面向更轻质量暗物质轴子探测应用的微波谐振腔仿真设计及其参数优化

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作者 钟治江 郑昊 +2 位作者 高利 蒋青权 韦联福 《天文学报》 北大核心 2025年第3期1-12,共12页

暗物质探测一直是现代天文学和物理学中的重大科学目标.其中,量子色动力学(Quantum Chromodynamics,QCD)中的轴子被认为是暗物质的自然候选者.目前,最为受广泛关注的是微电子伏特级质量的轴子电磁响应探测,但已运行的多台探测装置所得... 暗物质探测一直是现代天文学和物理学中的重大科学目标.其中,量子色动力学(Quantum Chromodynamics,QCD)中的轴子被认为是暗物质的自然候选者.目前,最为受广泛关注的是微电子伏特级质量的轴子电磁响应探测,但已运行的多台探测装置所得到的都是零实验结果.因此,探测更低质量的轴子势在必行.面向质量为亚电子伏特的更轻轴子电磁响应探测的需求,探讨了数百MHz频段内可调谐微波腔的设计,并对其最佳谐振模式、形状因子及频率扫描速率等参数进行了优化.数值仿真结果表明,相比于同频段标准空腔,所提出的八杆腔结构扫描速率提高了近百倍,而轴子探测灵敏度仅下降约3倍.尽管结果是数值仿真得到的,尚需实验验证,但对未来亚微电子伏特质量量级的更轻质量QCD轴子电磁响应探测实验装置的建造,仍具有一定的前瞻性参考意义. 展开更多

关键词 仪器 探测器 方法 数值 宇宙学 暗物质

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暗物质空间探测器BGO量能器的读出设计 被引量：12

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作者 郭建华 蔡明生 +1 位作者 胡一鸣 常进 《天文学报》 CSCD 北大核心 2012年第1期72-79,共8页

暗物质空间探测器是中国科学院紫金山天文台暗物质空间天文实验室提出的,其目的是为了探测暗物质粒子湮灭可能产生的高能电子和伽玛粒子.整个探测器主要由BGO(Bismuth germanate,锗酸铋)高能图像量能器和闪烁体径迹探测器构成.探测器的... 暗物质空间探测器是中国科学院紫金山天文台暗物质空间天文实验室提出的,其目的是为了探测暗物质粒子湮灭可能产生的高能电子和伽玛粒子.整个探测器主要由BGO(Bismuth germanate,锗酸铋)高能图像量能器和闪烁体径迹探测器构成.探测器的能量探测范围将覆盖10 GeV到10 TeV的高能电子和伽玛粒子,其中高能粒子的能量主要沉积在BGO量能器中.为了验证探测器方案,紫金山天文台暗物质空间天文实验室设计了暗物质空间探测器BGO量能器的读出系统原型,并对其进行了初步的测试. 展开更多

关键词 仪器 探测器 暗物质 宇宙线

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暗物质探测器的液氙低温精馏系统研制 被引量：3

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作者 王舟 张华 巨永林 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1282-1286,1291,共6页

针对暗物质探测器中降低介质液氙中放射性氪-85含量可获得高纯度氙的问题,通过Mc-Cabe-Thiele(M-T)法及质量、能量守恒,设计并研制出一种将氪从氙中提取出且可获得高纯度氙气的高效低温精馏系统.该精馏系统中的主要结构精馏塔采用填料... 针对暗物质探测器中降低介质液氙中放射性氪-85含量可获得高纯度氙的问题,通过Mc-Cabe-Thiele(M-T)法及质量、能量守恒,设计并研制出一种将氪从氙中提取出且可获得高纯度氙气的高效低温精馏系统.该精馏系统中的主要结构精馏塔采用填料塔形式,填料为高效新型规整填料PACK-13C,塔高4m,直径80mm,其中精馏段1.9m,提馏段2.1m.该精馏系统可以在回收率为99%的情况下,以5kg/h(15SLPM)的速率将氙中氪的含量从10-9降低到10-12,这对要求高精度、高灵敏度、低本底的大型暗物质探测器的研制至关重要. 展开更多

关键词 低温精馏 氪去除 高纯度氙 暗物质探测器

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DAMPE-PSD读出电子学研制 被引量：3

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作者 杨海波 孔洁 +3 位作者 赵红赟 苏弘 牛晓阳 方芳 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1124-1131,共8页

暗物质粒子探测卫星(dark matter particle explorer,DAMPE)是我国空间科学卫星系列的首发星,用于找出可能的暗物质粒子信号。塑料闪烁体阵列探测器(plastic scintillator detector,PSD)分系统作为卫星有效载荷的主体部件之一,参与承担... 暗物质粒子探测卫星(dark matter particle explorer,DAMPE)是我国空间科学卫星系列的首发星,用于找出可能的暗物质粒子信号。塑料闪烁体阵列探测器(plastic scintillator detector,PSD)分系统作为卫星有效载荷的主体部件之一,参与承担高能粒子电荷测量和电子/γ射线鉴别任务。PSD由82根塑料闪烁体条和164个光电倍增管(photomultiplier tube,PMT)组成,有328个输出通道,每根塑料闪烁体条的动态范围为2×10~3,需配备1套完备的读出电子学系统。该电子学系统由4块前端电子学(front-end electronics,FEE)板构成,共具有360个信号处理通道,总功耗6W。电路主要包括电荷测量电路、模拟调理电路、模数变换电路、刻度电路、环境监测电路、FPGA电路、电源管理电路以及接口电路等,其主要功能是基于32路模拟信号将PMT的电荷信号输入VA160ASIC芯片,考虑了抗辐照加固、温度设计等一系列关键问题,以确保在严酷的太空中具有长期的可靠性。测试结果表明,该FEE系统工作稳定、性能良好,具有较好的技术指标,每个电子学通道实现了0~12.5pC的动态范围,通道的随机噪声水平好于2fC,积分非线性好于0.6%。FEE能适应恶劣的空间环境,具有很高的可靠性。FEE配合PSD样机还分别于2014年和2015年在欧洲核子中心(CERN)的PS和SPS终端成功完成了2次束流试验,验证了PSD的探测能力完全满足任务书中提出的功能和指标要求,能很好实现实际科学任务需求。 展开更多

关键词 暗物质粒子探测卫星 塑料闪烁体阵列探测器 读出电子学 性能测试

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塑闪阵列探测器地面标定触发电路设计 被引量：2

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作者 张惊蛰 孔洁 +5 位作者 余玉洪 周勇 赵红赟 杨海波 孙志宇 苏弘 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2015年第12期1237-1241,共5页

为测试暗物质卫星塑闪阵列探测器的功能和性能指标,构建了塑闪阵列探测器地面标定系统,并研制了地面标定触发电路。该触发电路采用标准NIM插件,采用控制开关和可编程逻辑器件设计,具有输入输出可控、输出脉冲宽度及间隔可调、输出延时... 为测试暗物质卫星塑闪阵列探测器的功能和性能指标,构建了塑闪阵列探测器地面标定系统,并研制了地面标定触发电路。该触发电路采用标准NIM插件,采用控制开关和可编程逻辑器件设计,具有输入输出可控、输出脉冲宽度及间隔可调、输出延时小、逻辑功能易于更改等特点,适用于构建对输出脉冲信号有特殊要求的触发系统。经地面宇宙线和束流标定实验检验,研制的标定触发电路满足设计要求。 展开更多

关键词 暗物质 塑闪阵列探测器 地面标定系统 触发逻辑单元

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空间乳胶室探测器的研制

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作者 胡一鸣 常进 +8 位作者 宫一忠 张仁健 王楠森 唐和森 Torii S. Nishimura J. Kobayashi T. Shimizu Y. Makino F. 《天文学报》 CSCD 北大核心 2008年第2期233-242,共10页

"实践八号"乳胶室探测器是我国首次用于空间观测高能电子及伽玛射线的乳胶室探测器.介绍"实践八号"乳胶室探测器的设计原理、数据分析方法、设计过程和初步观测结果等."实践八号"乳胶室探测器空间观测时... "实践八号"乳胶室探测器是我国首次用于空间观测高能电子及伽玛射线的乳胶室探测器.介绍"实践八号"乳胶室探测器的设计原理、数据分析方法、设计过程和初步观测结果等."实践八号"乳胶室探测器空间观测时间为15天,可探测的粒子能量范围为100 GeV～5 TeV. 展开更多

关键词 仪器 探测器 仪器 诸多方面 暗物质

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暗物质粒子探测卫星中子探测器的GEANT4模拟 被引量：7

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作者 何明 马涛 +5 位作者 常进 张岩 黄永益 藏京京 伍健 董铁矿 《天文学报》 CSCD 北大核心 2016年第1期1-8,共8页

近几十年暗物质研究已逐渐成为天文学研究的重要领域之一,相关理论研究和试验项目日新月异,中国的暗物质粒子探测卫星正是在此背景下提出的.由于暗物质粒子探测卫星的探测对象涉及高能电子,为了减少其他带电粒子(主要是质子)被误认为是... 近几十年暗物质研究已逐渐成为天文学研究的重要领域之一,相关理论研究和试验项目日新月异,中国的暗物质粒子探测卫星正是在此背景下提出的.由于暗物质粒子探测卫星的探测对象涉及高能电子,为了减少其他带电粒子(主要是质子)被误认为是电子的事件率,必须采用适当的方法区分质子和电子.实验表明高能质子在BGO(锗酸铋)量能器内发生的强子簇射与电子在BGO量能器内发生的电磁簇射有明显的区别,且强子簇射通常伴随着大量的次级中子产生,通过测量BGO量能器底部出射的次级中子信号和入射粒子在BGO量能器中簇射的形状可以有效区分入射到BGO量能器的粒子是质子还是电子.介绍了暗物质粒子探测卫星中子探测器的构成以及探测原理,利用GEANT4软件,模拟了特征能量的质子和电子在中子探测器中产生的信号,并且总结出了中子探测器在不同电子接收效率情况下的电子、质子区分能力. 展开更多

关键词 宇宙学 暗物质 仪器 探测器 技术 光测量

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暗物质粒子探测卫星有效载荷综合测试系统的设计与实现 被引量：4

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作者 徐遵磊 张永强 +5 位作者 张哲 藏京京 张云龙 郭建华 蔡明生 常进 《天文学报》 CSCD 北大核心 2018年第3期37-47,共11页

暗物质粒子探测卫星(Dark Matter Particle Explorer,DAMPE)是一个空间高能宇宙射线探测器.DAMPE的有效载荷包括塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO(Bismuth germanate)量能器、中子探测器(Neutron Detector,NUD)以及载荷数管5个分系统,... 暗物质粒子探测卫星(Dark Matter Particle Explorer,DAMPE)是一个空间高能宇宙射线探测器.DAMPE的有效载荷包括塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO(Bismuth germanate)量能器、中子探测器(Neutron Detector,NUD)以及载荷数管5个分系统,这5个分系统协同完成宇宙线事例信息的采集.卫星发射之前需要对有效载荷的功能进行系统性验证,因此基于Lab Windows/CVI(C programming language Virtual Instrument)开发平台建设了一套用于暗物质粒子探测卫星有效载荷系统测试的地面综合测试系统.该系统实现了有效载荷系统测试的集成化、自动化,提高了测试的安全性、可靠性和测试效率,为暗物质粒子探测卫星有效载荷的顺利交付提供了保障. 展开更多

关键词 宇宙学 暗物质 仪器 探测器 方法 实验室

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暗物质粒子探测器触发逻辑测试系统的设计和实现 被引量：5

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作者 张磊 郭建华 张永强 《天文学报》 CSCD 北大核心 2014年第6期522-533,共12页

作为暗物质粒子探测器(DAMPE,Dark Matter Particle Explorer)的一部分,触发系统主要用于判选所需探测的目标粒子(高能电子和伽玛射线)事例,剔除非目标粒子事例.触发系统由触发探测器和触发判选逻辑电路组成.介绍了触发地检测试系统和... 作为暗物质粒子探测器(DAMPE,Dark Matter Particle Explorer)的一部分,触发系统主要用于判选所需探测的目标粒子(高能电子和伽玛射线)事例,剔除非目标粒子事例.触发系统由触发探测器和触发判选逻辑电路组成.介绍了触发地检测试系统和宇宙线触发系统的设计和功能实现.触发地检系统实现了对触发判选逻辑电路的电子学验证;另外,配合宇宙线触发系统对部分触发逻辑和触发效率进行了测试.主要介绍了触发系统的测试方法和一些初步测试结果. 展开更多

关键词 仪器:探测器 暗物质 方法:实验室

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BGO量能器大动态范围读出的线性标定系统的设计和实现 被引量：2

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作者 谢明刚 郭建华 +1 位作者 伍健 常进 《天文学报》 CSCD 北大核心 2014年第2期170-179,共10页

暗物质空间探测器是中国科学院紫金山天文台空间实验室提出的,其目的是为了探测暗物质粒子湮灭可能产生的高能电子和伽玛粒子.BGO量能器是暗物质粒子探测卫星主要载荷之一,高能粒子的能量主要沉积在BGO量能器中.为了使探测器覆盖5 GeV^1... 暗物质空间探测器是中国科学院紫金山天文台空间实验室提出的,其目的是为了探测暗物质粒子湮灭可能产生的高能电子和伽玛粒子.BGO量能器是暗物质粒子探测卫星主要载荷之一,高能粒子的能量主要沉积在BGO量能器中.为了使探测器覆盖5 GeV^10T'eV的探测范围,要求每个BGO探测单元具有约1.5×10~5的动态范围.为了对这一大动态范围的探测单元进行测试,提出一种比较简易的线性测试方法,并在实验室构建一个相应的测试系统,对BGO量能器探测单元读出系统的线性进行测试.测试结果表明BGO量能器探测单元读出的非线性度好于2.7%. 展开更多

关键词 仪器 探测器 方法 数据分析 暗物质

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高纯锗探测器应用于稀有事例探测的研究进展 被引量：2

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作者 杜晟杰 吕沙沙 +3 位作者 刘圆圆 田阳 李秀霞 李玉兰 《北京师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期781-789,共9页

高纯锗探测器(HPGe)对于低本底稀有事例探测的发展具有重要的意义.本文介绍了HPGe的工作原理及其制备工艺,分析了对探测器起关键作用的钝化层和死层部分,并讨论了降低本底的关键技术.对于HPGe应用于包括暗物质探测和无中微子双贝塔衰变... 高纯锗探测器(HPGe)对于低本底稀有事例探测的发展具有重要的意义.本文介绍了HPGe的工作原理及其制备工艺,分析了对探测器起关键作用的钝化层和死层部分,并讨论了降低本底的关键技术.对于HPGe应用于包括暗物质探测和无中微子双贝塔衰变的稀有事例探测实验的进展,重点介绍了应用HPGe的CDEX、SuperCDMS、GERDA、MAJORANA等国际领先的稀有事例探测合作组相关实验技术和物理进展,进一步分析了HPGe用于下阶段国际稀有事例探测的发展方向. 展开更多

关键词 高纯锗探测器 稀有事例 暗物质 无中微子双贝塔衰变 本底

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