天然放射性

Pee
1 sin2
213
sin 2
m312 L 4E
cos4 13
sin 2
212
sin 2
m212 L 4E
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。
Mineral oil Liquid Scint.
Calibration system
~ 12% / E1/2
20-t Gd-LS 3.1m acrylic tank
4.0m acrylic tank
Steel tank
5m
5m
e 液e 闪2探 测反应堆中微子
e p e n
n Gd Gd* Gd s (8MeV)
❖ 普Ca通ptur液e on闪H 层减少伽马能量泄露，减少 Inefficiency，C减aptu少re on能Gd量判选误差
❖ ❖
提高中子探测效率，减少误差集能层厚度
由于cut处相对平滑，能量精度影响并不大
II
42.5 cm Inefficiency 9%
0 cm (换成靶物质） Inefficiency 25%
❖Muon, cosmogenic isotopes, etc
最小离子化 200 MeV/m 大亚湾 ~3% Shower muon.
S宇ho宙wer线muo子n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，
确定靶质量
降低探测效率误差
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PMT管
❖ 上下加反射板
Water Cherenkov
Oil Buffer Gamma Catcher
20 t Gd-LS
RP C
Reflective panel
反应堆中微子能90谱/天/与模块事例率
Peak at ~4 MeV 650/天/模块
640/天/模块
反衰变反应：
e p e n
每模块20吨靶质量
大亚湾实验的物理目标反是应测堆量中sin微22子13振到荡0.01（90% C.L.）
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, 来源：L宇S宙, …线，<5天0 H然z放) 射性
可见光光子
中子
中微子
正电子
MeV 伽马平均自由程~20cm
白油 液闪 掺钆液闪
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
inefficiency
Inefficiency较大，事例时时间间不判准选可能In会e带ff来ic一ie点c误y差
0.1% Gd
> 200 s cut: Ineff.=1.7% > 100 s cut: Ineff.=6.5%
(μs)
inefficiency
<1 s cut: Ineff.=0.24% <2 s cut: Ineff.=1%
1900m
1500m
实验整体方案
总共有8个中心探测器，
位于三个实验大厅：
500m
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
360m
8个模块全同（远近相 对测量抵消误差）
地下实验大厅
பைடு நூலகம்
RPC
Antineutrino detector
6 MeV判选误差（假定1%能量标度误差）
40ton 20ton
我们能够容忍的极限
42.5cm
❖ 矿物油（白油）~5屏0c蔽m层
不闪烁，使光源远离PMT
屏蔽PMT玻璃、钢罐的放射性
，，
III
材料兼容性好
PMT表面到液闪应至少>15cm
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。
Capture on H
Capture on Gd
快慢信号符合可以极中大微地去子除事偶例然符信合号本底：。符合时间
• 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
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
❖ 9Li/8He （关联本底本）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
对大亚湾实验的规模，总数与能谱同样 重要。
Perom中ptesi微gnal子2事例信号阈：值1能.8 量MeV
对应可观测能量 1.022 MeV
e p e n
e p e n
Capture on H or Gd, Delayed signal, 2.2, 8 MeV
正电子能谱就是中微子能谱平移0.8 MeV
(μs)
精确测量13的关键系是统控误制差系统误差 ❖ 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%