Measurement of intrinsic radioactive backgrounds from the 137Cs and U/Th chains in CsI(Tl) crystals

The inorganic CsI(Tl) crystal scintillator is a candidate anti-compton detector for the China Dark matter Experiment. Studying the intrinsic radiopurity of the CsI(Tl) crystal is an issue of major importance. The timing, energy and spatial correlations, as well as the capability of pulse shape discrimination provide powerful methods for the measurement of intrinsic radiopurities. The experimental design, detector performance and event-selection algorithms are described. A total of 359×3 kg-days data from three prototypes of CsI(Tl) crystals were taken at China Jinping Underground Laboratory (CJPL), which offers a good shielding environment. The contamination levels of internal isotopes from ¹³⁷Cs, ²³²Th and ²³⁸U series, as well as the upper bounds of ²³⁵U series are reported. Identification of the whole α peaks from U/Th decay chains and derivation of those corresponding quenching factors are achieved.     

A Monte Carlo study for the shielding of γ backgrounds induced by radionuclides for CDEX

The CDEX (China Dark matter EXperiment) Collaboration will carry out a direct search for WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) using an Ultra-Low Energy Threshold High Purity Germanium (ULE-HPGe) detector at the CJPL (China JinPing deep underground Laboratory). A complex shielding system was designed to reduce backgrounds and a detailed GEANT4 Monte Carlo simulation was performed to study the achievable reduction of γ rays induced by radionuclides and neutron backgrounds by D(γ,n)p reaction. Furthermore, the upper level of allowed radiopurity of shielding materials was estimated under the constraint of the expected goal. Compared with the radiopurity reported by other low-background rare-event experiments, it indicates that the shielding used in the CDEX can be made out of materials with obtainable radiopurity.     

长柱形CsI(Tl)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(Tl)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     

TEXONO反应堆中微子能谱的计算

在低能反应堆中微子物理实验中,无论是研究中微子振荡、中微子反应还是测量中微子反常磁矩,都必须准确地知道反应堆中微子的通量和能谱.本文详细讨论了反应堆中微子能谱的计算方法,依据TEXONO实验所用的NP2反应堆的实际情况及探测器的安排,计算并得到中微子的通量和能谱.     

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.     

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     

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.     

Limits on light WIMPs with a 1 kg-scale germanium detector at 160 eVee physics threshold at the China Jinping Underground Laboratory

We report results of a search for light weakly interacting massive particle(WIMP) dark matter from the CDEX-1 experiment at the China Jinping Underground Laboratory(CJPL). Constraints on WIMP-nucleon spin-independent(SI) and spin-dependent(SD) couplings are derived with a physics threshold of 160 eVee, from an exposure of 737.1 kg-days. The SI and SD limits extend the lower reach of light WIMPs to 2 GeV and improve over our earlier bounds at WIMP mass less than 6 GeV.     

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.