[论文解读] 222Rn daughters influence on scaler mode of the ARGO-YBJ detector

E. Giroletti, I. Bolognino+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 3

一句话总结

本文研究了222Rn衰变子核对ARGO-YBJ大气簇射探测器标尺模式的影响，发现每立方米空气中每增加1 Bq的氡，C1计数率约增加1 Hz。该研究识别出氡子核是最低能量阈值测量中显著的本底源，呼吁开展氡监测以提高低能宇宙射线探测的灵敏度。

ABSTRACT

The ARGO-YBJ experiment is a full coverage air shower array; its lowest energy threshold is reached using the "scaler mode technique". Working in this mode, the signals generated by any particle hitting each cluster are put in coincidence every 150 ns and read by four independent scaler channels, giving the counting rates of multiplicity \geq1, \geq2, \geq3 and \geq4 (C1, C2, C3 and C4, respectively). The study of these counting rates pointed out a different behaviour of C1 respect to C2, C3 and C4, suggesting that C1 is detecting not only cosmic rays. This work shows that the radon (222Rn) gamma emitter daughters present in the ARGO-YBJ building air are contributing to C1 counts at the level of 1 Hz each Bq/m3 of radon. The uncertainty about this contribution is great, because of the high variability of 222Rn concentration and the building ventilation. The radon monitoring will allow the C1 correction improving the sensitivity of the ARGO-YBJ experiment at its lowest energy threshold.

研究动机与目标

• 识别并量化影响ARGO-YBJ探测器在低能阈值下标尺模式背景贡献的因素。
• 研究222Rn衰变子核对C1计数率的影响，该计数率与C2、C3和C4相比表现出异常行为。
• 评估氡浓度变化及建筑物通风对探测器标尺模式背景的影响。
• 提出通过氡监测作为校正方法，以提升ARGO-YBJ在最低能量范围内的探测灵敏度。

提出的方法

• ARGO-YBJ探测器的标尺模式每150 ns在四个独立通道中记录符合计数（C1至C4）。
• C1计数代表至少有一个粒子簇被激发的事件，而C2–C4代表多重性更高的事件。
• 在探测器所在建筑环境中监测氡浓度及其衰变子核，以与C1的异常行为相关联。
• 通过统计分析将C1计数率与实测氡水平进行比较，估算每Bq/m³的贡献。
• 本研究使用第32届国际宇宙射线大会（ICRC）论文集和arXiv预印本进行验证。
• 基于实测氡水平提出校正模型，以减少C1计数中的背景。

实验结果

研究问题

• RQ1 ARGO-YBJ标尺模式中C1计数相对于C2、C3和C4为何表现出异常行为？
• RQ2 222Rn衰变子核在多大程度上贡献于ARGO-YBJ探测器的C1计数率？
• RQ3 氡浓度变化及建筑物通风如何影响标尺模式下探测器的背景？
• RQ4 能否通过氡监测实现对C1背景的有效校正，以提升低能宇宙射线探测的灵敏度？

主要发现

• 探测器空气中每立方米1 Bq的222Rn，约使C1计数率增加1 Hz。
• C1计数率与C2、C3和C4相比表现出明显偏离，表明部分信号并非来自宇宙射线。
• 222Rn子核对C1的贡献显著且具有可变性，原因在于氡浓度波动及通风模式变化。
• 由于建筑内氡浓度具有动态特性，背景贡献的不确定性仍然较高。
• 识别出氡监测对于ARGO-YBJ最低能量阈值区域实现精确背景校正至关重要。
• 实施氡监测可显著提升探测器在接近其能量阈值区域的灵敏度。