PandaX-I液氙暗物质直接探测实验中的制冷系统,数据采集系统以及数据分析方法

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本文所描述的PandaX实验是一个位于中国锦屏极深地下实验室(CJPL)内,应用液氙作为探测物质的暗物质直接探测实验。PandaX一期实验从2009年开始立项,于2014年5月正式开始取数,并于当年10月正式发表了首批数据分析结果。我的工作主要是关于PandaX实验的一个重要构成部分,制冷系统。它的主要功能是把氙以液态的形式稳定地存储于探测器中,以便暗物质探测器的运行。  本论文详细介绍了我所搭建的PandaX实验的制冷系统,包括其结构原理、日常运行和维护管理。此外,本文还介绍了我后期参与的PandaX实验数据分析方法,并总结了PandaX暗物质探测实验的首批数据分析结果。  PandaX实验制冷系统是目前世界上最大规模的制冷系统,保证了PandaX探测器可以稳定地工作在预定的压强,温度之下。同时,该系统具有良好的扩展性,可以应用于更大型的吨级探测器。作为制冷系统的核心部分,制冷总线采用了模块化的设计方式,各个模块分别承担着不同的任务。其中脉管制冷器(PTR)模块在零下100度的工作温度下的制冷功率可以达到180瓦。另外,循环系统的热交换率更是达到了95.2%。制冷系统的长期稳定运行需要精确的日常维护操作管理。因此,通过在四川锦屏地下实验室中的工作积累,我在本文中还总结了一套关于PandaX项目制冷系统的操作方法及原理。本论文随后将介绍PandaX实验运行过程中制冷系统的运行和维护管理,这包括制冷系统的密封性测试、预冷工作、液氙的灌注、液氙的循环和净化以及液氙液位的控制。其中本文将根据实验中所涉及的不同漏率范围,详细讨论多种不同的密封性检测方法。另外,作为液氙液位的控制系统,溢出容器(Overflow Chamber)的设计方式首次被应用到液氙暗物质探测器中,本文将着重分析其巧妙的液位控制方法及原理。  在论文的后半部分,我介绍了PandaX实验的数据的分析步骤,这包括了我主导的对采集到的信号进行刻度、重建和修正,从而还原出探测器里面的碰撞事例信息。我将详细描述探测器均匀性校准及相应的数据修正。其中,对于数据中S1信号和S2信号,本文将分别讨论它们在水平和垂直方向上的修正原理和步骤,以及对应的修正结果。论文的最后将给出PandaX一期首批数据分析的结果。该结果基于17.4天有效时间内采集的37千克基准质量的数据,它和国际上若干已有实验所宣称的疑似暗物质信号不相容。
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