惰性液体时间投影室中阴极金属丝虚假电子发射的研究与抑制

惰性液体辐射探测器长期以来受其阴极电极虚假电子发射的困扰。在搜寻WIMP暗物质或无中微子双β衰变的下一代液氙(LXe)实验，以及用于长基线中微子项目的大型液氩(LAr)探测器中，必须理解并抑制这一现象。我们展示了一项针对该虚假发射的系统研究，包括对浸没在具有单电子灵敏度的两相氙时间投影室中的细金属丝进行一系列慢速电压斜坡测试。由此可通过电子计数检测到低至$10^{-18}$ A的发射电流，较以往专用测量有巨大改进。在某些金属丝上，于低至$\sim$10 kV/cm的表面场强下记录到发射事件，并观察到复杂的发射模式，平均速率为10-200计数每秒(c/s)，爆发高达$\sim$10$^6$ c/s。所有未处理样品中还存在着一种更微弱、变化更小的发射类型。有证据表明存在部分 conditioning 效应，后续测试平均产生更少的发射体，且对同一金属丝出现在不同场强下。我们发现没有证据表明存在金属-LXe界面特有的本征阈值（该阈值可能限制先前实验至至少160 kV/cm的场强）。总体现象学与微观细丝的增强场发射不一致，而似乎与金属丝表面在腐蚀和氧化层性质方面的质量有关。本研究得出结论，某些表面处理，特别是不锈钢丝的硝酸清洗，可使整体电子发射率获得至少数量级的改善，这将有助于下一代探测器达到所需的静电性能。