暗物质实验网络读出数据获取软件设计

在ATLAS TDAQ框架的基础上,为暗物质实验开发了基于网络读出的数据获取软件。软件实现了高速数据读出,事例组装,数据波形零压缩和存盘等功能。论文最后对软件的运行情况进行了稳定性测试,软件的读出带宽可达到240MB/s,波形压缩比可达到150倍。

地下暗物质实验中的高速采样ADC模块设计与研究

简要介绍用于地下暗物质实验的高速采样ADC模块的设计与测试。主要介绍了电路结构,FPGA逻辑结构以及ADC性能测试方法,包括随机噪声、积分非线性(INL)、微分非线性(DNL)、信噪比、信号噪声失真比、有效位等。最后给出了系统级的初步调试结果。

北京师范大学参与中国暗物质实验合作组发表世界领先成果

中国暗物质实验(China Dark matter EXperiment,CDEX)合作组由清华大学牵头,并联合国内多所高校及企业共同开展研究工作。北京师范大学作为成员单位于2017年加入了CDEX合作组,承担了部分研究工作。CDEX合作组致力于利用高纯锗探测技术,开展暗物质直接探测等极低本底前沿物理研究。

中国暗物质实验(CDEX)合作组研究进展

暗物质是当今物理学最基本也是最吸引人的前沿研究课题之一,对认识宇宙起源、演变和结构以及物质的本源等基本科学问题具有十分重要的意义.暗物质的理论研究和实验探测经过几十年的积累和发展已经取得了长远的进步.实验上有多种方法可以进行暗物质粒子的探测,直接探测是一种非常重要的手段.本文评述了暗物质直接探测方法的原理和当今国际国内采用直接探测法的不同实验的研究现状,着重介绍了中国暗物质实验(China Dark matter Experiment,CDEX)合作组的研究历程、探测技术和数据分析方法、以及研究取得的重要成果和未来规划.

直接探测暗物质和中国暗物质实验

暗物质探测已成为当今科学最重要的课题之一。弱相互作用重粒子(weakly interacting massive particles,WIMPs)是众多理论模型中最有可能的暗物质候选者之一。暗物质直接探测原理是:WIMPs与地面探测器的靶核通过弱相互作用,发生弹性散射,反冲核被弹出,探测器将反冲核能量记录下来,得到暗物质与探测器相互作用的信号。文章介绍了国际上主流的暗物质直接探测的方法、现状以及未来直接探测的路线。还介绍了世界最深地下实验室——中国锦屏地下实验室的现状和二期扩建情况。文章最后详细介绍了中国暗物质合作组的研究历程、探测技术、研究取得的成果和未来规划。

中国暗物质实验研究进展

暗物质探测是当今物理界重大前沿基础科学之一。中国暗物质实验(China Dark matter EXperiment,CDEX)是国内首个自主的暗物质直接探测实验。该实验依托国际最深最大、宇宙线通量最低的中国锦屏地下实验室(CJPL),旨在利用吨量级高纯锗探测器直接探测暗物质以及无中微子双贝塔衰变实验。CDEX合作组按照探测器质量大小已经历两个阶段,分别为CDEX-11 kg量级和CDEX-1010 kg量级。本文详细介绍了这两个阶段实验中最新重要的暗物质研究进展,包括年度调制效应、亚GeV轻暗物质分析、暗光子分析以及轴子分析。上述结果表明CDEX对低质量暗物质探测处于国际领先水平。CDEX合作组在锦屏地下实验室二期已建成约1700 m3的大型恒温液氮系统,届时将开展国际首个利用大型液氮屏蔽系统直接制冷的高纯锗阵列探测器实验。

暗物质探测实验液氩反符合探测器杂质影响分析

CDEX装置采用液氩反符合屏蔽方法降低本底,液氩中的杂质可能会对反符合效率造成影响。CDEX装置反符合效率与高纯锗晶体总探测效率、液氩探测器总探测效率有关。6个因素会影响液氩探测器总探测效率。液氩中的杂质会改变慢成分衰减时间。杂质通过焠灭和吸收作用,降低闪烁光产额和吸收闪烁光子,进而降低反符合探测效率。以氮和氧为例,计算了不同含量时发生的焠灭作用对于反符合效率的影响。结果表明,仅考虑焠灭作用条件下,为了使反符合效率达到90%以上,需要将液氩介质中的氮和氧含量降低到约100 ppb量级。

暗物质直接探测实验辐射本底研究--以锦屏大设施项目为例

暗物质研究是当前最重要的基础前沿课题之一。暗物质直接探测实验有助于人类理解暗物质进而认识物质的起源和宇宙的形成与演化。通过分析在暗物质直接探测实验中宇生和原生放射性核素两类本底源和屏蔽方法,以中国锦屏地下实验室(CJPL)极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施(DURF)项目为例,从技术路线、建设地点和系统构成三方面详细介绍降低本底的实验方案。该项目为推动我国基础物理前沿研究提供一流实验平台。

浅谈暗物质的直接探测

讨论了同时利用中国的暗物质直接探测实验CDEX和PandaX靶核的反冲能量数据及相关的线上数据分析系统AMIDAS重建暗物质粒子的质量和一维速度分布函数的可行性.结果表明:结合CDEX和PandaX未来的实验数据,对于较轻的暗物质粒子(质量约小于175GeV),AMIDAS可以很好地重建其质量.

喷涂速凝橡胶沥青在隧道洞室防排水中的应用

锦屏极深地下暗物质实验室项目建设需要解决高富水隧道及洞室防排水、抑氡等问题。本文介绍了该隧道洞室防排水设计过程中的材料选择与施工应用。由常规凸排水板、自粘HDPE片材和土工布组成的复合凸排水板为喷涂速凝橡胶沥青防水涂料的施工提供了良好基面。

液氩探测系统的设计与信号分析

中国暗物质实验组将对暗物质(弱相互作用粒子)进行直接探测,其中CDEX-10的项目中将利用低阈值高纯锗作为主探测器,液氩作为反符合系统并且为高纯锗提供低温环境。液氩探测系统的性能研究和信号分析,是液氩反符合系统的关键技术。该项目通过搭建小型的液氩信号采集实验装置、建立数据采集和数据分析系统,完成了整个系统的调试和液氩中宇宙线的信号分析;得到了液氩中信号的波形特性以及甄别因子;为暗物质中液氩纯度的研究和TPB镀膜的研究奠定了基础。

国际地下实验室发展综述

地下实验室是开展粒子物理学、天体物理学及宇宙学等领域一些重大基础性前沿课题的重要研究场所和良好的低本底环境,建设和发展地下实验室对于一个国家的基础科学研究具有重要科学意义.目前,国际上许多国家都已经建立起地下实验室,而中国一直没有很好的地下实验室,特别是极深地下实验室.2009年,清华大学与二滩水电开发有限责任公司开展战略合作,利用锦屏山隧道建立中国首个世界最深的地下实验室--中国锦屏地下实验室(China Jinping Underground Laboratory,CJPL),并于2010年12月12日正式启用.中国锦屏地下实验室的建成,标志着中国已经具备开展物理学重大基础前沿科学研究的自主地下实验平台,对于推动我国相关领域的重大基础前沿课题的自主研究意义重大.文章对国际上一些重要地下实验室的情况进行了介绍,并对中国锦屏地下实验室的基本情况进行了介绍.

基于ZYNQ的千兆以太网接口读出模块ZYNQBee的研制及应用

ZYNQ是集成了现场可编程阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)和高性能双核ARM Cortex-A9处理器的全新架构的SoC(System On Chip)。核电子学领域的数据读出方式,从传统的"处理器+FPGA"的双芯片解决方案到目前的ZYNQ单芯片解决方案,不仅有效地减小读出电子学硬件的尺寸和功耗,而且极大地提高FPGA和处理器之间的有效带宽,为整个读出电子学带来了新的发展。介绍了基于ZYNQ XC7Z010单芯片读出模块的研制细节,包括新架构和传统架构的对比,新架构硬件设计细节、难点及性能,其中涉及DDR3(Double Data Rate 3)SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)布线的关键问题、千兆以太网接口以及嵌入式Linux的移植等。最后,介绍ZYNQBee在中国暗物质实验(China Dark matter EXperiment,CDEX)高纯锗探测器数据采集板卡上的应用,测试表明:以太网口的数据读出平均带宽超过了700 Mb·s-1。