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섬광체는 암흑물질 탐색을 위한 검출기로 널리 사용된다. 이 연구에서 우리는 순수한 CsI 결정이저온에서 암흑물질을 탐색하는데 우수한 특성을 가지고 있는지 확인하기 위해서 섬광 특성을 연구하였다. CsI 결정이 적합한 특성을 가지고 있는지 확인하기 위해서 알파입자와 감마선을 사용하여 300 에서 10 K 의 온도 범위에서 섬광 특성을 조사하였다. 온도에 따른 빛의 양, 알파/감마 비율, 감쇠 시간을 측정하고펄스 모양 분석을 통하여 알파와 감마 신호가 분리가 되는지 확인하였다. 빛의 양은 온도가 감소할때 증가하여 20 – 60 K 에서 알파입자와 감마선의 섬광량이 약 80,000 photons/MeV로 측정되었다. 알파입자와 감마선의 붕괴 시간이 온도가 감소할 때 증가하였다. 저온에서 순수한 CsI 결정의 MeV 당광전자의 수가 상온에서 CsI:Tl 검출기보다 2배 이상 많기 때문에 저온에서 낮은 문턱에너지를 가져 낮은 질량의 암흑물질 탐색에 장점이 있음을 확인하였다.
Scintillators are widely used as detectors to search for dark matter. In this study, we studied the scintillation properties of a pure CsI crystal to confirm that the crystal has good properties for searching for dark matter at low temperatures. To confirm if the pure CsI crystal has suitable properties for detecting dark matter, we investigated its scintillation properties by using alpha particles and gamma rays in temperature range from 300 – 10 K. The light yield, alpha/gamma ratio, and decay time were measured for each temperature, and it the alpha and the gamma signals could be separated by using a pulse shape discrimination. The light yield increased as the temperature decreased, and the light yields due to alpha particles and gamma rays were found to be about 80,000 photons/MeV. The decay times of alpha particles and gamma rays increased as the temperatures was decreased. Because pure CsI at low temperatures have twice the number of photoelec-trons per MeV than the CsI:Tl detector at room temperatures, we confirm that CsI has a low threshold energy at low temperatures which is an advantage when searching for low-mass dark matter.
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CsI, Pulse shape discrimination, Alpha/gamma ratio, Scintillation decay time, Light yield
