暗物质寻找实验中CsI(Tl)晶体反符合探测器实验研究

一个正在建设的位于韩国Y2L地下实验室的低能暗物质探测实验中, 采用了CsI(Tl)晶体反符合探测器作为主动屏蔽体. 本工作对CsI(Tl)晶体反符合探测器的实验性能进行了研究. 通过FADC系统记录的脉冲波形数据, 研究了探测器的能量分辨率和波形甄别的能力; 研究相同能量γ射线入射到反符合探测器不同位置的相对光输出将有助于选择探测器的工作参数; 为了解晶体自身放射性对暗物质测量的影响, 利用低本底HPGe探测器对CsI(Tl)晶体内部的放射性进行了测量, 得到晶体内部Cs同位素的放射性活度. 探测器系统进行了约18d的试运行取数. 实验数据表明, CsI(Tl)晶体探测器的反符合效率约为31% HPGe探测器的本底计数率水平约为133cpd. 为了进行暗物质探测研究, 需要采取有效的方法进一步降低探测器的本底水平.     

CsI（TI）晶体中反冲Cs和I核Quenching Factor的测量

许多实验对用CsI(Tl)闪烁晶体作为探测器来寻找和探测暗物质的可行性进行了研究。本工作利用8MeV单能中子轰击CsI(Tl)晶体探测器来研究Cs核和I核的Quenching Factor。在数据处理中，运用脉冲形状甄别（PSD）方法来分辨反冲核信号和本底信号。实验结果表明，在7keV到132keV的能区中，Quenching Factor随着反冲核能量的减少而增加。在探测暗物质的实验中，这一性质对于CsI(Tl)晶体探测器获得较低的能量阈值是很有利的。     

CsI(Tl)晶体中反冲Cs和I核Quenching?Factor的测量

许多实验对用CsI(Tl)闪烁晶体作为探测器来寻找和探测暗物质的可行性进行了研究.本工作利用8MeV单能中子轰击CsI(Tl)晶体探测器来研究Cs核和I核的QuenchingFactor.在数据处理中,运用脉冲形状甄别(PSD)方法来分辨反冲核信号和本底信号.实验结果表明,在7keV到132keV的能区中,Quench ingFactor随着反冲核能量的减少而增加.在探测暗物质的实验中,这一性质对于CsI(Tl)晶体探测器获得较低的能量阈值是很有利的.     

低能量阈高纯锗探测器用于暗物质探测实验研究

一个位于韩国江原道襄阳郡地下实验室的暗物质WIMP探测实验中, 采用了低能量阈高纯锗探测器, 带有碘化铯晶体反符合探测器作为主动屏蔽体. 整个系统设置和能量标定已经完成, 并且已经积累了约155d的本底数据. 还应用外置伽玛源和中子源进行了实验, 以判断本底的来源. 介绍了数据的分析和初步结果, 并给出了实验诱人的前景.     

基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统设计

本文设计了基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统来降低天然本底和康普顿散射对低活度放射性测量的影响。该系统选用Φ145 mm×95 mm×80 mm的NaI （Tl）环形探测器与Φ75 mm×75 mm的NaI （Tl）主探测器构成反符合探测器,采用FPGA和高速ADC同步采样主探测器脉冲信号和反符合环形探测器输出信号。在FPGA中实现了核脉冲信号采集、缓存、反符合甄别、梯形成形等相关算法。在天然本底测量实验中,数字反符合γ谱仪系统的计数率为191.80 cps,本底抑制系数为2.69;对137Cs放射源的测量实验表明,在反符合探测器端面中心处,反符合测量峰总比为0.41,能量分辨率为6.99%;在反符合探测器侧面中间部位,反符合测量峰总比为0.30,能量分辨率为7.48%。实验结果表明,基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统明显降低了天然环境本底和康普顿散射对测量的影响,适用于低活度放射性测量、现场就地放射性测量。     

TEXONO低能中微子实验中的CsI(T1)晶体探测器

TEXONO合作组首次采用CsI(T1)晶体测量反应堆中微子的能量、通量和反常磁矩,描述了实验的基本原理,探测器结构及其性能.     

HPGe 探测器晶体尺寸及效率的研究

采用蒙特卡罗方法模拟计算光子的探测效率需对高纯锗( HPGe ) 探测器进行准确的建模。模拟计算研究了HPGe 晶体长度对探测效率的影响,并在空间不同的测量位置对放射源进行测量,将模拟计算与实验测量相结合,对探测器晶体的尺寸进行调整,获得了HPGe 探测器晶体的模拟计算的准确尺寸,并在122s1 332 keV 能量范围内对模拟结果进行了验证。结果表明,在此能量范围内HPGe 探测器的探测效率的模拟计算值与实验测量值的相对偏差大多数在5% 内,并建立点源探测效率与探测器轴向距离的关系。The accurate shape of HPGe detector is needed in order to calculate its detection efficiency with Monte Carlo methods. In our calculation, the influence of the HPGe crystal size on efficiency has been investigated; the final crystal sizes were determined by comparison with experiments and were validated by the experimental efficiency obtained at several source-to-detector positions. The results show that when the crystal dimensions determined are used to calculate the detection efficiency in the energy range 122s1 332 keV, the relative deviations between simulated and most experimental results were within 5%. In addition, the relationship between detection efficiency and axial distance to detector was established.     

CsI（T1）晶体量能器中硅光二极管的核计数器效应研究

研究了由于电磁簇射在CsI（T1）晶体后端的泄漏而引起的硅光二极管“核计数器”效应．通过GEANT模拟和实验测量分析其在BESⅢ的CsI（T1）晶体量能器中对能量测量的影响．     

DAMA暗物质实验本底问题的研究

文章介绍中意合作DAMA组100kgNaI(Tl)晶体阵列实验结果,重点探讨了可能影响探测实验结果的多种因素.通过蒙特卡罗模拟计算,北京组得到了探测晶体阵列内部的放射性杂质的本底贡献,它们与本底的实验结果一致.另外,模拟计算结果表明,快中子、太阳中微子等对本底的贡献很小,这样也排除了由它们引起DAMA实验结果的可能性.     

基于GEANT4的CsI(T1)闪烁体探测器的Monte Carlo模拟

对闪烁光在晶体内的传输以及光电子倍增过程进行了建模,基于GEANT4软件包对CsI(T1)闪烁体探测器进行了蒙特卡罗模拟,得到了不同形状、尺寸和包装的CsI(T1)晶体测量γ射线的能谱.对比模拟和测试结果,两者得到了很好的符合,从而验证了模拟参数的合理性和可靠性.该模拟程序的建立为闪烁体探测器的设计提供了更精确的开发工具.     

TEXONO中微子实验屏蔽效果的Monte Carlo研究

TEXONO实验采用CsI (T1)晶体量能器测量反应堆低能中微子的能谱和通量,确定中微子ν_e的反常磁矩并为中微子振荡实验做技术准备.详细描述了屏蔽体的安排,本底的主要来源,基于GEANT3软件包做了Monte Carlo研究,得到屏蔽体对本底的屏蔽效果.     

掺钆液闪中子探测器的研制

中子在探测器中能产生与暗物质粒子(WIMPs)类似的核反冲信号,对于低背景的暗物质直接探测实验,精确测量和排除中子的干扰尤其重要。为测量中国锦屏地下实验室(CJPL)中子本底的通量,研制了高效的、具有很强"中子-伽马"分辨的掺钆液闪快中子探测器。介绍了掺钆液闪中子探测器的研制和性能,包括探测器形状和尺寸的设计,液体闪烁体类型、光电倍增管型号以及液闪容器材料的选择,探测器的伽马能量刻度以及中子与伽马信号的甄别。用Am-Be中子源对探测器进行探测效率刻度,得到阈值为0.2 MeV等效电子能量的中子探测效率为(6.30±0.30)%,满足中国锦屏地下实验室对中子通量测量的要求。     

CsI（Tl）+Si-APD探测器的性能测试

介绍了Si-APD的工作原理并对Si-APD中的暗电流进行了理论分析。基于RIBLL上产生的放射性核束流,使用CsI（Tl）+Si-APD探测器对中能重离子进行了能量测试。测试结果显示,CsI（Tl）+Si-APD探测器测量20 MeV/u的重离子时,可得到3%的能量分辨;同时还发现Si-APD中的暗电流大小以及入射粒子的能量大小都会对探测器的能量分辨产生影响。In this paper, the working principle of Si-APD was introduced and the dark current of Si-APD was analyzed theoretically. The intermediate energy heavy ions, which are produced on the RIBLL(Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou), were measured with CsI(Tl)+Si-APD detector. The energy resolution of CsI(Tl)+Si-APD detector is about 3% for heavy ions with energy around 20 MeV/u. It is also found that the energy resolution of detector can be in uenced by the dark current of Si-APD and the energy of incident particles.     

低能量阈HPGe探测器测量WIMPs

建立了一套用于暗物质WIMPs粒子直接探测研究的低本底、低能量阈高纯锗探测器,探测器质量为5g,能量阈可以达到100eV.基于标准模型的最小超对称性扩展理论(MSSM),讨论了该探测器可能研究的超对称参数空间.研究结果表明,在WIMPs较小质量区域,这一实验可能给出WIMPs与锗核相互作用截面的最低上限     

C/O比能谱测井中碘化钠探测器对g射线响应函数的计算

 给出了中子g 能谱测井中NaI闪烁探测器对g 射线响应函数的计算方法,计算了3×3NAI（T1）探测晶体对能量直到25MeV的g 射线的能量沉积谱和响应函数。计算结果与实验结果符合较好。     

高纯锗探测器实验的可视化数据分析系统

高纯锗(high-purity germanium, HPGe)探测器是γ放射性分析的重要设备之一。HPGe探测器实验对于核学科人才培养至关重要。基于兰州大学核科学与技术学院HPGe探测器本科生实验教学需求，开发了基于LabVIEW的可视化数据分析系统。系统以可视化的编程方式完成HPGe探测器的效率刻度和能量刻度，能够实现对实验数据的分析与处理及实验结果的可视化输出，具有活度测量和未知源判断两种功能。系统界面清晰简洁、操作方便，丰富了实验教学模式，有助于激发学生的学习兴趣，提升实验课堂教学效果。同时，该系统在中子活化分析、核素分析、环境辐射监测等方面也具有一定的应用价值。     

HIRFL-CSR ETF多层CsI(Tl)望远镜探测器能量刻度方法

在兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）的外靶终端（ETF）,设计建造了一套多层CsI（Tl）望远镜探测器,用于对轻质量带电粒子的鉴别。这套探测器由7层CsI（Tl）晶体组成,每一层晶体光输出信号由4个光电倍增管分别在晶体4角读出。由于CsI（Tl）晶体对于重离子的响应是非线性的,且与入射离子的种类有关,这些因素使得对这台探测器的能量刻度需要做专门的研究。利用RIBLL2提供的能量在200 s~300 MeV/u的次级束流对探测器进行了测试,并针对第一片CsI（Tl）晶体的光输出以及所有CsI（Tl）晶体光输出的和的刻度方法分别进行了探索。在此能区下,第一片CsI（Tl）晶体猝灭现象可以近似忽略,即光输出与能量沉积近似呈线性。对于所有晶体光输出的和,利用一个经验公式对其进行刻度,利用这种刻度方法计算得到的光输出的值与实验测量值之间的差别小于5%。A multi-layer CsI(Tl) telescope has been designed and constructed at External Target in Facility (ETF) terminal of the Cooling Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou(HIRFL-CSR), and is used for identifying light charged particles. The detector consists of seven layers of CsI(Tl) crystals, and the signals of each crystal are read out by four photomultipliers at the corners. Since the response of the CsI(Tl) crystal to the heavy ions is non-linear and also depends on the species of the incident ions, the energy calibration method of the telescope must be carefully studied. With the help of the secondary beams selected by RIBLL2 in the energy ranges from 200 to 300 MeV/u, the telescope has been tested and the energy calibration method for the first-layer crystal together with the whole telescope has been investigated. In this energy region, the quench effect in the first-layer crystal can be neglected and a linear expression can be used to represent the relation between the light output and the energy deposition in the crystal. To the total light output of the telescope, an empirical formula is used for the energy calibration. The difference between the calculated results and the experiment data is globally less than 5%.     

TEXONO实验中CsI(T1)闪烁体探测器阵列的能量与位置重建

简略叙述了TEXONO实验中的数据分析方法.对于双端读出的CsI(Tl)晶体探测器的能量重建中出现的两类问题分别提出了补偿方法,以提高能量谱的分辨率.     

长柱形CsI（T1）闪烁晶体探测器的能量重建

提出了用于TEXONO实验中双端读出的长柱形CsI(T1)闪烁晶体探测器的两种粒子能量重建方法——“算术平均值能量重建法”和“几何平均值能量重建法”，讨论了两种算法的理论依据和计算方法，并对两种算法进行了比较。     

γ射线和PET用晶体单元相互作用特性的研究

γ射线与晶体单元的相互作用特性对于PET探测器的研制有着重要的参考意义. 通过实验测得了不同能量的γ射线在BGO, CsI, NaI 3种闪烁晶体中的探测效率、 能量分辨率等相互作用特性参数, 并与蒙特卡洛模拟结果进行了比较. 结果给出了最适合PET探测器的晶体单元. It’s important for development of PET detector that the interaction effect of γ rays and scintillator units are studied. The detection efficiencies and energy resolutions of γ rays for BGO, CsI and NaI crystal detector units are measured. Geant4 Monte Carlo simulations are compared with the experimental results. The results of the best detection units for PET detector are presented.