大亚湾进展—王萌研究员-中国科学院高能物理研究所

2个探测模块共 40 吨靶 500m至岭澳堆
系统误差
顶层岩石覆盖: 112m • 两个近点与一个远点
探测器之间用隧道连
接，共3100m
• 事例率：
0% slope
~1200/day 近点
~350/day 远点
0% slope Access portal
8% slope
大亚湾近点：
2个探测模块共 40 吨靶 360m至大亚湾堆 顶层岩石覆盖: 98m
5
三味中微子的振荡模型
混合矩阵：
质量谱：
参数化混合矩阵（PMNS矩阵，忽略了Majorana项）：
太阳，反应堆
反应堆，加速器
大气，加速器 6
为什么是大亚湾
• 反应堆中微子是测量θ13的最佳选择，因为其振荡 只由θ13决定，不受CP相位角的干扰，从而弥补基 于加速器中微子的长基线实验的不足。
• 大亚湾核反应堆群是世界上最强的中微子源之一， 目前总热电功率11.6GW，2011年岭澳二期运行后， 将达到17.4GW，成为世界上第二大反应堆群。
• 三个地下实验大厅
• 一个地下装配大厅
• 一个地下水处理大厅
14
开工典礼
2007年10月13日，在深圳 中国广东核电集团大亚湾 核电基地破土动工，相关 领导和嘉宾出席典礼并发 表了讲话。
15
隧道工程
• 2008年2月19日开始爆破作业
• 隧道挖掘正在进行中
主隧道
土建隧道
16
反中微子探测器的总体设计
逊分校 ，弗吉尼亚工学院和州立大学
~ 200位研究人员
中国 (18) 高能所，北师大, 成都理工大学，原子能
院，中广核，东莞理工学院，南京大 学，南开大学，山东大学，深圳大学 ，清华大学，中国科技大学，中山大 学， 香港大学，香港中文大学，台湾
大学，交通大学，联合大学
4
为什么是θ13
• 三味中微子振荡模型由三个混合角，两个质量方差，一个CP相位描 述，θ13是混合角之一。
大亚湾反应堆中微子实验进展
王萌
代表大亚湾国际合作组
高能物理学会第十届全国粒子物理学术会议
南京 2008年4月26日
实验简介
2
什么是大亚湾实验
• 大亚湾实验是在大亚湾核电站群附近，通过探测 其核聚变过程中发射出的电子反中微子的消失， 来精确测量中微子的混合角之一θ13。
• 通过优化选择远近实验点，建设地下实验室，以 及自行设计的新型探测器，大亚湾实验可以在 90%的置信度下，将sin22θ13测量到0.01的精度。
• θ13目前最好的结果由Chooz给出，而CP破坏的相位还没有任何测量。 • 大多数理论模型预言sin2213 ~ 0.001-0.1 • θ13的精确测量
– 其结果将决定未来轻子区CP破坏的测量，从而有可能解决宇宙中 正反物质的不对称之谜。
– 对标准模型的扩展提供更强的约束。
90％CL
At m231 = 2.5 103 eV2, sin22 < 0.15
• 大亚湾实验是第一次由中国主导的大型基础科学 国际合作项目，大亚湾国际合作组由中国（包括 台湾和香港）、美国、俄罗斯和捷克六个国家和 地区的30多个研究单位和大学的200多位研究人 员组成。
3
大亚湾国际合作组
欧洲 (3) 俄国联合核子研究所， 俄国库尔恰托夫研究所
捷克查尔斯大学
美国 (14) 布鲁克海文国家实验室，加州理工学院 ，乔 治理工大学，伊利诺州理工学院 ，衣阿华州 立大学 ，劳伦斯伯克利国家实验室 ，普林斯 顿大学 ，伦斯勒理工学院，加州大学伯克利 分校 ，加州大学洛杉矶分校 ，休斯敦大学 ， 伊利诺州大学香槟分校，威斯康辛州大学麦迪
• 圆柱形，直径5米，高5.3米 • 装配完的空探测器总重31吨 • 液体灌装后总重110吨 • 三层同心圆柱结构：
– 不锈钢外罐
• 装白油，厚0.488m，高4.976m • 内壁环放光电倍增管 • 内壁涂黑
– 外有机玻璃罐
• 装普通液闪，厚42.5cm，高3.97m
– 内有机玻璃罐
• 装掺钆液闪，直径3.1m，高3.1m • 靶重20吨
0.22% (Ling Ao near)
0.22% (far)
Signal statistics
0.2%
10
实验设计
远点: 4个探测模块共 80 吨靶 1600m 至岭澳堆 1900m 至大亚湾堆 顶层岩石覆盖： 350m
0% slope
• 通过近点与远点探测
器进行相对测量，以
岭澳近点：
消除与反应堆有关的
Φν＝1.9x1020 Pth(GW) s-1 距离大亚湾反应堆1公里处中微子的通量~2x1010cm-2s-1
• 大亚湾核电站紧邻高山，为建造地下实验室以屏 蔽宇宙线导致的本底提供了得天独厚的条件。
7
反电子中微子的探测
利用反β衰变测量反电子中微子： e p e n
快信号：末态正电子和电子湮灭后 发出两个能量大于0.5MeV的光子
慢信号：末态中子在掺钆液 闪中慢化后被钆俘获，发出 总能量8MeV的伽马光子
快慢信号延迟符合确定中微子事例 8
反电子中微子的振荡几率
反β衰变的能谱
反应堆发射的 中微子能谱
来自百度文库
反β衰变的反应截面
9
怎样达到0.01的精度
• 相同的探测器在远近点进行相对测量，有效地消除与反应堆相关的系 统误差。
• 建造地下实验室压缩宇宙线引起的本底。 • 严格控制和选择探测器材料（钢材、焊条、PMT等）以降低天然放射
性本底。
• 足够的统计量。
sources
Uncertainty
Reactors
0.087% (4 cores)
0.13% (6 cores)
Detector
0.38% (baseline)
(per module)
0.18% (goal)
Backgrounds
0.32% (Daya Bay near)
• 外有机玻璃罐上下加反射板 • 钢罐顶盖提供各种接口
17
钢罐总体机械设计
尺寸重量受严格限制 足够的强度 接口复杂
电缆穿出 4m有机玻璃罐
反射板
最小元分析 应力分布
桶底与反射板
18
支撑平台与吊具
• 本底：
B/S ~0.4% 近点 B/S ~0.2% 远点
11
探测器总体设计
• 多模块反中微子探测器以降低误差并互相校验 • 多重宇宙线反符合探测器：
• 两层水切伦科夫探测器 • 顶层RPC探测器 • 总效率 > (99.5±0.25)%
12
实验进展
13
完成隧道与实验大厅设计
• 隧道总长度约3100m