保罗·谢勒研究所用于缪子诱发X射线发射(GIXE)的锗阵列无损检测(GIANT)装置

利用缪子X射线研究核半径等元素性质的做法可追溯到二十世纪七十年代。这引发了八十年代保罗·谢勒研究所(PSI)在缪子诱发X射线发射(MIXE)技术方面的开创性工作，用于元素组成的无损评估。近年来，该方法在世界大多数缪子设施中经历了复兴、改进与采用。就此而言，PSI凭借瑞士缪子源(S$\mu$S)的高速率连续缪子束流具备独特能力。我们在此报告在PSI专门建造的MIXE谱仪——用于无损检测的锗阵列(GIANT)装置的决策、建造与调试。多次实验活动凸显了PSI处MIXE的卓越能力，例如以少至1小时的数据采集分辨低至1 at%的元素浓度，测量从铁到铅元素的同位素比，以及表征由缪子核俘获诱发的伽马射线。利用专用带电粒子追踪器表征的靶上束斑在25和45 MeV/c下分别为22.06$\pm$0.18和14.45$\pm$0.06 mm。高纯锗(HPGe)信号的深入分析进一步将能量和计时分辨率分别提升至1 MeV下约1 keV和20 ns。在GIANT装置内，一个平均探测器在E=1000 keV处的光峰效率为$\overline{\epsilon_E}$=0.11%，能量分辨率为$\overline{\sigma_E}$=0.8 keV。GIANT装置在S$\mu$S处的整体性能使得面向考古样品、锂离子电池研究以及与工业界合作的丰富用户项目得以启动。未来的改进将包括基于模拟的分析和更高程度的自动化，例如对一系列缪子动量的自动扫描和自动换样。