暗物质寻找实验中CsI（T1）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（T1）晶体反符合探测器作为主动屏蔽体.本工作对CsI（T1）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（T1）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（T1）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(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.     

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。     

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。     

X光高分辨探测用CsI(Tl)晶体的蒙特卡罗模拟研究

提出了一种基于CsI(Tl)闪烁晶体和面阵CCD器件、采用光纤和光纤面板进行光耦合及传输、以扇形束线阵扫描方式实现对X光高分辨探测的方案。CsI(Tl)晶体的尺寸大小将直接影响到晶体的发光效率及X光的高分辨探测,据此开展了蒙特卡罗模拟研究。模拟研究了X射线能量、X射线源到探测晶体的距离(源距)、CsI(Tl)晶体的厚度与X射线能量分布、全能峰效率与CsI(Tl)闪烁晶体转换效率之间的关系。结果表明,当X射线能量为120~450 keV,CsI(Tl)晶体尺寸厚度为0~1.5 cm变化时,全能峰效率的变化范围为31.34~96.74%,CsI(Tl)闪烁晶体的转换效率的变化范围为12.8~97.43%。可见,X射线的能量及CsI(Tl)闪烁晶体尺寸的厚度,是决定X光高分辨探测的重要参量,这对优化X光高分辨探测用CsI(Tl)晶体的尺寸设计具有一定的参考价值。     

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.     

CsI(Tl)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(Tl)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(Tl)晶体量能器中对能量测量的影响.     

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.     

双维位置灵敏CsI(Tl)探测器

描述了一种双维位置灵敏CsI(Tl)探测器.用3组分α源测量该探测器得到的位置分辨为0.81mm(FWHM),对于69MeV/u ³⁶Ar能量分辨为0.9％(FWHM).在RIBLL的ΔE-E粒子鉴别望远镜中常常作为E探测器.由于CsI(Tl)晶体对不同的粒子的能损-光输出的非线性,需要针对不同离子对CsI探测器作能量-光输出校正曲线.     

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%.     

用于暗物质探测实验的CsI(Tl)晶体探测器性能的实验研究

在直接测量暗物质的实验中,反冲核能量的Quenching Factor是一个重要参数.用低能X射线源对一套测量入射中子引起的反冲核能量Quenching Factor的系统进行了能量刻度,得到了这套系统的能量响应关系.PMT单光电子的发射对应于晶体中的能量沉积约为0.32keV.同时研究了不同能量的X射线引起的PMT输出电流信号的积分时间宽度与积分电荷的关系,得到最佳的PMT输出电荷收集条件.     

狭长CsI(Tl)闪烁体发光效率的研究

提出了基于狭长CsI（Tl）闪烁体和面阵CCD器件，采用光纤和光纤面板进行光耦合及传输，以扇形束线阵扫描方式实现对X射线探测与成像的工业X-CT系统探测器方案.基此，通过物理分析及数学建模，利用Matlab模拟研究了X光能量小于450 keV时狭长CsI（Tl）闪烁体的发光效率等性能指标.研究结果表明：当光电吸收截面μph和康普顿吸收截面μc分别为0.000313和0.0000295、反射层反射系数R和衬底反射系数Rs分别取0.95和0.8、荧光线性吸收系数σ取0.000222 μm－1时，得到狭长CsI(Tl)闪烁晶体的长度l、高度h和宽度w取值范围分别是926～4512 μm、242～5000 μm和242～5000 μm的结论.在此范围内，既可使闪烁晶体有较好的空间分辨率又可获得最高的发光效率.     

Temperature Effects of CsI(Tl) Crystal Detector with APD Readout

The temperature dependences of the light output of CsI(Tl) crystal grown at IMP and of the gain of the Hamamatsu S8664-1010 avalanche photodiode (APD) have been investigated systematically. The light output of the CsI(Tl) crystal increases with temperature by 0.67%/℃ in the region from －2℃ to 8℃, and by 0.33%/℃ in the region from 8℃ to 25℃, while the gain of the tested APD decreases by －3.68%/℃ (working voltage 400V) on average in the room temperature range. The best energy resolution 5.1% of the CsI(Tl) with APD was obtained for the 662keV γ ray from ¹³⁷Cs radiation source.     

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.     

Limit on the electron neutrino magnetic moment from the kuo-sheng reactor neutrino experiment

A search of neutrino magnetic moment was carried out at the Kuo-Sheng Nuclear Power Station at a distance of 28 m from the 2.9 GW reactor core. With a high purity germanium detector of mass 1.06 kg surrounded by scintillating NaI(Tl) and CsI(Tl) crystals as anti-Compton detectors, a detection threshold of 5 keV and a background level of 1 kg(-1) keV(-1) day(-1) at 12-60 keV were achieved. Based on 4712 and 1250 h of reactor ON and OFF data, respectively, the limit on the neutrino magnetic moment of mu(nu;(e))<1.3x10(-10)mu(B) at 90% confidence level was derived. An indirect bound of the nu;(e) radiative lifetime of m(3)(nu)tau(nu)>2.8x10(18) eV(3) s can be inferred.