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探索暗物质不可或缺的氙气


暗物质是一种存在于宇宙中具有质量但不能直接观察到的物质、而检测到它的装置的一种为液体氙勘探器。在这篇文章,纽小编准备介绍下该勘探器的结构及其原理,以及运用氙气的原因。

检测器的结构中心部为液体氙(约零下100℃)、其外侧为光电倍增管。检测器的外侧用水封。

测量原理是当暗物质在与氙核弹性散射时,丧失一部分能量,或与氙的电子磕碰时候发生发光现象,而该光能被光电倍增管检测到。外侧用水填充的原因是为了屏蔽伽马射线并降低搅扰。形成搅扰的原因有很多种,除了水之外,还运用各种屏蔽资料(如塑料板)将噪音降低到最低。

发光原理和运用氙的原因

如上所述,当暗物质进入液体氙的容器并磕碰时,发生光(S1)、一起,因为电子被撞出,而且在检测器附有电极,电子被吸引到阳极并与上部气态氙磕碰以宣布推迟光 (S2)。

运用液体氙的原因如下

发生闪耀光,其发光量很大
氙的质量很大
与氩和氪不同,氙没有长寿命同位素

关于第2点,质量越大的话屏蔽搅扰的能力越强。这有助于在暗物质测守时这比液体氙区域外的搅扰。关于第3点、放射性同位素39Ar稀有百年、81Kr稀有十万年的半衰期,这也是形成搅扰的原因。而另一方面,氙没有天然的同位素,即使是人工合成的同位素半衰期也就数十天,因此来自放射性同位素的搅扰很小。

氙气是一种稀有气体,在空气中的浓度仅为0.087 ppm。当通过空气分离净化氧气,氮气,氩气时,通过进一步蒸馏低沸点副产物以获得高纯度氙气。因此价格高达每公斤上万人民币。在暗物质观察中,因为试验精度还取决于氙的纯度,都是通过进一步精华提高了氙的纯度。

世界各地的研讨活动

在世界各地,有几个小组正在以这种方法勘探暗物质。在日本,在岐阜县飞弹市的神冈矿有一个XMASS试验设施,装有800公斤氙。

在意大利,有运用3吨氙的检测器,在美国,预计在2020年完结运用7至20吨氙的观测设备。虽然具有更多氙的勘探器具有更高的勘探灵敏度,但全世界每年仅发生40吨氙,而且关于诸如半导体制作和卫星离子发动机等其他运用的需求也在增加,因此很多的氙 采购并不容易。

另一方面,不运用的检测方法也被相继报导,比如最近有报导运用超流氦的研讨结果, 研讨研究人员认为,该方法也可以观察到暗物质。

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