为XENONnT设计、建造和调试高流量氡去除系统
摘要：基于低温蒸馏技术开发并建造了一个高流量的氡去除系统，以减少液态氙探测器中由氡引起的背景噪音，如XENONnT。为了在探测器内部的氡源上实现减少两倍的氡浓度，需要对XENONnT液态氙库存（8.4吨）进行连续净化，处理流量高达71千克/小时（200标准升/分钟）。为了实现如此高的流量，蒸馏塔的设计采用了液态氙的进出口以及具有高冷凝能力的新型定制浴式热交换器。蒸馏过程采用了修改后的McCabe-Thiele方法设计，无底部产品提取。热力学概念基于带有相变介质的Clausius-Rankine制冷循环，本例中为氙气本身。为了显著降低外部制冷功率需求，开发了一种能效高的热泵概念，应用了一台定制的四缸磁耦合活塞泵作为压缩机。蒸馏系统在热力学稳定条件下运行，处理流量为(91 $\pm$ 2)千克/小时（(258 $\pm$ 6) 标准升/分钟），超过设计值的30%。根据测量得到的氡源分布，预计在XENONnT探测器内，$^{222}$Rn活性浓度小于1微贝克/千克。
作者：M. Murra, D. Schulte, C. Huhmann, C. Weinheimer
论文ID：2205.11492
分类：Instrumentation and Detectors
分类简称：physics.ins-det
提交时间：2022-12-28