Conveners
09 - 探测器物理与技术
- Yulan Li (Tsinghua University)
09 - 探测器物理与技术
- Xiaomei Li (China Institute of Atomic Energy)
09 - 探测器物理与技术
- Guangda Niu
09 - 探测器物理与技术
- Yang Tian (Tsinghua University)
报告将介绍近期的先进气体探测器研究进展及其在各个领域中的应用，包括RPC、MRPC，GEM，MICROMEGAS等。
随着中微子研究不断深入，在精确测量中微子味混合角的时，发现了反应堆中微子能谱测量结果与理论预期不符。中微子总数低于理论预期6%，且正电子能谱5MeV存在明显超出，实验测量值与理论预期存在4.4倍σ偏差，远大于模型预估的误差，因此需要对中微子能谱有更为深入的理解和研究。面对这些研究热点，精确测量电子能谱是重要的研究方向，高能物理研究所在台山中微子TAO实验站附近，计划在反应堆近点约18m的位置放置气体探测器——“时间投影室”，利用其高空间分辨，高能量分辨等特性，通过精确测量中微子反应末态电子的动能及方向，重建反应堆中微子能谱，物理目标需达到1MeV时能量分辨3%左右。研究结果将为江门中微子JUNO实验、反应堆实验站提供非模型依赖的反应堆能谱输入，同时也可为研究中微子反常磁矩，混合角以及惰性中微子等提供实验基础。
在本报告中，基于以上物理需求，将详细介绍中子源参量模拟计算分析结果，结合...
Low-radioactive material screening is becoming essential for rare event search experiments, such as neutrinoless double beta decay and dark matter searches in underground laboratories. A gaseous time projection chamber (TPC) can be used for such purposes with large active areas and high efficiency. A gaseous TPC with a Micromegas readout plane of approximately 40 × 60 cm2 is successfully...
寻找无中微子双贝塔衰变（$0\nu\beta\beta$）是目前国际上唯一可以确定中微子马约拉纳属性的非振荡实验。N$\nu$DEx实验（No neutrino Double beta decay Experiment）将计划在锦屏地下实验室利用Se$F_6$寻找$^{82}Se$的无中微子双贝塔衰变过程。由于Se$F_6$是强电负性气体，因此不同于现有的$0\nu\beta\beta$实验，N$\nu$DEx将利用离子时间投影室来重建径迹。为了研究Se$F_6$气体中离子性质以准备N$\nu$DEx-100...
从反应堆启动至满功率运行，中子注量率动态变化范围达到10个数量级以上，主要监测方法是多种探测器组合和裂变室多模式组合接力测量，如果能够采用单一探测器，无需工作模式的切换实现全量程监测对于反应堆安全运行和控制具有很大的优势。本工作开展了一种基于Micromegas的裂变室技术研究，该裂变室利用Micromegas易于大面积制作提高灵敏度，通过像素阵列的二维读出方式，实现宽范围的计数量程。主要研究工作可归纳为两个方面：研制了一台基于Micromegas的裂变室原理样机并搭建了测试系统；利用55Fe X射线源和Pu-Be中子源对其基本性能和中子注量率响应进行了测试。实验结果表明：当探测器有效面积为400 cm2时，热中子灵敏度可达到约0.58 cps/nv；当像素密度为2.56/cm2时，计数量程上限可达9.09×108...
微结构气体探测器以其高空间分辨率、高计数率和出色的抗辐照能力，在天文观测技术需求推动下，在空间探测领域得到了应用。穿越辐射探测器（TRD）采用辐射体与THGEM探测器共腔设计，显著提升了对穿越辐射信号的测量精度，实现了对1-10TeV能区宇宙线质子绝对能量的精确测量。气体微通道板像素探测器（GMPD）创新性地使用阻性GMCP作为气体电子增益器，消除了电荷累积问题，并与电荷敏感的Topmetal像素芯片结合，实现了对X射线偏振的高灵敏度测量。基于GMPD，采用大面积拼接、宽视场的设计方案的低能偏振探测器(LPD)，可以对GRB等暂现源的X射线偏振进行巡天观测。TRD和GMPD均采用闭气式、紧凑型设计，无需额外携带气体，有效解决了气体探测器长期在轨工作的寿命问题。
闪烁材料已广泛应用于安检、医学成像、高能物理等领域，其中，Ce掺杂的闪烁晶体在X射线CT、PET核辐射探测、中子/伽马双探测应用中发挥着重要作用，但其价格昂贵。而闪烁玻璃具有成本低廉、组分设计连续可调、易大尺寸制备等优点，是高能物理、核探测等领域的潜在应用。
为满足高能物理实验和核辐射探测领域对新型闪烁玻璃需求，2021年9月，中国科学院高能物理研究所牵头，国内高校、研究所和企业联合成立名为新型大面积闪烁玻璃研制合作组，以大型对撞机对闪烁玻璃的需求为基础（密度>6g/c.c，光产额>1000ph/MeV, 衰减时间<100ns），开展新型闪烁玻璃的研制，包括玻璃的组成和配方、全方位的性能研究、大尺寸/批量制造以及应用开发。
经过两年努力，合作组成功开发出多个闪烁玻璃体系配方，研制出年Ce掺杂闪烁玻璃最高光产额能够达到4300 ph/MeV，最大密度可以超过6.9...
随着塑料闪烁光纤工艺和具备单光子探测能力的硅光电倍增器(Silicon photomultipliers, SiPM)的发展，基于SiPM 阵列读出的塑料闪烁光纤探测器在设计制造上的成本和复杂度降低，可实现多种尺寸和形状的制备，甚至能够提供与传统硅微条探测器相当的高位置分辨率，因而在空间和地面的粒子物理实验中具有广泛的应用前景。该报告将从探测器模拟、器件测试、模块制备以及读出电子学等方面，介绍大尺寸、高位置分辨的塑料闪烁光纤探测器设计原理和研究进展。
光电倍增管（PMT）广泛应用于中微子与暗物质实验中，用于探测微弱的光信号。PMT 可将单个光子击中转化为纳秒级别的电脉冲，并由电子学系统读出。当多个光子连续击中 PMT 时，它们的光电子（PE）脉冲会叠加，为精准重建 PE 数目与击中时间序列带来挑战。
通过对光电子的产生、倍增与波形读出过程进行统计建模，我们研发了快速随机匹配追踪（FSMP）算法。该算法使用可逆跳跃马尔可夫链蒙特卡洛 (RJMCMC) 对 PE 序列的后验分布进行采样，从而充分利用波形信息给出 PE 数目和击中位置的概率。此外，FSMP 可以适配电荷谱含过大成分（即长尾）的微通道板（MCP）PMT，且可以利用 GPU 加速计算。针对即将在锦屏中微子实验 500t 探测器使用的 8 英寸 MCP-PMT，在 PE 数期望为 1 的情况下，FSMP 可比电荷积分法提升 12% 的能量分辨率、比第一击中时间法提升...
PandaX-4T is an experiment located at China Jinping Underground Laboratory searching for dark matter particles and studying the fundamental properties of neutrinos. It employs 0.9 kton water surrounding the liquid xenon TPC to shield against radioactivities from the environment. In this talk, an ongoing effort to upgrade the water shielding into an active veto will be presented. With 270...
The first experimental measurement of coherent elastic neutrino-nucleus scattering (CEνNS) was successfully conducted using a CsI(Na) scintillation crystal detector. Recognizing that a higher light yield in scintillation crystal detectors correlates with greater physical sensitivity for CEνNS detection, we introduced a novel low-temperature CsI detector design employing SiPMs readout. This...
氯化锂水基液闪在作为新型中微子探测器探测介质方面显现出巨大潜力。其中Li-7核素与MeV尺度的太阳中微子发生高截面的带电电流相互作用，为太阳中微子谱的测量提供了可能性。研究团队制备并提纯了一种饱和氯化锂水基液闪，其含盐量为45.3%w/w，并对其光学特性和光产额进行了测量。结果表明，在光电倍增管的敏感波长范围内，该液闪几乎没有吸收。在430 nm波长处的衰减长度可达50米。此外，研究还在氯化锂水基液闪中加入了一种闪烁剂carbostyril-124，并验证了其兼容性和提高光产额的效果，从而促进了切伦科夫增强型富锂探测器的开发。针对这类水基液闪，研究团队还开发了一套重建算法。该算法能够在MeV尺度上重建带电粒子的方向、位置和能量，其中对于4...
传统的硅PIN探测器，主要依赖于半导体微电子技术来完成。我们采用新型的度化接触原理和工艺技术，在高阻Si衬底上研制备新型硅PIN高能射线探测器。这种原理和技术具有成本低、稳定性好等特点。通过测试表明，新型硅PIN具有良好的能量分辨率；经过500k RAD的辐照后，其探测性能没有发生变化，展现出良好的抗辐照性能。
高纯锗探测器因其高分辨、高效率、低本底，在前沿物理实验中可发挥重要作用。物理实验对计数率、测量精度、波形甄别等指标要求的提升对传统高纯锗探测器提出了挑战，一些新型高纯锗探测器逐渐发展起来。近年来，我国在高纯锗探测器自主研发领域取得重要进展。本报告主要介绍近期报告人所在团队的一些新型高纯锗探测器的设计、研究现状与应用。
Exploring hit positions of recorded events can help to understand and suppress backgrounds in rare event searches. We propose a pulse shape analysis method to discriminate single-site events (SSEs) in the inner and outer layer of a small contact P-type germanium detector (HPGe). Our method uses the rise time of the charge pulse ($T_{Q}$) and current pulse ($T_I$) for event discrimination. A...
本文介绍国产高纯锗晶体生长及探头制备进展。经过区熔提出、单晶提拉等工序，获得13N高纯锗晶体，最大合格尺寸达到φ80×70mm。高纯锗探头制备包含13N高纯P型晶体电极制备工艺，制冷封装设计及组装工艺。制备的高纯锗探头探测效率40%，能量分辨率达到0.4%，漏电流达到200pA。
探测器级高纯锗单晶纯度达到13N以上，主要用于制作高纯锗探测器, 是伽马探测的金标准，能够精准分辨出具体的核素，在核辐射探测、环保卫生及大科学工程领域具有不可替代的地位。伴随着国内外核辐射探测、环保监控以及暗物质探测实验的快速发展,高纯锗探测器的需求逐年扩大。然而，探测器级高纯锗单晶的制备是一个复杂的系统性工程。本文重点论述了高纯锗多晶提纯、缺陷控制、性能测试等技术及其最新研究进展，总结了目前高纯锗单晶制备亟待解决的系列关键问题，指出了未来该领域研究发展趋势；最后，简要介绍了本公司在高纯锗晶体研究领域的发展历史和最新进展。
关键词：高纯锗单晶，高纯锗探测器，多晶提纯，单晶生长、位错、氢空位缺陷、深能级缺陷、光热电离能谱
Correlated errors can significantly impact the quantum error correction, which challenges the assumption that errors occur in different qubits independently in both space and time. Superconducting qubits have been found to suffer correlated errors across multiple qubits, which could be attributable to ionizing radiations and cosmic rays. Nevertheless, the direct evidence and a quantitative...
快速位置灵敏光电倍增管（FPMT）是一种探测极微弱的光信号的超快新型真空器件，具备高增益、低噪声低、快响应、高时间分辨、抗强磁场等优点，广泛而大量地应用于高能物理、医疗、工业无损检测和宇宙空间研究等领域。
2019年在成功研制出20吋大面积高量子效率静电聚焦型MCP-PMT的基础上，光电倍增管研制合作组将研发重点转移到研制2英吋小面积高量子效率近贴聚焦型MCP-PMT（FPMT）。在一些关键核心制备技术上得到突破，并研制出多款不同设计版本的样管进行评测。2022年起，针对核医学影像成像设备TOF-PET对FPMT的具体需求，开展64阳极契伦科夫光探测FPMT的研发工作，研制了不同版本的超快位敏型光电倍增管，最终实现石英玻璃光窗的多阳极FPMT，时间分辨为单光子30ps，性能与国际上最好的样管水平持平。结合石英晶体或者LYSO晶体，可以实现符合时间分辨小于100ps的目标。
主要介绍滨松公司为高能物理领域所研发的多像素光子计数器MPPC最新进展。
AMS是唯一在太空运行的精密磁谱仪，能对暗物质本质等重大问题做出不可替代的贡献。基于其高产出物理成果和潜力，美国能源部决定支持AMS运行至2030年并进行探测器升级。AMS...
摘要：当前国内基于锦屏地下实验室的无中微子双贝塔衰变低温晶体量热器实验（CUPID-CJPL）正在积极展开技术预研。报告主要介绍深冷低温半导体温度传感器NTD-Ge研制、NTD-Ge读出电子学、LMO晶体量热器地面测试等。
有机闪烁体，如塑料闪烁体，被广泛应用于快中子和伽马射线探测。而中子-伽马甄别技术则在核燃料分析、聚变等离子体诊断、国土安全、高能物理实验等方面发挥着关键作用。使用传统的电荷比较法对中高能区的事例能够有效甄别中子和伽马事例，但对低能区的事例甄别面临挑战。因此，本报告提出使用卷积神经网络对中子伽马信号脉冲开展波形事例甄别的研究。基于EJ-276闪烁体和硅光电倍增管阵列读出的中子伽马事例，使用卷积神经网络在200keVee以下能够实现97.56 %的准确度，相较于传统方法提高了8.34 %，并对比讨论了不同卷积神经网络方法的结果，展现了卷积神经网络在低能区甄别中子和伽马射线的优越能力。
