开发 hermetic 气态 Xenon 探测器以抑制外部氡背景

氡诱导的背景，特别是来自 $^{222}$Rn 及其 beta 衰生族，对于下一代液体 Xenon（LXe）探测器构成严峻挑战，旨在探测降至神经雾（neutrino fog）水平。为此，我们开发了一个紧凑型 hermetic 气态 Xenon（GXe）探测器。该装置通过使用 PTFE 容器置于两个石英法兰之间，并采用机械压缩的 ePTFE 垫片实现物理隔离，以隔离来自外部氡的来源。为量化氡密封性能，我们实施了双环 GXe 循环系统并开展了 670 小时的氡注入测量活动。通过静电式氡探测器和光子倍增管（PMT）监测 GXe 中氡的渗入。从这两项独立测量中，估计了 hermetic 探测器内部与外部氡浓度之比的稳态比值分别为 $(1.1 \pm 0.1) \times 10^{-2}$ 和 $(1.1 \pm 0.2) \times 10^{-2}$，分别对应氡泄漏流为 $(2.9 \pm 0.3) \times 10^{-11}$ 和 $(2.6 \pm 0.4) \times 10^{-11}$ $\thinspace$m$^{3}$ $\thinspace$ $\mathrm{s}^{-1}$。对 60 吨级 LXe TPC 如 XLZD 进行外推，表明氡泄漏量可达 $1.2 \times 10^{-2}$ $\thinspace$mBq，这在预期的探测器内部天然氡发射（通常为 3$\thinspace$mBq）之下仍属可忽略。这些结果表明，法兰式机械密封为大规模 LXe 实验实现隔离氡的内部探测器提供了有效解决方案。