大亚湾中心探测器设计课件.ppt

1、Apr.21, 2009 J. Cao 2 360m500m1900m1500mApr.21, 2009 J. Cao 3 RPCWater CherenkovAntineutrino detectorGamma CatcherOil BufferReflective panelRPCApr.21, 2009 J. Cao 4 enepPeak at 4 MeV反衰变反应：90/天天/模块模块640/天天/模块模块650/天天/模块模块每模块20吨靶质量Apr.21, 2009 J. Cao 5 22222312413132112sin 2c1sinsin 2soin44seemLmLPEE

2、大亚湾实验的物理目标是测量sin2213到0.01（90% C.L.）假定sin2213=0.1, E=4 MeV如果发生振荡：1）事例总数（比无振荡预期值）减少；2）能谱变形对能谱平均后，近点减少0.2sin2213，远点减少0.8sin2213。如果sin2213=0.01，只用总数，需要观测到0.6%的减少。对大亚湾实验的规模，总数与能谱同样对大亚湾实验的规模，总数与能谱同样重要。重要。Apr.21, 2009 J. Cao 6 enep2eeCapture on H or Gd,Delayed signal, 2.2, 8 MeVPrompt signalenep阈值1.8 MeV对应

3、可观测能量1.022 MeV正电子能谱就是中微子能谱平移0.8 MeVCapture on HCapture on GdApr.21, 2009 J. Cao 7 快慢信号符合可以极大地去除偶然符合本底。天然放射性设计值100 Hz，远点中微子事例0.001 Hz符合时间窗可取为1-200微秒在10-150微秒内可用指数函数很好地描述。中子在钆上的俘获时间，30微秒俘获时间的上升沿放大图Apr.21, 2009 J. Cao 8 inefficiencyinefficiency0.1% Gd(s)(s) 200 s cut: Ineff.=1.7% 100 s cut: Ineff.=6.5%

4、1 s cut: Ineff.=0.24%2 s cut: Ineff.=1%Inefficiency较大，事例时间不准可能会带来一点误差Apr.21, 2009 J. Cao 9 精确精确测量测量 13的关键是控制系统误差的关键是控制系统误差u远点三年数据统计误差为远点三年数据统计误差为0.2% （20吨靶质量吨靶质量/模块）模块）u系统误差主要来自反应堆、探测器系统误差、本底减除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 15cmApr.21, 2

5、009 J. Cao 15 u探测器内上下采用反射板，是大亚湾实验的创新设计。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Apr.21, 2009 J. Cao 16 u9Li/8He （关联本底）-n cascade, Prompt: , Delayed: nu“快中子快中子” 本底本底 （关联本底）Energetic neutrons produced by muon, Prompt: recoil proton, Delayed: thermalized neutron

6、Neutron emission by muon capture on C, Ou偶然符合本底偶然符合本底Positron-like signal (Singles, 100 Hz)Natural radioactivity (PMT, Rock, Steel Vessel, LS, 50 Hz) Muon, cosmogenic isotopes, etcNeutron-like signal (200/day)Single neutrons: Muon neutron single neutron in detectorLong lived isotopes (e.g. 12B/12N)

7、Other events in 6-10 MeV (e.g. Michels electron, muon, etc)来源：来源：宇宙线宇宙线，天然放射性天然放射性Apr.21, 2009 J. Cao 17 最小离子化最小离子化 200 MeV/m大亚湾大亚湾 3% Shower muon. Shower muon能产生大量的中子与长寿命同位能产生大量的中子与长寿命同位素（占总数的素（占总数的50-80%），因此希望在），因此希望在Shower之后反符合较长时间，之后反符合较长时间，需要能够区分最小离子化需要能够区分最小离子化muon和和Shower muon.Shower1000 MeV平

8、均 600 p.e./PMT （假定PMT响应线性的话）Muon产生散裂中子是天然的刻度源，需要很快回到基线测量中子中心探测器接受中心探测器接受面积约面积约15 m2Apr.21, 2009 J. Cao 18 u液闪光产额液闪光产额 1万光子万光子/MeV，中心探测器，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u中微子事例阈值中微子事例阈值 1 MeV，每个探测器，每个探测器192 PMTs，平均，平均 0.6 p.e./PMT 需要很好的单光电子探测能力。需要很好的单光电子探测能力。8 MeV中子各PMT看到的最

9、大p.e.数Fine range 0-200 p.e.Apr.21, 2009 J. Cao 19 uFull range 0-1000 p.e. 对对shower muon与最小离子化与最小离子化muon的分界线的分界线1000 MeV，平均，平均600 p.e./PMT。Apr.21, 2009 J. Cao 20 u光子到达光子到达PMT表面的时间表面的时间=液闪发光时间液闪发光时间+飞行时间（光飞行时间（光源到源到PMTs距离，直接光与反射光）距离，直接光与反射光）PMT光电子时间分布以第一个hit为T0（正电子事例）10 20 30 40 50 60 70 80 (ns) Apr.21, 2009 J. Cao 21