136 Xe原子核無(wú)中微子雙貝塔衰變氣體原型探測(cè)器研究
發(fā)布時(shí)間：2021-09-18 13:40
近20年來(lái)多個(gè)中微子震蕩實(shí)驗(yàn)證實(shí)了中微子具有非零質(zhì)量,但是其質(zhì)量的物理起源（馬約拉納或狄拉克）仍然未為人所知。目前驗(yàn)證中微子質(zhì)量起源最直接的方法是驗(yàn)證無(wú)中微子雙貝塔衰變現(xiàn)象是否存在,如果存在,則該現(xiàn)象與中微子是馬約拉納粒子等價(jià),并且預(yù)示了輕子數(shù)守恒破缺等超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理。本文主要介紹了PandaX-Ⅲ136Xe無(wú)中微子雙貝塔衰變探測(cè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的關(guān)鍵內(nèi)容。該實(shí)驗(yàn)的探測(cè)器基于粒子物理實(shí)驗(yàn)的時(shí)間投影室技術(shù),其中容納200公斤高壓氙氣。136Xe原子核衰變產(chǎn)生的電子將在時(shí)間投影室中電離產(chǎn)生次級(jí)電子,通過(guò)電場(chǎng)作用次級(jí)電子漂移向讀出平面,后者收集記錄這些次級(jí)電子從而確定原初衰變放出的電子的能量。探測(cè)器將采用微網(wǎng)氣體放大器（Micromegas）作為讀出平面,利用貝塔粒子在氙氣中的徑跡來(lái)分辨事件類型以降低本底,從而進(jìn)一步提高探測(cè)器靈敏度。為了研究該探測(cè)器的設(shè)計(jì)、展示其核心技術(shù)并刻度其性能,我們建造了一個(gè)可容納20公斤氙氣的原型機(jī)并進(jìn)行了為期一年的調(diào)試和運(yùn)行。原型機(jī)在5 bar氙氣中241Am放射源定標(biāo)能譜的59.5 keV峰處達(dá)到了...
【文章來(lái)源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：91 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
圖1一3雙貝塔衰變能譜示意圖
無(wú)中微子雙貝塔衰變極低的衰變速率對(duì)其探測(cè)實(shí)驗(yàn)提出了非常高的要求驗(yàn)應(yīng)在低本底環(huán)境下完成，使衰變事件不會(huì)淹沒(méi)在本底噪聲中；實(shí)驗(yàn)應(yīng)具有的能量分辨率以區(qū)分目標(biāo)事件與本底噪聲；實(shí)驗(yàn)需要有大量的衰變同位素，的時(shí)間量級(jí)上穩(wěn)定運(yùn)行以獲取足夠的數(shù)據(jù)量。除此之外，一個(gè)實(shí)驗(yàn)還需要額提高事件分辨能力的探測(cè)技術(shù)才能在同樣條件下對(duì)現(xiàn)有的結(jié)果取得量級(jí)上的各種因素對(duì)一個(gè)無(wú)中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)的能力的量化影響將在第三章中分目前世界上有許多其它無(wú)中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)在開(kāi)展中，其中氙（136碲（130Ti）、鍺（76Ge）是較為普遍的衰變物質(zhì)選擇�；�136Xe 的實(shí)驗(yàn)如 KamZen[33]、EXO-200[34]；基于76Ge 的實(shí)驗(yàn)如 GERDA[35]和 Majorana-Demonstrato基于130Te 的實(shí)驗(yàn)如 CUORE[37]。目前沒(méi)有實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到無(wú)中微子雙貝塔衰變的存對(duì)電子中微子有效質(zhì)量的最佳限制由 Kamland-Zen 實(shí)驗(yàn)給出：在 90%確信度36Xe 的半衰期大于 1.07×1026年[33]，即電子中微子有效質(zhì)量小于 61~165 m其他使用不同衰變?cè)氐膶?shí)驗(yàn)里最佳結(jié)果為（下述結(jié)果皆為 90%確信度下CUORE 實(shí)驗(yàn)報(bào)告130Te 的半衰期大于 1.5×1025年[37]，即有效質(zhì)量小于 140meV；GERDA實(shí)驗(yàn)報(bào)告76Ge的半衰期大于8×1025年[35]，即有效質(zhì)量小于 103
圖 2-1 中展示的是 PandaX-III 探測(cè)器時(shí)間投影室的原理圖，了工作物質(zhì)（通常的選擇為液態(tài)或氣態(tài)惰性氣體）的腔室，腔室中載高壓，側(cè)壁上的場(chǎng)籠將電場(chǎng)線限制在投影室內(nèi)，使其間電場(chǎng)均勻?yàn)殡姾墒占矫�。在投影室�?nèi)運(yùn)動(dòng)的高能粒子將不斷沉積能量并從離出自由電子，這些自由電子順著電場(chǎng)被“投影”到電荷讀出平面并
本文編號(hào)：3400239
【文章來(lái)源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：91 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
圖1一3雙貝塔衰變能譜示意圖
無(wú)中微子雙貝塔衰變極低的衰變速率對(duì)其探測(cè)實(shí)驗(yàn)提出了非常高的要求驗(yàn)應(yīng)在低本底環(huán)境下完成，使衰變事件不會(huì)淹沒(méi)在本底噪聲中；實(shí)驗(yàn)應(yīng)具有的能量分辨率以區(qū)分目標(biāo)事件與本底噪聲；實(shí)驗(yàn)需要有大量的衰變同位素，的時(shí)間量級(jí)上穩(wěn)定運(yùn)行以獲取足夠的數(shù)據(jù)量。除此之外，一個(gè)實(shí)驗(yàn)還需要額提高事件分辨能力的探測(cè)技術(shù)才能在同樣條件下對(duì)現(xiàn)有的結(jié)果取得量級(jí)上的各種因素對(duì)一個(gè)無(wú)中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)的能力的量化影響將在第三章中分目前世界上有許多其它無(wú)中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)在開(kāi)展中，其中氙（136碲（130Ti）、鍺（76Ge）是較為普遍的衰變物質(zhì)選擇�；�136Xe 的實(shí)驗(yàn)如 KamZen[33]、EXO-200[34]；基于76Ge 的實(shí)驗(yàn)如 GERDA[35]和 Majorana-Demonstrato基于130Te 的實(shí)驗(yàn)如 CUORE[37]。目前沒(méi)有實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到無(wú)中微子雙貝塔衰變的存對(duì)電子中微子有效質(zhì)量的最佳限制由 Kamland-Zen 實(shí)驗(yàn)給出：在 90%確信度36Xe 的半衰期大于 1.07×1026年[33]，即電子中微子有效質(zhì)量小于 61~165 m其他使用不同衰變?cè)氐膶?shí)驗(yàn)里最佳結(jié)果為（下述結(jié)果皆為 90%確信度下CUORE 實(shí)驗(yàn)報(bào)告130Te 的半衰期大于 1.5×1025年[37]，即有效質(zhì)量小于 140meV；GERDA實(shí)驗(yàn)報(bào)告76Ge的半衰期大于8×1025年[35]，即有效質(zhì)量小于 103
圖 2-1 中展示的是 PandaX-III 探測(cè)器時(shí)間投影室的原理圖，了工作物質(zhì)（通常的選擇為液態(tài)或氣態(tài)惰性氣體）的腔室，腔室中載高壓，側(cè)壁上的場(chǎng)籠將電場(chǎng)線限制在投影室內(nèi)，使其間電場(chǎng)均勻?yàn)殡姾墒占矫�。在投影室�?nèi)運(yùn)動(dòng)的高能粒子將不斷沉積能量并從離出自由電子，這些自由電子順著電場(chǎng)被“投影”到電荷讀出平面并
本文編號(hào)：3400239
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