨论这些系统的技术细节，并展示其中的一些结果。
2018-04-23 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
Fabrication and Characterization of High-Purity Germanium Detectors with Amorphous Germanium Contacts
无中微子双β衰变和暗物质实验需要大型高纯锗（HPGe）探测器。目前，大的（直径> 4英寸）HPGe晶体可以在南达科他大学（USD）生长。我们验证生长的晶体的质量是足够的，用于大型探测器制造和表征较小的HPGe探测器由这些晶体。我们报告的结果，从八个探测器制造超过六个月，使用晶体生长在USD。非晶锗（a-Ge）接触用于阻挡电子和空穴。两种类型的几何形状被用来制造HPGe探测器。因此，在USD的小型平面探测器的制造过程中进行了详细的讨论。针对8个探测器分析了程序和几何结构对探测器性能的影响。我们通过测量泄漏电流，电容和能量分辨率在662千电子伏的Cs-137源，其特征在于检测器。四个探测器表现出良好的性能，这表明在USD生长的晶体是适合用于制作HPGe探测器。
2019-02-14 nucl-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 new ultra low-level HPGe activity counting setup in the Felsenkeller shallow-underground laboratory
一个新的超低水平计数装置已经安装在德国德累斯顿的浅层地下实验室Felsenkeller。它包括一个高纯度锗探测器（HPGe），在被动和主动屏蔽内的相对效率为163\%。被动屏蔽层由45米的岩石覆盖层（140米水当量），40厘米的低活性混凝土和一个由防氡盒包围的铅和铜城堡组成。被动屏蔽单独被发现，以减少本底率的速率相媲美的其他浅地下实验室。一个额外的积极否决权是由五个大型塑料闪烁板周围的设置。在40-2700 keV的能量区间内，它进一步将本底速率降低一个数量级以上，降至116 $\pm$ 1 kg $^{-1}$ d $^{-1}$。如此低的本底率对于浅地下实验室和接近深地下实验室来说是前所未有的。
2023-01-11 physics.ins-det
Characterization of High-Purity Germanium Detectors with Amorphous Germanium Contacts in Cryogenic Liquids
在慕尼黑的马克斯-普朗克物理研究所，具有薄非晶锗触点的平面高纯锗探测器首次在液氮和液氩中成功地直接在低温恒温器中运行。这些探测器是在劳伦斯伯克利国家实验室和南达科他大学使用南达科他大学生长的晶体制造的。它们在两种低温液体中经受了长距离运输和多次热循环，并显示出合理的漏电流和光谱性能。还讨论了使用薄的非晶半导体材料作为一种替代接触技术在大规模的锗实验寻找物理超越标准模型的优点和缺点。
2020-08-03 nucl-ex physics.ins-det
The liquid-argon scintillation pulseshape in DEAP-3600
DEAP-3600是一种寻找暗物质的液氩闪烁探测器。用255个光电倍增管记录了液氩（LAr）中的闪烁事件，并用脉冲形状鉴别（PSD）抑制了背景事件。LAr的优异PSD性能使其成为寻找暗物质的一个可行目标，而这里讨论的LAr闪烁脉冲形状是PSD的基础。所观察到的脉冲形状是LAr闪烁物理与探测器效应的结合。我们提出了一个模型的电磁背景事件的脉冲形状在感兴趣的能量区域的暗物质搜索。该模型由a）LAr闪烁物理学，包括所谓的中间分量，b）TPB波长移位器的时间响应，包括在$\mathcal O$（ms）时间尺度下的延迟TPB发射，以及c）PMT响应组成。TPB是大多数LAr探测器中选择的波长移位器。我们发现波长移动光的强度中约有10%处于TPB的长寿命态。这导致来自事件的光溢出到后续事件中，其程度通常在基于LAr的检测器的设计和数据分析中不被考虑。
2020-06-08 physics.ins-det
Numerical characterization of the ARAPUCA: a new approach for LAr scintillation light detection
ARAPUCA的概念已被提出作为一个简单而整洁的解决方案，通过移动和捕获的闪烁光在贵液体中的SiPM的有效收集面积，从而提高中微子和暗物质的搜索实验中使用时间投影室的计时和量热分辨率的巨大潜力。预期单光子探测效率大于1%。最初的设计包括一个由高反射内表面材料制成的盒子，以及一个由两个移相器和一个二向色滤光片组成的光子接受窗口。第一个移相器将液氩闪烁真空紫外光转换成波长小于二向色截止的光子，因此表面对它是高度透明的。当通过二向色滤光片时，它到达第二个移相器，使光子移到可见光区并被嵌套在其内的SiPM检测到。当它进入盒子时，光子可能会反射几次，包括在二向色滤光器表面上。我们提出了一个完整的数值描述的设备使用Monte Carlo框架，包括表征的接受窗口，不同材料的反射模型，和传感器的量子效率，现在可以用来进一步提高检测效率，通过比较不同的几何形状，位置的SiPM和材料。模拟效率，反射次数和采集时间的估计和分析计算相比。这些是非常有希望的结果，给出了1.7 $\rm \pm$ 0.3\%的液氩中的闪烁光的检测的总效率。估计的总效率的初步结果，从实验测试与ARAPUCA原型在巴西的比较。
2018-04-11 physics.ins-det
Optimization of Amorphous Germanium Electrical Contacts and Surface Coatings on High Purity Germanium Radiation Detectors
几十年前开发的半导体探测器制造技术今天被广泛用于从大体积的高纯Ge（HPGe）单晶生产伽马射线探测器。大多数所有这些检测器专门用于光谱测量，并且具有简单的设计，仅具有两个基于杂质的电接触，其通过B注入和Li扩散产生。虽然这些技术对于简单的光谱检测器工作良好，但是Li接触特别厚并且缺乏室温稳定性，使得其不适合用于伽马射线成像和粒子跟踪应用所需的许多更复杂的检测器。诸如溅射沉积的非晶Ge（a-Ge）的非晶半导体的薄膜是容易制造、薄并且可以精细分段的替代电接触的基础。a-Ge还用作未被电接触覆盖的HPGe表面上的钝化涂层。a-Ge的性质影响所得探测器的性能，并且这些性质基本上取决于溅射沉积工艺参数并且通过溅射沉积工艺参数是可控的。本文的主题是这种互连的制造工艺参数，a-Ge的属性，和探测器的性能。a-Ge薄膜的电阻，a-Ge接触电子注入，和室温储存稳定性的性能进行了评估作为溅射气体的压力和溅射气体H2组成的溅射工艺参数的函数。两种不同的溅射沉积系统用于生产a-Ge电阻器和具有a-Ge电接触的HPGe探测器。这些样品的电特性作为温度的函数。本文给出了这项研究的总结和讨论的相关性的研究结果，以优化检测器的性能。
2018-09-09 physics.ins-det
Germanium target sensed by phonon-mediated kinetic inductance detectors
针对暗物质与中微子探测需求，本研究设计、制造并运行了与锗吸收体耦合的动态电感探测器（KIDs），其声子探测性能与硅吸收体相当，为可扩展中微子探测器和多靶暗物质实验提供了概念验证。
2025-04-15 physics.ins-det
p-process chaser detector in $n$-$γ$ coincidences
我们提出了两种类型的中子- $γ_1$ - $γ_2$三重符合探测器（未构造），用于追踪$(γ, n)$反应中中子发射后的γ跃迁，以产生p核。在I型探测器中，用24个$^3$ He计数器和6个液体闪烁探测器分别探测中子。$γ$射线用两个高纯锗探测器和四个LaBr $_3$（Ce）探测器探测。该探测器被称为p过程追踪探测器，用于寻找$^{180}$ Ta中的中介态，通过该中介态，$^{180}$ Ta中的同分异构态和基态在p过程中被热化。在高核能级密度域中搜索共振态和未分辨态。
2022-03-25 nucl-ex physics.ins-det
Distributed Imaging for Liquid Scintillation Detectors
我们讨论了一种新的模式在闪烁辐射探测器的光学读出。在一种常见的配置中，这种检测器是均匀的，并且闪烁光由外部光电检测器收集和记录。通常认为，在这样的光子饥饿和大发射率制度的成像是不可能的。在这里，我们表明，适当的光学，匹配高度分段的光电探测器覆盖范围和专用的重建软件，可以用来产生辐射诱发事件的图像。特别地，这样的“分布式成像”系统可以区分作为单个集群产生的事件和由更多离域能量沉积产生的事件。这在区分MeV能量的许多常见背景中至关重要。使用模拟，我们证明了一个实际的，如果初步的，一套光学增强检测器的性能。最后，我们注意到，这种新技术本身适合于不同的探测器尺寸，并简要讨论了一些常见的应用在科学和技术的影响。
2017-11-27 physics.ins-det
High Purity Germanium Based Radiation Detectors with Segmented Amorphous Semiconductor Electrical Contacts: Fabrication Procedures
由大体积高纯度Ge（HPGe）单晶构造的辐射探测器广泛用于伽马射线光谱学。用于该应用的检测器可以是简单的，因为它们仅需要具有用于电压施加和信号读出的两个电触点。这种基于HPGe的探测器已经使用标准半导体制造工艺商业生产了几十年。然而，对于伽马射线成像和粒子跟踪的应用，需要检测器内的相互作用位置测量以及沉积能量的测量。这需要更复杂的检测器，其通常具有被分成大量段的电触点，这些段可以被单独地仪表化以用于信号读出。可靠且经济高效地实施标准商业流程的联系人细分是一项挑战。劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）开发了一种基于薄膜非晶半导体层的替代制造技术，可用于生产精细分段、完全钝化的HPGe探测器。在过去的近二十年里，大量的分段接触HPGe探测器已在LBNL使用该技术生产。本文提供了一套程序，已在LBNL用于制造的分段非晶半导体接触HPGe探测器。
2020-06-09 physics.ins-det
Discrimination of nuclear and electronic recoil events using plasma effect in germanium detectors
本文报道了一种利用高纯锗探测器中等离子体效应引起的等离子体时间差来区分核反冲事件和电子反冲事件的新方法。详细讨论了等离子体效应的物理机制。本文建立了一个计算锗探测器中不同能量核反冲和电子反冲等离子体时间的数值模型。可以表明，在某些条件下，等离子体时间差大到足以观察到。在实现这样的歧视锗探测器的实验方面进行了讨论。
2016-07-13 nucl-ex physics.ins-det
Impact of xenon doping in the scintillation light in a large liquid-argon TPC
氙掺杂液氩的使用是大型纯液氩TPC的一种有前途的替代方案。掺氙液氩不仅增强了光的产生，减轻了由于杂质而可能造成的抑制，而且增加了闪烁光的波长，扩大了有效的瑞利散射长度，改善了检测均匀性。ProtoDUNE Dual-Phase是一个300吨有效体积的LAr TPC，是深层地下中微子实验（DUNE）的原型，DUNE是一个用于长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的双站点实验。Protodune Dual-Phase在欧洲核子研究中心用纯液态氩和氙掺杂液态氩收集宇宙μ介子数据一年多。将介绍闪烁光中氙的存在的影响及其与纯液氩数据的比较。这些结果是感兴趣的任何未来的大型LAr TPC。
2021-09-13 hep-ex physics.ins-det
Prospects of the search for neutrino bursts from Supernovae with Baksan Large Volume Scintillation Detector
观测银河系超新星爆炸产生的高统计中微子信号是低能中微子天文学的一个主要目标。目前，人们对大型液体闪烁探测器（LLSD）探测核塌缩超新星（ccSN）中各种中微子和反中微子的前景进行了广泛的讨论。其中一个拟议的LLSD是Baksan大容量闪烁探测器（BLVSD）。该探测器将安装在俄罗斯科学院核研究所的Baksan中微子观测站，深度为4800 mw.e.。低能中微子天文学是BLVSD的主要研究方向之一。
2015-08-06 astro-ph.IM physics.ins-det
Measuring Fast Neutrons with Large Liquid Scintillation Detector for Ultra-low Background Experiments
我们开发了一个12升体积的中子探测器，充满了液体闪烁体EJ 301，测量中子在地下实验室，其中暗物质和中微子实验的位置。探测器目标是一个圆柱体，内部涂有反射涂料（95%反射率），可显著增加探测器的光收集。我们演示了几种校准技术，使用点源和宇宙射线μ子的能量高达20兆电子伏的大型液体闪烁探测器。首次使用大型液体闪烁体显示了使用脉冲形状鉴别的中子-伽马分离，其中几个MeV中子到数百个MeV中子。
2013-06-12 hep-ex physics.ins-det
Spectral Photon Sorting For Large-Scale Cherenkov and Scintillation Detectors
我们在这里描述的测量与一个新的设备，“二色性”，温斯顿式的光集中器建成的二向色反射器，它可以允许大规模的中微子探测器排序光子的波长与小的整体光损失。光子分选将有利于大规模的水或冰切伦科夫探测器，如Hyper-Kamiokande或ICECUBE，通过提供色散的测量，这反过来又可以改善位置重建和定时。对于像JUNO这样的闪烁体探测器，升级到SNO+或KamLAND-ZEN，或者像Theia这样的水基液体闪烁体探测器，二色棱锥将提供切伦科夫和闪烁光之间的有效区分，使它们能够作为真正的混合探测器运行。我们包括测量与原型二色锥使用第一切伦科夫源显示光谱光子分选工程预期。然后，我们提出了两个不同的实验室为基础的液体闪烁体源的测量，并证明切伦科夫和闪烁光之间的歧视。在工作台上，我们可以识别纯度高于90%的切伦科夫光，同时保持闪烁光的高收集效率。还介绍了一个大规模的检测器的模拟的第一结果。
2020-04-15 hep-ex 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
Multi-site Event Discrimination in Large Liquid Scintillation Detectors
已经进行了模拟研究，以探索在大规模液体闪烁探测器中区分单站点和多站点能量沉积的能力。已经发现了一种稳健的方法，该方法被预测为导致各种各样的事件类的显著统计分离，提供了一种强有力的工具来区分背景并打破信号提取中的重要简并。这对液体闪烁体从$^{130}$ Te和$^{136}$ Te中寻找无中微子双β衰变（$0νββ$）具有特别相关的影响，其中可以将真实的$0νββ$信号与大多数放射性背景（包括来自宇宙成因产生的放射性背景）以及来自目标同位素的未知伽马线区分开。
2019-07-22 hep-ex physics.ins-det
Scintillation light detection in the 6-m drift length ProtoDUNE Dual Phase liquid argon TPC
深地下中微子实验（DUNE）是长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的前沿实验。ProtoDUNE-Dual Phase（DP）是一个6x6 x6 m $^3$液氩时间投影室（LArTPC），于2019-2020年在CERN中微子平台上运行，作为DUNE远探测器的原型。在ProtoDUNE-DP中，LArTPC中宇宙μ子产生的闪烁和电致发光由放置在离电离轨道7米远的光电倍增管收集。在本文中，我们提出了性能的ProtoDUNE-DP光子探测系统，比较不同的波长移动技术和使用的氙掺杂LAr作为一个有前途的选择，为未来的大型LArTPC。闪烁光的产生和传播过程进行了分析，并与模拟进行了比较，提高了对液态氩特性的理解。
2021-11-18 hep-ex physics.ins-det
Scintillation light detection in the long-drift ProtoDUNE-DP liquid argon TPC
ProtoDUNE-DP是一个6x6 x6 m3的液氩时间投影室（LArTPC），于2019-2020年在CERN的中微子平台上运行，作为DUNE远探测器的原型。DUNE是一个用于长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的双站点实验。这些探测器中的光信号对于提供精确的计时能力至关重要。在ProtoDUNE-DP中，宇宙μ子在LArTPC中产生的闪烁光由放置在距离相互作用点7 m处的光电倍增管（PMT）收集。闪烁光的产生和传播过程进行了分析，并与模拟进行了比较，提高了对一些液态氩特性的理解。
2021-06-29 hep-ex physics.ins-det
A large area plastic scintillation detector with 4-corner-readout
研制了光电倍增管（PMT）四角观察的760 $\times$ 760 $\times$ 30 mm $^3$塑料闪烁探测器，并用宇宙射线和$γ$射线对探测器进行了测试。发现了一个与位置无关的有效时间T $_{eff}$，表明该探测器可以用作TOF探测器。还可以从四个角点通过时间重建命中位置。TOF分辨率为236 ps，位置分辨率为48 mm，并研究了探测效率。
2015-08-26 nucl-ex physics.ins-det
Predicting Transport Effects of Scintillation Light Signals in Large-Scale Liquid Argon Detectors
液态氩被用作中微子物理学和暗物质研究的探测介质。近年来，为了扩大闪烁光在液氩时间投影室中微子探测器中的应用，需要发展先进的模拟闪烁光的方法。目前可用的方法往往是令人望而却步的缓慢或不精确的，由于检测器的大小和中微子束相互作用沉积的能量的组合。在这项工作中，我们提出了一个半解析模型来预测氩闪烁光的数量观察到的光探测器的精度优于$10\%$，仅基于闪烁和光探测器之间的相对位置。我们还提供了一种方法来预测这些光子的传播效应占到达时间的分布。此外，我们提出了一个等效模型来预测探测器阴极上存在波长漂移、高反射层的情况下的光子数量及其到达时间。我们提出的方法可以用来模拟光在大型液氩探测器，如DUNE或SBND，也可以应用到其他探测器介质，如液体氙或氙掺杂液氩。
2021-04-05 hep-ex physics.ins-det
Phonon Quasidiffusion in Cryogenic Dark Matter Search Large Germanium Detectors
我们目前的结果准扩散研究大，3英寸直径，1英寸厚[100]高纯度锗晶体，在真空中的稀释冰箱冷却到50 mK，并暴露于59.5 keV的γ射线从Am-241校准源。我们比较了在两种不同的探测器类型，不同的声子传感器面积覆盖范围，从Monte Carlo的结果得到的数据。蒙特卡罗包括声子准扩散和由载流子产生的声子的产生，因为它们通过电离读出通道在检测器上漂移。
2011-07-18 cond-mat.mtrl-sci hep-ex physics.ins-det
A Novel Use of Light Guides and Wavelength Shifting Plates for the Detection of Scintillation Photons in Large Liquid Argon Detectors
当带电粒子穿过大型液态氩探测器时产生的闪烁光为弱相互作用粒子的研究提供了有价值的信息。本文使用实验室测量和宇宙射线数据从布兰奇杜瓦设施在费米实验室的特点的效率，在印第安纳大学开发的光子探测器技术的单相远探测器的DUNE。该技术的效率被发现是0.48%，在读出端时，检测器组件的特征与实验室测量。利用宇宙射线轨迹对效率的第二次测定与实验室测定结果相当一致。这两个效率测定的一致性支持最小电离μ子在穿过LAr体积时产生${\mathcal N}_{phot} = 40,000$光子/MeV的结果。
2018-07-03 hep-ex physics.ins-det
Simultaneous reconstruction of scintillation light and ionization charge produced by 511 keV photons in liquid xenon : potential application to PET
为了评估用于正电子发射断层成像的液体氙探测器的性能，我们研究了由511 keV光子在小型原型探测器中产生的闪烁光和电离电荷。用大面积雪崩光电二极管检测闪烁光，而电离电子在漂移高达3 cm后收集在装有低噪声电子器件的阳极上。研究了操作条件作为电场的函数。通过结合闪烁光和电离电荷信号实现了<10%（FWHM）的能量分辨率。研究了闪烁光与电离信号之间的关系。为了优化未来的探测器设计，对波动的来源进行了分析。
2009-06-22 physics.ins-det physics.med-ph
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
Near-infrared scintillation of liquid argon: recent results obtained with the NIR facility at Fermilab
经过简短的回顾以前的尝试，观察和测量液氩中的近红外闪烁，我们提出了新的结果与NIR，专用低温恒温器在费米实验室质子组装大楼（PAB）。新的结果给出了信心，近红外线可以作为大型液氩时间投影室中急需的光信号。11页，
2018-03-05 hep-ex 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
Characterization of water-based liquid scintillator for Cherenkov and scintillation separation
本文介绍了由线性烷基苯（LAB）和2，5-二苯基恶唑（PPO）配制的水基液体闪烁体的闪烁光产额和时间分布的测量。我们发现闪烁光输出与水中液体闪烁体浓度在1 - 10%之间呈线性关系，斜率为127.9 ± 17.0 ph/MeV/浓度，截距值为108.3 ± 51.0 ph/MeV，后者说明浓度小于1%时的非线性。这比从纯液体闪烁体光产额的简单外推所预期的要大。所测得的时间曲线比纯液体闪烁体的时间曲线快，上升时间小于250 ps，瞬发衰减常数在2.1-2.85ns范围内。此外，切伦科夫和闪烁光之间的分离使用宇宙μ子在CHESS实验中为每种配方进行量化，证明了在厘米尺度上的分离的改善。最后，我们简要讨论了大规模探测器的前景。
2020-09-23 hep-ex physics.ins-det
Performance of a Large Area Avalanche Photodiode in a Liquid Xenon Ionization and Scintillation Chamber
用大面积雪崩光电二极管（LAAPD）探测了α粒子、电子和γ射线在液体氙（LXe）中产生的闪烁光。测量α闪烁产率作为施加的电场的函数。我们估计LAAPD的量子效率为45%。来自零电场下的光测量的最佳能量分辨率对于来自Bi-207的976 keV内转换电子为7.5%（sigma），并且对于来自Am-241的5.5 MeV α粒子为2.6%（sigma）。用于这些测量的检测器也作为网格电离室操作以测量电荷产额。我们证实，在LC 10中使用LAAPD不会引入抑制自由电子漂移的杂质。
2005-02-14 astro-ph nucl-ex physics.ins-det
Measurement of Scintillation and Ionization Yield and Scintillation Pulse Shape from Nuclear Recoils in Liquid Argon
利用美国Notre Dame结构与核天体物理研究所的低能脉冲窄谱带中子束辐照双相液氩时间投影室（LAr-TPC），测量了反冲核在液氩中的闪烁和电离产额随外加电场的变化。安排液体闪烁计数器来探测和识别TPC中散射的中子，并选择反冲核的能量。我们报告测量的闪烁产额的核反冲能量从10.3至57.3千电子伏和中值施加的电场从0至970 V/cm。对于电离产率，我们报告测量从16.9至57.3千电子伏和电场从96.4至486 V/cm。我们还报告了闪烁和电离之间的关系，从核反冲，这是类似的闪烁和电离之间的关系，从电子反冲的观察。假设从$^{83m}$ Kr内转换电子到激子和离子对的能量损失分配与从$^{207}$ Bi转换电子到激子和离子对的能量损失分配相当，我们得到了在16.9 - 57.3 keV核反冲产生的激子（$N_{ex}$）和离子对（$N_i$）的数目及其比率（$N_{ex}/N_i$）。由于柱状复合，在LAr-TPC信号的方向敏感性参数的启发，平行和垂直于所施加的电场的反冲的光和电荷产率的比较首次提出。
2015-05-27 hep-ex physics.ins-det
Large-size sub-keV sensitive germanium detectors for the CONUS experiment
反应堆反中微子的强通量提供了一种独特的可能性，以探测弹性中微子散射原子核的完全相干特性。在这方面，探测器面临的挑战是记录最大几keV的微小反冲能量。CONUS实验安装在距离德国Brokdorf核电站反应堆堆芯17.1米的地方，旨在通过使用四个1公斤大小的点接触锗探测器来探测中微子相互作用通道，其能量阈值低于keV。本报告描述了这些探测器的设计、研发和最终生产的独特规格。它展示了它们在实验室条件下调试期间以及2018年4月1日开始在反应堆现场运行的前两年期间获得的出色电子性能。它突出了不同探测器参数的长期稳定性和CONUS屏蔽装置内锗探测器的本底水平。
2021-04-08 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Large-Mass Ultra-Low Noise Germanium Detectors: Performance and Applications in Neutrino and Astroparticle Physics
本文介绍了一种新型的辐射探测器--p型修饰电极锗二极管。原型显示，第一次，在核反应堆实验中的相干中微子-核散射的测量所需的功能（质量，能量阈值和背景预期）的组合。该设备杂交的质量和能量分辨率的常规HPGe同轴伽马能谱仪与低电子噪声和阈值的小型X射线半导体探测器，还显示了一个内在的能力，区分多个从单站点粒子相互作用。目前的性能的原型和可能的进一步改进进行了讨论，以及其他应用这种新型的设备在中微子和天体粒子物理（双β衰变，中微子磁矩和WIMP搜索）。
2007-01-07 astro-ph hep-ex nucl-ex
Scintillation and optical properties of xenon-doped liquid argon
液态氩（LAr）是粒子物理学和稀有事件研究中常用的探测介质。LAr闪烁光探测的挑战在于其短发射波长、长闪烁时间和短衰减长度。已知向LAr中添加少量氙可改善闪烁和光学性质。我们提出了一个表征活动的氙掺杂液氩（XeDLAr）的目标氙浓度范围从0到300 ppm的质量，包括测量的光电子产率$Y$，有效的三重态寿命$τ_3$和有效衰减长度$λ_\mathrm{att}$。测量是在地下低温氩设施，SCARF，1吨（XeD）LAr测试台在慕尼黑大学的浅地下实验室（UGL）。这三个闪烁和光学参数，同时观察到一个单一的设置，传奇液氩监测装置，LLAMA。液相和气相中的实际氙浓度用用于氙研究的杂质检测器IDEFIX（质谱仪设置）确定，并且证实成功掺杂。在最高掺杂浓度下，我们发现$Y$加倍，$τ_3$减少十倍至$\sim$ 90 ns，$λ_{att}$增加十倍至超过6 m。
2021-12-14 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Characterization of the photomultiplier tubes for the scintillation detectors of GRANDProto35 experiment
GRANDProto35是GRAND项目的第一阶段。它将由一个由35个无线电天线和24个闪烁探测器组成的阵列组成，无线电和闪烁子阵列独立触发。闪烁检测器阵列允许通过离线处理交叉检查所选择的无线电候选是否确实是空气簇射事件，从而定量地确定无线电阵列的检测效率。Hamamatsu R7725是闪烁探测器光电倍增管的候选产品。光电倍增管的性能直接影响闪烁探测器的时间分辨率、能量分辨率和动态探测范围，为了覆盖闪烁探测器的大动态范围，设计了具有双读出功能的光电倍增管分压电路。本文将详细介绍系统的设置、测量方法和结果。对光电倍增管的绝对增益、单电子能量分辨率、渡越时间扩展、线性动态范围和增益的温度依赖性进行了标定和研究。
2020-05-21 hep-ex physics.ins-det
Large-Area MPPC with Enhanced VUV Sensitivity for Liquid Xenon Scintillation Detector
为MEG II实验的液氙闪烁探测器研制了一种对真空紫外光敏感的大面积多像素光子计数器。该探测器设计用于探测来自轻子味违反衰变$μ^+ \to \mathrm{e}^+ γ$的52.8MeV光子，并基于具有高颗粒闪烁读出的$900\,\ell$探测器，由4092个VUV-MPPC组成，每个VUV-MPPC的有效面积为$139\,\mathrm{mm}^2$，总共为$0.57\,\mathrm{m}^2$。VUV-MPPC在真空紫外波段对闪烁光的探测效率高达21%，具有较高的增益，较低的光串扰和后脉冲，较低的暗计数率和较好的单光电子分辨率。VUV-MPPC的大有源区是通过串联四个独立的小VUV-MPPC芯片形成的，以避免传感器电容的增加，从而具有短的脉冲衰减时间，这对于高速率实验至关重要。在安装到检测器之前，还在室温下对为LIPE检测器生产的4180 VUV-MPPC进行了性能测试，发现所有VUV-MPPC都能正常工作，只有少数例外。详细介绍了VUV-MPPC的设计和性能，以及在室温下的性能测试结果。
2019-02-05 hep-ex physics.ins-det
