《室溫半導體CdZnTe探測器低本底實驗關鍵技術問題研究》是依託清華大學，由曾鳴擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：室溫半導體CdZnTe探測器低本底實驗關鍵技術問題研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：曾鳴
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在極低放射性水平的0υββ衰變測量實驗中，探測器自身本底水平和對本底事件的甄別能力直接影響著0υββ半衰期和中微子質量的測量水平，具有十分重要的研究意義。CdZnTe包含5種0υββ衰變同位素,且衰變機率和天然豐度較高,是極佳的0υββ衰變實驗探測對象/探測器一體材料。本項目針對Coplanar柵極和像素電極兩種CdZnTe探測器開展工作，結合數字脈衝處理方法，除幅度信息，還可分別實現二維或三維位置分辨，有望獲得很好的本底事件甄別能力。但新型讀出方式可能引入複雜的材料構成，因而需結合錦屏地下實驗室低宇宙線環境和良好的低本底高純鍺譜儀，開展實驗和模擬研究，理解掌握CdZnTe探測器電子學材料中本底的強度、種類和來源，以最佳化設計，並依據本底類型和能量特徵，改進事件甄別的數字方法，以進一步最佳化探測器本底水平。本課題希望通過研究低本底CdZnTe探測器的關鍵技術問題，為未來低本底實驗積累技術基礎。
結題摘要
在極低放射性水平的0υββ衰變測量實驗中，探測器自身本底水平和對本底事件的甄別能力直接影響著0υββ半衰期和中微子質量的測量水平，具有十分重要的研究意義。CdZnTe 包含5 種0υββ衰變同位素,且衰變機率和天然豐度較高,是極佳的0υββ衰變實驗探測對象/探測器一體材料。本課題結合錦屏地下實驗室低宇宙線環境和良好的低本底高純鍺譜儀，完成了CdZnTe探測器在極低本底實驗中放射性本底來源的物理分析與實驗研究；進而建立了CdZnTe探測器的“Monte Carlo物理模擬—探測器信號仿真”聯合計算平台，實現了像素型CdZnTe探測器三維徑跡重建算法；並進一步基於無中微子雙β衰變物理模型和電子能量沉積過程，開展了無中微子雙β衰變的三維徑跡拓撲特徵Monte Carlo物理模擬計算研究，並開展了像素電極Hybrid探測器單元的物理事件徑跡拓撲實驗研究；最終在研究中結合圖論建立了一種基於物理事件主徑跡能量沉積模型的新的甄別方法。課題對於極低本底實驗中放射性本底來源的研究和對於物理模型的理論推導、模擬計算等，對於未來極低本底CdZnTe 探測器實驗相關工作積累了技術基礎。課題發展的新的基於物理事件主徑跡的能量沉積模型的新的甄別方法，不僅適用於CdZnTe探測器中的三維徑跡特徵提取和稀有事件甄別，對於諸如NEXT實驗等基於液閃TPC探測器的無中微子雙β衰變測量實驗在特徵提取和事件甄別方法上也是適用和有很好參考意義的。此外，本課題研究中提出的基於物理事件主徑跡的拓撲特徵提取方法，有效反映了電離徑跡的延展趨勢和能量沉積規律，課題組將該方法套用於天體物理中低能X射線偏振方向重建算法中，大幅提升了已有光電X射線偏振儀的調製度，取得了很好的效果。
