未来稀有事例探测实验的硅基复合光电倍增管研制

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暗物质探测实验和无中微子双β衰变实验这样的稀有事例探测实验正在被广泛开展以寻找超出标准模型的新物理。在技术上,此类实验通常使用液态惰性元素作为探测器介质来寻找事例率极低的信号。这就要求探测器在搭建时使用放射性活度极低或含有放射性杂质极少的材料,并同时将探测器放置在深地下实验室中以排除宇宙射线带来的影响。来自于探测器材料的放射性本底已经成为了当前一代探测器的探测瓶颈,而传统光电倍增管则是这些放射性本底的主要来源。同时,作为探测器中重要的信号采集装置,液态惰性元素探测器所使用的光灵敏器件需要在低温环境下(液氩探测器工作温度为87K,液氙探测器工作温度为165K)拥有很好的光子探测能力和长期稳定的工作性能。  硅基复合光电倍增管(Silicon Geiger Hybrid Tube,简称SiGHT)是一款为下一代以液态惰性元素为介质的稀有事例探测实验设计的光灵敏器件。在性能上,它拥有极低的自身放射性本底,指定波长范围内的高光子探测效率,低温环境下长期稳定的工作性能和出色的单光电子计数能力。为了实现这些性能,SiGHT使用了光阴极和硅光放大器混合的技术,具体是使用一种在低温环境下拥有高量子效率的双碱金属光阴极来完成从光子到光电子的转化,并使用低暗计数率的硅光放大器来实现对光电子信号的放大和读出,最后用一种新的铟密封工艺来实现管子内部的真空密封。  SiGHT样管所需要的相关技术已经相继研发成功,SiGHT的首只样管也在实验室中成功制成,且可以利用制成的样管看到清晰的单光电子信号。单只直径为3英寸的SiGHT的自身放射性本底可以被控制在0.11mBq以下。目前正在进行的研发工作和SiGHT的未来研发计划也会在本论文中被介绍。
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