136 Xe原子核无中微子双贝塔衰变气体原型探测器研究

发布时间：2021-09-18 13:40

　　近20年来多个中微子震荡实验证实了中微子具有非零质量,但是其质量的物理起源（马约拉纳或狄拉克）仍然未为人所知。目前验证中微子质量起源最直接的方法是验证无中微子双贝塔衰变现象是否存在,如果存在,则该现象与中微子是马约拉纳粒子等价,并且预示了轻子数守恒破缺等超出标准模型的新物理。本文主要介绍了PandaX-Ⅲ¹³⁶Xe无中微子双贝塔衰变探测实验项目的关键内容。该实验的探测器基于粒子物理实验的时间投影室技术,其中容纳200公斤高压氙气。¹³⁶Xe原子核衰变产生的电子将在时间投影室中电离产生次级电子,通过电场作用次级电子漂移向读出平面,后者收集记录这些次级电子从而确定原初衰变放出的电子的能量。探测器将采用微网气体放大器（Micromegas）作为读出平面,利用贝塔粒子在氙气中的径迹来分辨事件类型以降低本底,从而进一步提高探测器灵敏度。为了研究该探测器的设计、展示其核心技术并刻度其性能,我们建造了一个可容纳20公斤氙气的原型机并进行了为期一年的调试和运行。原型机在5 bar氙气中²⁴¹Am放射源定标能谱的59.5 keV峰处达到了... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1一3双贝塔衰变能谱示意图

无中微子双贝塔衰变极低的衰变速率对其探测实验提出了非常高的要求验应在低本底环境下完成，使衰变事件不会淹没在本底噪声中；实验应具有的能量分辨率以区分目标事件与本底噪声；实验需要有大量的衰变同位素，的时间量级上稳定运行以获取足够的数据量。除此之外，一个实验还需要额提高事件分辨能力的探测技术才能在同样条件下对现有的结果取得量级上的各种因素对一个无中微子双贝塔衰变实验的能力的量化影响将在第三章中分目前世界上有许多其它无中微子双贝塔衰变实验在开展中，其中氙（136碲（130Ti）、锗（76Ge）是较为普遍的衰变物质选择。基于136Xe 的实验如 KamZen[33]、EXO-200[34]；基于76Ge 的实验如 GERDA[35]和 Majorana-Demonstrato基于130Te 的实验如 CUORE[37]。目前没有实验观测到无中微子双贝塔衰变的存对电子中微子有效质量的最佳限制由 Kamland-Zen 实验给出：在 90%确信度36Xe 的半衰期大于 1.07×1026年[33]，即电子中微子有效质量小于 61~165 m其他使用不同衰变元素的实验里最佳结果为（下述结果皆为 90%确信度下CUORE 实验报告130Te 的半衰期大于 1.5×1025年[37]，即有效质量小于 140meV；GERDA实验报告76Ge的半衰期大于8×1025年[35]，即有效质量小于 103

图 2-1 中展示的是 PandaX-III 探测器时间投影室的原理图，了工作物质（通常的选择为液态或气态惰性气体）的腔室，腔室中载高压，侧壁上的场笼将电场线限制在投影室内，使其间电场均匀为电荷收集平面。在投影室内运动的高能粒子将不断沉积能量并从离出自由电子，这些自由电子顺着电场被“投影”到电荷读出平面并


本文编号：3400239