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.     

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。     

Elman神经网络在中子解谱中的应用

人工神经网络由于其优良的自我调节能力及学习能力,已经被广泛地应用在各领域的非线性分析中.在中国锦屏极深地下实验室(CJPL)中的低本底液闪中子探测器一直在记录着中子的本底数据,探测器输出的能谱实际上是核反冲能谱,与输入能谱可一一对应,并随着输入能谱的改变而发生改变;因此可以将探测器输出信号输入到训练过的神经网络中判断输入能谱.本论文采用的神经网络为Elman神经网络,训练神经网络采用的数据为Geant4模拟所得.将实验获取的核反冲能谱输入到训练过的神经网路进行反解,最后Elman网络反解出的Am-Be中子源能谱与真实谱误差在0.1%～11.8%,反解出的~(252)Cf中子源能谱与真实谱误差在0.1%～8.9%.     

基于Geant4模拟的康普顿散射研究

在暗物质直接探测实验当中,高能gamma射线是重要的本底来源之一.高能光子由于康普顿散射的原因会在高纯锗探测器中会产生低能本底. CDMSlite实验中发现低能区域的康普顿能谱存在康普顿台阶,脉冲近似(Impulse Approximation, IA)理论解释了台阶出现的原因是原子中电子处于束缚状态,它使用散射函数来描述电子的束缚效应.为了探究这些台阶与散射函数以及入射能量之间的关系,我们使用Geant4程序对康普顿散射中的康普顿台阶进行了研究.研究发现随着初始光子能量增高,K壳层与L壳层的康普顿台阶会变得越来越平缓,直至斜率趋近于零.     

低本底条件下氡及其子体的抑制研究

稀有事例的探测中需要极低的本底,氡及其子体是主要的本底来源之一. 文章依据地下实验室1 725 m³液氮除氡需求,设计了一套液氮除氡系统,初步测试了KC-6系列活性炭在-10~-120 ℃下的除氡效果. 实验结果表明,误差函数能很好的拟合活性炭在不同温度下的穿透曲线. 拟合数据表明在-10和-30 ℃下活性炭对氡的动力学吸附系数分别为23.01 ± 0.33和58.68 ± 0.63 L/g. 有限的数据表明在-120 ℃下没有氡溢出,但是可以算出此时的动力学吸附系数已经大于432 L/g. 文章中所得到的数据将为低放射本底液氮中氡的去除研究奠定基础.     

液氩探测器的低温PMT性能测试

中国暗物质实验(China dark matter experiment,CDEX)拟使用液氩探测器作为高纯锗探测器的反符合探测器,其使用的光电倍增管(photomultiplier tube,PMT)需能长期稳定地工作在液氩温度(87.3 K)下.PMT在使用前,须掌握其在低温下的性能情况.文章分别在室温和低温环境中测试了ETL 9357FLA型光电倍增管,获得了单光电子响应、暗计数率以及低温环境中运行的稳定性等重要实验结果.通过详细地对比和分析室温和低温环境中PMT的性能表现,确认该型PMT能在低温环境中正常运行.     

胃肠X光设备DICOM接口的设计与实现

支持DICOM标准是医学影像设备并入PACS网络的必要条件.为了对我国医院大量不符合DICOM标准的影像设备实施改造,使其有效并入PACS系统,必须为其添加DICOM接口.针对旧式胃肠机,采用视频摄像头和专业数码相机组建了应用于影像设备工作站的DICOM接口系统,并应用Visual C++编程实现了接口的软件系统,重点介绍了系统构成和软件系统各模块功能以及灰度图的VOI变换和显示技术.     

一种带心肌瘢痕的心脏磁共振图像左室壁分割方法

从心脏磁共振图像中分割出左心室内外膜轮廓线,是心脏三维重建及心脏功能评定的先决条件.针对带心肌瘢痕的心脏磁共振图像,提出了一种基于显著性检测定位的左心室内外膜分割方法.方法采用视觉显著性检测和分水岭变换,提取左心室血池区域,准确确定了左心室位置;然后提取血池区域轮廓线作为内膜初始轮廓,在带形状约束的活动轮廓模型作用下演化得到左心室内外膜.实验结果证明,该方法定位较为准确,能使初始轮廓迅速收敛到内膜边界,分割得到的内外膜以及心肌区域均较为准确.     

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.     

Cryogenic phonon-detector model with solid argon for detecting dark matter

Over the past few years, phonon detectors have emerged as a prevailing technology for detecting lowmass dark matter due to their low thresholds and high resolution. These detectors, which employ either dual-phase detectors combining phonon-light or phonon-electron interactions, have significantly advanced direct dark matter detection efforts. Argon, as a low-background and high-reserve detection medium, has also played a crucial role in this field. Both liquid-argon single-phase detectors and ga...