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探索暗物質(zhì)不可或缺的氙氣


暗物質(zhì)是一種存在于宇宙中具有質(zhì)量但不能直接觀察到的物質(zhì)、而檢測到它的裝置的一種為液體氙勘探器。在這篇文章，紐小編準(zhǔn)備介紹下該勘探器的結(jié)構(gòu)及其原理，以及運(yùn)用氙氣的原因。

檢測器的結(jié)構(gòu)中心部為液體氙（約零下100℃）、其外側(cè)為光電倍增管。檢測器的外側(cè)用水封。

測量原理是當(dāng)暗物質(zhì)在與氙核彈性散射時，喪失一部分能量，或與氙的電子磕碰時候發(fā)生發(fā)光現(xiàn)象，而該光能被光電倍增管檢測到。外側(cè)用水填充的原因是為了屏蔽伽馬射線并降低攪擾。形成攪擾的原因有很多種，除了水之外，還運(yùn)用各種屏蔽資料（如塑料板）將噪音降低到最低。

發(fā)光原理和運(yùn)用氙的原因

如上所述，當(dāng)暗物質(zhì)進(jìn)入液體氙的容器并磕碰時，發(fā)生光（S1）、一起，因?yàn)殡娮颖蛔渤�，而且在檢測器附有電極，電子被吸引到陽極并與上部氣態(tài)氙磕碰以宣布推遲光 （S2）。

運(yùn)用液體氙的原因如下

發(fā)生閃耀光，其發(fā)光量很大
氙的質(zhì)量很大
與氬和氪不同，氙沒有長壽命同位素

關(guān)于第２點(diǎn)，質(zhì)量越大的話屏蔽攪擾的能力越強(qiáng)。這有助于在暗物質(zhì)測守時這比液體氙區(qū)域外的攪擾。關(guān)于第３點(diǎn)、放射性同位素39Ar稀有百年、81Kr稀有十萬年的半衰期，這也是形成攪擾的原因。而另一方面，氙沒有天然的同位素，即使是人工合成的同位素半衰期也就數(shù)十天，因此來自放射性同位素的攪擾很小。

氙氣是一種稀有氣體，在空氣中的濃度僅為0.087 ppm。當(dāng)通過空氣分離凈化氧氣，氮?dú)猓瑲鍤鈺r，通過進(jìn)一步蒸餾低沸點(diǎn)副產(chǎn)物以獲得高純度氙氣。因此價格高達(dá)每公斤上萬人民幣。在暗物質(zhì)觀察中，因?yàn)樵囼?yàn)精度還取決于氙的純度，都是通過進(jìn)一步精華提高了氙的純度。

世界各地的研討活動

在世界各地，有幾個小組正在以這種方法勘探暗物質(zhì)。在日本，在岐阜縣飛彈市的神岡礦有一個XMASS試驗(yàn)設(shè)施，裝有800公斤氙。

在意大利，有運(yùn)用3噸氙的檢測器，在美國，預(yù)計(jì)在2020年完結(jié)運(yùn)用7至20噸氙的觀測設(shè)備。雖然具有更多氙的勘探器具有更高的勘探靈敏度，但全世界每年僅發(fā)生40噸氙，而且關(guān)于諸如半導(dǎo)體制作和衛(wèi)星離子發(fā)動機(jī)等其他運(yùn)用的需求也在增加，因此很多的氙 采購并不容易。

另一方面，不運(yùn)用氙的檢測方法也被相繼報(bào)導(dǎo)，比如最近有報(bào)導(dǎo)運(yùn)用超流氦的研討結(jié)果， 研討研究人員認(rèn)為，該方法也可以觀察到暗物質(zhì)。

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