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大亚湾中心探测器设计
Apr.21, 2009 J. Cao 实验整体方案 地下实验大厅 反应堆中微子能谱与事例率 反应堆中微子振荡 中微子事例信号:能量 中微子事例信号:符合时间 时间判选Inefficiecy 系统误差 精确测量?13的关键是控制系统误差 远点三年数据统计误差为0.2% (20吨靶质量/模块) 系统误差主要来自反应堆、探测器系统误差、本底减除 反应堆误差~0.1% 本底减除误差 0.1-0.3% 探测器系统误差 靶质量误差 0.2-0.3% 能量判选误差 0.2-0.3% 时间判选误差 0.1% 降低探测效率误差 如有可能,尽量减少inefficiency 否则,降低判选误差 中心探测器结构 三层结构的同心圆柱体 靶层: 20 ton (0.1% Gd LAB-based LS) 集能层: 20 ton (LAB-based LS) 屏蔽层 : 40 ton (mineral oil) 192个低本底8-in光电倍增管 上下加反射板 液闪探测反应堆中微子 为什么要三层结构? 白油屏蔽层减少天然放射性本底 不锈钢外罐、PMT玻璃等 ? 50cm能减少20倍。 如果不加屏蔽层,需要做顶点判选去除放射性本底 需要高的顶点重建精度,更多的PMT 顶点拟合带来的fiducial volume误差大,且不易确定 普通液闪层减少伽马能量泄露,减少Inefficiency,减少能量判选误差 集能层厚度 提高中子探测效率,减少误差 由于cut处相对平滑,能量精度影响并不大 屏蔽层 矿物油(白油)~50cm 不闪烁,使光源远离PMT 屏蔽PMT玻璃、钢罐的放射性?,?,? 材料兼容性好 反射板 探测器内上下采用反射板,是大亚湾实验的创新设计。 减少PMT约40% (需要覆盖的面积 91m2 ?55m2) 机械结构更简单 z向能量响应更均匀 ESR反射膜~99%镜反射率 本底 9Li/8He (关联本底) ?-n cascade, Prompt: ?, Delayed: n “快中子” 本底 (关联本底) Energetic neutrons produced by muon, Prompt: recoil proton, Delayed: thermalized neutron Neutron emission by muon capture on C, O 偶然符合本底 Positron-like signal (Singles, 100 Hz) Natural radioactivity (PMT, Rock, Steel Vessel, LS, … 50 Hz) Muon, cosmogenic isotopes, etc Neutron-like signal (200/day) Single neutrons: Muon ? neutron ? single neutron in detector Long lived isotopes (e.g. 12B/12N) Other events in 6-10 MeV (e.g. Michel’s electron, muon, etc) 宇宙线?子 最小离子化 200 MeV/m 大亚湾 ~3% Shower muon. Shower muon能产生大量的中子与长寿命同位素(占总数的50-80%),因此希望在Shower之后反符合较长时间,需要能够区分最小离子化muon和Shower muon. PMT光电子数 液闪光产额 ~1万光子/MeV,中心探测器~120 p.e./MeV 液闪衰减至60%,12%接受面积,20% PMT量子效率,80% PMT光电子收集效率 中微子事例阈值 1 MeV,每个探测器192 PMTs,平均 0.6 p.e./PMT ?需要很好的单光电子探测能力。 Muon事例 PMT光电子数 Full range 0-1000 p.e. 对shower muon与最小离子化muon的分界线1000 MeV,平均600 p.e./PMT。 光电子时间分布 光子到达PMT表面的时间=液闪发光时间+飞行时间(光源到PMTs距离,直接光与反射光) 电子学要求 * * * 曹 俊 中国科学院高能物理所 核探测技术与核电子学重点实验室年会, 2009-4-21 大亚湾中微子实验 中心探测器的物理设计 总共有8个中心探测器, 位于三个实验大厅: 两个近点探测器分别测量两组反应堆,各放置2个中心探测器模块 远点探测器位于振荡极大点2公里处,放置4个中心探测器模块 8个模块全同(远近相对测量抵消误差) 360m 500m 1900m 1500m RPC Water Cherenkov
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