用于 CLOVERS 实验的具有卓越光产额和前所未有能量分辨率的低温纯 CsI 探测器的表征与优化

在本研究中，我们全面表征并优化了一个低温纯 CsI (pCsI) 探测器。我们使用了一块 $\SI{2}{cm}\times\SI{2}{cm}\times\SI{2}{cm}$ 的立方晶体，耦合一个 HAMAMATSU R11065 光电倍增管，在 {\SI{59.54}{\keV}} 处实现了 \SI{35.2}{PE/\keV_{ee}} 的卓越光产额和 \SI{6.9}{\%} 的前所未有的能量分辨率。此外，我们测量了 pCsI 的闪烁衰减时间，该时间显著短于室温下的 CsI(Na)。我们还研究了温度、表面处理和晶体形状对光产额的影响。值得注意的是，光产额在约 \SI{20}{\K} 处达到峰值，并在 \SI{70}--\SI{100}{\K} 范围内保持稳定。抛光晶体的光产额大约是研磨晶体的 1.5 倍，而晶体形状对光产额的影响极小。这些结果对于未来 CLOVERS（中国散裂中子源 (CSNS) 相干弹性中微子-原子核散射）实验中 \SI{10}{\kg} pCsI 探测器的设计至关重要。