利用热吸气剂和热对流循环实现高效稀有气体纯化

具有光学读出的惰性气体辐射探测器因其在电离辐射相互作用下能同时产生电离和闪烁信号的能力，在天体物理学和粒子物理学等领域日益受到欢迎。此外，通过在气体中促进二次闪烁，可以实现对初级电离信号的放大。惰性气体的纯度，特别是关于 H$_{2}$O、N$_{2}$、O$_{2}$、CO$_{2}$ 和碳氢化合物等杂质，极大地影响其性能。这些杂质会导致初级电子的损失并猝灭闪烁信号。因此，对气体纯度有极高要求。在 90 年代初期，开发了一种用于密封、小体积（最多几升）气体辐射探测器中惰性气体纯化的简单方法。该方法通过促进气体流经锆基热泵，并仅依靠热对流维持气体循环来实现气体纯化。此方法的有效性仅由那些探测器达到的能量分辨率所证实，其分辨率与其他高性能惰性气体探测器相当。在这项工作中，我们使用初级和次级闪烁信号的波形分析，能够评估杂质在我们一个充满纯 Xe 的探测器中引起的附着和猝灭效应，并估算气体中杂质含量的上限值。考虑到几乎所有杂质，最大总杂质浓度估计低于 4 ppm，若仅考虑 N$_{2}$，则低于 82 ppm。测得的电子寿命为 2.1 $\pm$ 0.1 ms，与其他高性能光学探测器达到的水平一致。