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暗物質研究為輻射探測器提供了起點

2021-08-11 16:47     來源:WNN     伽馬射線核技術
基于最初開發用于幫助檢測暗物質存在的系統的原型探測器即將在加拿大核實驗室 (CNL) 進行測試。與現有技術相比,基于液態氬的液氬輻射監測器(ALARM)系統在檢測中子和伽馬輻射方面提供了顯著改進,并有可能用于防止核材料跨越國際邊界的非法移動。


合并星系團 Abell 520 核心中暗物質、星系和熱氣體的合成圖像,使用美國宇航局哈勃太空望遠鏡和夏威夷加拿大-法國-夏威夷望遠鏡拍攝的星系圖像(圖片來源:NASA)

加拿大核實驗室(CNL)的工作得到了加拿大原子能有限公司聯邦核科學技術工作計劃的支持,該計劃利用喬克河實驗室科學技術綜合體的經驗和專業知識,為加拿大政府的健康、科學、創新和氣候變化目標做出貢獻。作為該計劃的一部分,CNL 自 2016 年以來一直致力于開發用于不擴散和核反恐應用的顛覆性技術。

ALARM(液態氬輻射監測儀)探測器基于 DEAP-3600 探測器,該探測器是通過國際 DEAP 合作組織開發的,該合作組織致力于直接觀察和識別宇宙的暗物質成分。據信暗物質約占宇宙的 25%,但迄今為止,它的存在是通過其對恒星和星系的引力效應推斷出來的。DEAP-3600 位于安大略省薩德伯里 SNOLAB 地下實驗室地下兩公里多的地方,以保護超靈敏探測器免受宇宙射線和介子的影響,以免影響其有效性。

DEAP-3600 使用超凈丙烯酸容器,裝載超過 3 噸保持在極低溫度(約 -186°C)的液態氬。當氬與中子或其他電離輻射相互作用時,它會發出強烈的紫外線閃光。CNL 的應用物理學家 Andrew Erlandson 表示,DEAP 實際上是地球上最靈敏的中子探測器之一。“雖然 DEAP 本身并不是在尋找中子,但他們已經有效地為證明液態氬作為輻射檢測介質的功效奠定了基礎,”他說。

CNL 表示,液態氬——或 LAr——可以同時高精度地探測伽馬輻射和中子輻射,并有可能對現有的中子探測技術進行重大改進。基于液氬的檢測器可以輕松擴展到從千克到噸的各種尺寸,并且可以針對特定應用進行定制。

CNL 應用物理分部高級輻射技術部門模擬與測量負責人 Oleg Kamaev 表示,DEAP 使用的技術是檢測邊境安全應用中所謂的特殊核材料的有力候選方案。他補充說,該合作項目帶來了加拿大 SNOLAB 和 CNL 的兩個“大科學”團隊。“我們樂觀地認為,這種新的 LAr 原型將導致被動探測技術的進一步發展,這些技術可以部署在加拿大入境口岸的輻射門戶監視器中,最終對全球安全產生影響。”

ALARM 正處于組裝和調試的最后階段,預計今年將進行硬件調試。



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