Stochastic heating by ECR as a novel means of background reduction in the KATRIN spectrometers

التسخين العشوائي بواسطة رنين السيكلوترون الإلكتروني (ECR) كوسيلة مبتكرة لتقليل الخلفية في مطيافات KATRIN

Clicks: 281
ID: 119442
2012
Free PDF
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Steady

Ranked #29 of 73 articles by views in journal of instrumentation

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
The primary objective of the KATRIN experiment is to probe the absolute neutrino mass scale with a sensitivity of 200 meV (90% C.L.) by precision spectroscopy of tritium β-decay. To achieve this, a low background of the order of 10−2 cps in the region of the tritium β-decay endpoint is required. Measurements with an electrostatic retarding spectrometer have revealed that electrons, arising from nuclear decays in the volume of the spectrometer, are stored over long time periods and thereby act as a major source of background exceeding this limit. In this paper we present a novel active background reduction method based on stochastic heating of stored electrons by the well-known process of electron cyclotron resonance (ECR). A successful proof-of-principle of the ECR technique was demonstrated in test measurements at the KATRIN prespectrometer, yielding a large reduction of the background rate. In addition, we have carried out extensive Monte Carlo simulations to reveal the potential of the ECR technique to remove all trapped electrons in a few ms with negligible loss of measurement time in the main spectrometer. This would allow the KATRIN experiment attaining its full physics potential.
يتمثل الهدف الأساسي لتجربة كاتريَن (KATRIN) في سبر مقياس الكتلة المطلقة للنيوترينو بحساسية تبلغ 200 ميلي إلكترون فولت (بمستوى ثقة 90%) عبر التحليل الطيفي الدقيق لاضمحلال بيتا (β) للتريتيوم. ولتحقيق ذلك، يلزم وجود خلفية إشعاعية منخفضة في حدود 10⁻² عدّة في الثانية (cps) في منطقة نقطة النهاية لاضمحلال بيتا للتريتيوم. وقد كشفت القياسات المُجراة باستخدام مطياف الإعاقة الكهروستاتيكي أن الإلكترونات، الناشئة عن الاضمحلالات النووية داخل حيز المطياف، تُحتجز لفترات زمنية طويلة، مما يجعلها مصدراً رئيساً للخلفية الإشعاعية التي تتجاوز هذا الحد. ونُقدّم في هذه الورقة طريقة نشطة ومبتكرة لتقليل الخلفية الإشعاعية تعتمد على التسخين العشوائي (الستوكاستي) للإلكترونات المحتجزة بواسطة العملية المعروفة باسم الرنين السيكلوتروني للإلكترون (ECR). وقد أُثبتت صحة مبدأ تقنية ECR بنجاح في قياسات اختبارية أُجريت على المطياف الأولي لتجربة KATRIN، مما أسفر عن انخفاض كبير في معدل الخلفية. وبالإضافة إلى ذلك، أجرينا عمليات محاكاة مكثفة بطريقة مونت كارلو لإبراز قدرة تقنية ECR على إزالة جميع الإلكترونات المحتجزة في غضون بضعة أجزاء من الألف من الثانية (بضعة ميلي ثوانٍ) مع فقدان ضئيل للغاية في زمن القياس في المطياف الرئيسي؛ وهو ما سيتيح لتجربة KATRIN تحقيق كامل إمكاناتها الفيزيائية.
Reference Key
wüstling2012journalstochastic Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors S Mertens,A Beglarian,L Bornschein,G Drexlin,F M Fränkle,D Furse,F Glück,S Görhardt,O Krömer,B Leiber,K Schlösser,T Thümmler,N Wandkowsky,S Wüstling;S Mertens;A Beglarian;L Bornschein;G Drexlin;F M Fränkle;D Furse;F Glück;S Görhardt;O Krömer;B Leiber;K Schlösser;T Thümmler;N Wandkowsky;S Wüstling;
Journal journal of instrumentation
Year 2012
DOI
10.1088/1748-0221/7/08/p08025
URL
https://sciprofiles.com/publication/view/cdea8f6bab40627b5fac2e89a11a21d2
Keywords
stochastic heating katrin stored background reduction ecr technique tritium β

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.