Speaker
冠达 李
(中国科学院高能物理研究所)
Description
中微子相干散射的反应截面比反β衰变大几十到几百倍，将是研究中微子性质与核物理的有效方法，对非标准中微子相互作用、中微子电磁性质、弱混合角的约束以及原子核结构的研究都具有重要意义。但由于相干散射过程中只有亚keV至几十keV量级的能量传递，这就对探测器的阈值和本底提出了巨大挑战。
为此我们设计了一个探测方案，在低温环境下采用CsI作为发光晶体，SiPM阵列作为光电读出器件，通过双端符合读出的方法对相干散射信号进行探测，在外部加以伽马、中子屏蔽层，可以实现对单光电子量级信号的探测。硅光电倍增管(SiPM) 在低温下具有更高的量子效率，更低的暗噪声，且相比于PMT具有更高的单光子分辨能力，可以有效的压低探测器阈值。纯CsI晶体在超低温环境下可以获得更高的光产额，相比常温环境发光效率提升约三倍，对于5.9keV-59.5keV的x射线和γ射线，该探测器每keV能量沉积可以产生52.1个光电子，且具有较好的能量分辨率。
这种探测方法具有高精度和高灵敏度的优点，可以用来研究中微子的质量、振荡、产生机制等基本物理问题，也可以用于天文学、核物理学和粒子物理学等领域的研究。在中微子探测器的小型化方向具有巨大潜力，对SiPM在低温场景的应用具有指导意义。目前这种方法仍存SiPM自身的光学串扰、后脉冲等干扰的影响，可以通过遮光环境下SiPM单光子信号的测量对探测器整体光产额的高估进行估算，扣除干扰影响后，该探测器每keV能量沉积实际产生的光电子数约为35个。该探测器在SiPM和光学耦合剂的型号选择、光学界面和误差算法的优化、屏蔽以及反符合系统的设计等方面仍有较大提升空间。
