国际地下实验室发展综述

地下实验室是开展粒子物理学、天体物理学及宇宙学等领域一些重大基础性前沿课题的重要研究场所和良好的低本底环境,建设和发展地下实验室对于一个国家的基础科学研究具有重要科学意义.目前,国际上许多国家都已经建立起地下实验室,而中国一直没有很好的地下实验室,特别是极深地下实验室.2009年,清华大学与二滩水电开发有限责任公司开展战略合作,利用锦屏山隧道建立中国首个世界最深的地下实验室--中国锦屏地下实验室(China Jinping Underground Laboratory,CJPL),并于2010年12月12日正式启用.中国锦屏地下实验室的建成,标志着中国已经具备开展物理学重大基础前沿科学研究的自主地下实验平台,对于推动我国相关领域的重大基础前沿课题的自主研究意义重大.文章对国际上一些重要地下实验室的情况进行了介绍,并对中国锦屏地下实验室的基本情况进行了介绍.     

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.     

液氩探测器在稀有事例探测中的应用和发展

稀有事例探测是近几年热门的粒子物理前沿课题,如暗物质、无中微子双贝塔衰变、中微子-核子相干弹性散射等实验都在逐渐被规划和实施.进行稀有事例探测要求探测器有极佳的性能,同时对环境本底有很高的要求,因此探测器和相关材料的选择是稀有事例探测的一个重要课题.液氩因为成本低、闪烁性能好、体积限制较小等优势成为稀有事例探测器的一种重要介质.经过几十年的发展,单相液氩闪烁体探测器和两相氩时间投影室成为两种常见的液氩探测器类型,并开始被国内外各实验组应用于稀有事例探测实验中.本文首先对两种常见的液氩探测器的原理和特性进行介绍,然后详细介绍国内外相关稀有事例探测实验组对液氩探测器的研究和应用现状以及未来规划,最后讨论未来液氩探测器在稀有事例探测中的应用前景和优化方向.     

多气隙电阻板室抗辐照性能研究

给出了为RHIC-STAR飞行时间探测器设计的多气隙电阻板室(MRPC)的辐照实验结果. 实验采用100mCi⁶⁰Co γ源, 采用不同的剂量率对MRPC进行辐照. 一个室在大剂量率2.87×10^－2Gy/h下辐照了24h后, 其性能如噪声计数率, 暗电流等均大大退化. 另一个室在相对低剂量率5.31×10^－4Gy/h下辐照了530h, 其性能没有见到任何变坏. 实验的目的是为了了解这种探测器在几年的运行中经过大剂量的辐照后的性能变化情况.     

一种改进的计算探测器校正因子的相关抽样方法

对于小尺寸探测器处于大块介质的情形, 在探测器的校正因子的Monte Carlo模拟中, 存在两个难题: 一是由于探测器尺寸很小粒子难以到达探测器并发生碰撞; 二是两个随机变量比值难以达到要求精度. 本文使用经过改进的粒子碰撞自动重要抽样方法, 再结合相关抽样方法, 解决了这两个难题, 并在MCNP-4C程序平台上加以实现. 除了粒子碰撞自动重要抽样以外, 还选用了其他3种方法: 直接模拟、区域分裂、强迫碰撞+Dxtran球分别与相关抽样方法结合, 对一个简化的探测器校正因子计算模型进行了计算. 实际计算结果表明, 相关抽样方法无论与哪种方法结合, 都起到了提高相关量计算效率的作用; 而它与粒子碰撞自动重要抽样结合, 比其他方法具有明显的优越性.     

种子法制备三角形银纳米粒子及其性能表征

 以十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)为软模板剂，采用种子法制备出三角形银纳米粒子，应用透射电镜、能量散射X射线谱仪、紫外 可见分光光度计研究了粒子的性能。结果表明：所得三角形银纳米粒子是面心立方单晶，边长随着种子加入量的减少而递增，可在20～100 nm范围内调节；CTAB以薄膜形式包覆于粒子表面阻止其氧化，粒子胶体的吸收光谱呈现典型的三角形粒子吸收峰。用扫描电镜观测到粒子在硅片上自组装成一定的2维阵列结构。     

中红外激光功率密度探测单元的研制

 采用室温光导型HgCdTe探测器,研制了可用于中红外激光功率密度测量的探测单元,主要包括衰减片、探测器、放大电路、数据采集和信号处理５个部分。分析了室温中红外HgCdTe光电探测器的温度特性,并提出了探测器响应率温度自适应校正模型。该探测单元工作温度为－40～30 ℃,功率密度测量不确定度小于20％。     

光照法在玻璃基底上原位生长金纳米结构及其光谱性质

 以硅烷化后吸附粒径小于10 nm的金种子的玻璃片为基底,聚乙烯吡咯烷酮为还原剂,在荧光灯照射条件下还原氯金酸,制备出表面具有金纳米粒子聚集结构的基底。用原子力显微镜、扫描电镜、X射线衍射、吸收和荧光光谱研究了基底的性质。结果表明：随着光照时间增加至20 h,金种子长大为平均粒径140 nm的不规则状多晶粒子,且出现双层粒子堆叠。基底的吸收光谱上出现了由金粒子的表面等离子体激元偶极子耦合引发的强烈吸收峰,随着粒子粒径增大,耦合峰在600~800 nm波段内连续红移升高,表明耦合程度不断增强。在223 nm紫外光的激发下,基底的荧光光谱上在405 nm处出现发射峰,是由金粒子表面激发电子和空穴的复合辐射造成的,发光强度随着基底上粒子平均尺度增加而减弱。     

Performance testing of a long-strip two-end readout multi-gap resistive plate chamber

Multi-gap Resistive Plate Chamber （MRPC） is a new generation of gas detector with good timing and spacial resolution, whose technique is widely applied in some recent high energy （nuclear） physics experiments. In this letter, we report a long-strip two-end readout MRPC and its test beam performance. The measurements show that the long-strip performs a transmission line characteristic and the impedance is independent of the length of strip. The MRPC module we developed is presented to gain a timing resolution of -80 ps and a spacial resolution of -6.4 mm. The possible application of the MRPC is also discussed.     

A prototype of a high rating MRPC

Six-gap resistive plate chamber （MRPC） prototypes with semiconductive glass electrodes （bulk resistivity ～ 10^10Ω·cm） were studied for suitability in time-of-flight （TOF） applications at high rates. These studies were performed using a continuous electron beam of 800 MeV at IHEP and an X-ray machine. Time resolutions of about 100 ps and efficiencies larger than 90% were obtained for flux densities up to 28 kHz/cm^2.