用于低本底探测器的超高纯碘化钠区域精炼
仪器与探测器
2021-08-04 v1 材料科学
摘要
用于暗物质直接搜寻的超高纯、低本底 NaI(Tl) 晶体日益受到关注。既往研究表明，区域精炼是一种高效且可扩展的 NaI 纯化方法。特别是，K 与 Rb——两种具有可造成闪烁本底的放射性同位素的元元素——可被区域精炼高效去除。然而，区域精炼从未在近期才商业可得的超高纯 NaI 上得到验证。本文中，我们表明许多常见金属杂质均可通过区域精炼高效去除。我们建立了预测最终杂质分布的数值模型，并用以拟合 ICP-MS 测量数据以确定分凝系数与初始浓度。在此方案下，K 的分凝系数估计为 0.57，表明区域精炼对从超高纯 NaI 中去除 K 仍然有效。由于区域精炼倾向于将杂质移至一端，在未处理粉末中浓度过低而无法直测的元素可能因富集而在末端被检测到。我们还提出了一种利用部分数据估算杂质初始浓度的分析技术，有效提升了谱仪的灵敏度。利用该技术， Rb 的初始浓度在 90% CL 下估计为 5 ppt 至 14 ppt，至少比 ICP-MS 探测限低 14 倍，比 DAMA 合作组通过直接计数放射性 Rb 设定的当前最严限低 7 倍。这些结果意味着区域精炼是开发下一代基于 NaI 的晶体闪烁体用于暗物质直接探测的关键技术。
引用
@article{arxiv.2105.06431,
title = {Zone refining of ultra-high purity sodium iodide for low-background detectors},
author = {Burkhant Suerfu and Frank Calaprice and Michael Souza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.06431},
year = {2021}
}