面向ASTAROTH铜钢型 cryogenic 腔体设计验证的非线性多物理场模型
仪器与探测器
2026-02-09 v2
摘要
在探测暗物质的全球努力中，唯一的积极信号仍基于NaI(Tl)晶体探测器，这种技术具有特别的兴趣。ASTAROTH项目旨在通过读取其发光光信号的硅光子二极管阵列(SiPM)来发展下一代此类探测器，阵列在低温下工作。本文描述了ASTAROTH型 cryostat的创新设计，由双壁铜钢型 cryogenic 腔体组成，利用液氩浴进行冷却。探测器在可调温度范围内87至150 K的氦气气氛中进行热化。该设计在热传递效率和机械应力方面均通过了验证，开发了一个非线性多物理场模型。对OFHC铜的力学性能在专门的拉伸样品上进行了实验评估。仿真结果表明，结构完整性得到保证。在最高运行温度下，温度梯度最陡的区域 exhibits应力略微超过铜的屈服强度(局部应变硬化条件)。在建造后，该型 cryostat经认证运行了30多个冷却循环，未出现任何降解迹象。温度可跨越整个目标范围进行调节，并稳定在0.1 K以内。这些结果表明，这是一种可行的设计，可用于下一代暗物质探测器，以及各种需要仪器均匀且可调气体导热的应用。
引用
@article{arxiv.2511.22529,
title = {A nonlinear multiphysics model for the design validation of the ASTAROTH copper-steel cryogenic chamber},
author = {F. Alessandria and F. B. Armani and S. Coelli and D. Cortis and D. D'Angelo and E. Martinenghi and M. Monti and D. Orlandi and M. Sorbi and V. Toso and A. Zani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.22529},
year = {2026}
}
备注
25 pages, 20 figures