电感耦合等离子体质谱法测定单晶铜中痕量放射性核素钍和铀的含量

Panda X-Ⅲ实验位于中国锦屏极深地下实验室,将利用高压136Xe气体时间投影探测器进行无中微子双贝塔衰变事件的寻找。建造高灵敏度的大型探测器需要挑选放射性极低的高纯材料以对本底进行严格的控制。本工作应用电感耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry,ICP-MS)法测定纯度极高的单晶铜中痕量钍和铀的含量。在样品消解前加入^(230)Th和^(235)U分别作为标记核素,样品经过8 mol·L-1 HNO_3消解后,依次通过TEVA和UTEVA树脂柱,实现待测核素^(232)Th、^(238)U与基体元素Cu的分离。利用同位素稀释法-ICP-MS测定^(232)Th和^(238)U的含量。通过空白样品实验测量,^(232)Th的检出限是0.036 pg(232Th)·g^(-1)(0.15μBq(232Th)·kg^(-1)),238U的检出限是0.070 pg(238U)·g^(-1)(0.86μBq(238U)·kg^(-1));单晶铜样品中232Th及238U的检出限分别是0.21 pg(^(232)Th)·g^(-1)(0.85μBq(232Th)·kg^(-1))和0.45 pg(238U)·g^(-1)(5.56μBq(238U)·kg^(-1))。该方法可为探测器建造过程中的材料选取工作提供技术支持。

双探头高纯锗γ谱仪灵敏度研究

在暗物质和中微子等稀有衰变实验中,探测器材料中的放射性核素衰变所产生的射线诱发实验本底,其沉积能量可能与信号能区重叠。精确测量探测器材料的放射性,更好地理解本底来源和控制实验本底是提升探测器灵敏度的关键。高纯锗γ谱仪能量分辨率高,对样品几何形状没有要求,不需要对样品进行破坏性加工,是广泛应用的放射性测量仪器之一。PandaX合作组在锦屏地下实验室已搭建两套高纯锗γ谱仪(JP1和JP2),为暗物质和中微子实验甄选低本底材料。为提升高纯锗γ谱仪的灵敏度,精确测量更低放射性的材料,我们在现有JP1的基础上,设计双探头高纯锗γ谱仪。通过提升效率和降低本底两种方法,对暗物质和中微子实验关心的不同核素,相比于现有JP1,双探头高纯锗γ谱仪灵敏度预期可提升2~4倍。双探头高纯锗γ谱仪还可以用γ-γ符合方法测量小尺寸的样品,这种测量方式的灵敏度随测量时间有显著提升。

用GPU加速信号形状与探测器分辨率随能量变化的卷积计算

在形如中微子能谱分析中,因其本征能谱跨度较大,在积分描述所探测到的能谱时,探测器分辨率本身随能量的连续变化应该被考虑。对于该类能谱的拟合分析,传统的单靠中央处理器(Central Processing Unit,CPU)无法保障时间要求。本文利用图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)配合使用统一计算架构(Compute Unified Device Architecture,CUDA)和Roo Fit计算框架来加速数值积分过程,测试显示:当计算节点数目较多,如106个节点时,利用文中的方法 GPU(型号:K80)相较于CPU(型号:E5-2603 v3)能够带来218倍的速度提升。所述方法可作为类似实验的参考。