陳明君中國科學(xué)院高能物理研究所中微子水基切倫科夫量能器的研究及應(yīng)用申請“晨光杯”答辯報(bào)告中國桂林?200610291報(bào)告內(nèi)容水基切倫科夫量能器模型探測器的性能分析在大亞灣實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用 2NeutrinoOscillationUisMNSPmatrix：

Todescribeneutrinooscillation，weneed:

twomasssquares,threemixinganglesandoneCPphaseδ3長基線中微子振蕩在最大振蕩幾率條件下：例如：4水基契倫可夫量能器5文獻(xiàn)#中提出了一種新型探測器可用于極長基線中微子振蕩實(shí)驗(yàn)#：Yi-FangWangNucl.Instr.&Meth.A503(2003):1416WaterTankNeutrinobeamChargeCurrentProcessLeptons:e,μ,τCherenkovRadiationPhotonsDetectedbyPMTsSingleWaterTank－－》EnergyDepositMultiWaterTanks－－》NeutrinoEvent7我們所構(gòu)造的一個(gè)水基切倫科夫量能器水箱的材料：PVC尺寸：1m×1m×13m兩端的形狀：WinstonCone拋物面結(jié)構(gòu)水箱內(nèi)部貼有反射系數(shù)約為90％(300nm~600nm)的Tyvek膜和鋁膜光子的接收端是8英寸的光電倍增管(PMT)使用去離子純凈水（電阻率>10MΩ·cm)水箱的進(jìn)水口裝有0.1μm級的二層過濾裝置系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系原點(diǎn)在水箱中部8WaterTankPrototype910放置在水箱正X軸向的PMT在高壓1550V條件下，利用熱噪聲法測得的單光子峰電荷譜。第一個(gè)峰對應(yīng)于臺基，第二個(gè)峰來自大于閾2mV打拿極噪聲，最右一個(gè)峰是單光子峰。擬合采用的ROOT分析工具包，用此得到單光子峰位可以數(shù)出探測到的光電子數(shù)。從圖上可以清楚的看出，這個(gè)光電倍增管有良好的峰谷比(約為1.5)和很小的噪聲11μ在水箱X＝0.5m處垂直入射，得到的一個(gè)電荷譜12MuonsverticallypassthroughtheprototypewiththedifferentpositionsXisthedistancefromthetriggercounterstothePMTatrightend.Effectiveabsorptionlengthofthewatertank:5.74+/-0.29(m)EnergyRes.7%/Sqrt(E(GeV))13Thetracklengthsofalldatapointsarenormalizedto1matx=0.5mMuonspassthroughthewatertankwithdifferentangles14一些提高水箱的光收集效率的方法：1，利用復(fù)雜的水的凈化裝置可以明顯的提高水的衰減長度。事實(shí)上，Super－K實(shí)驗(yàn)直接測量出其水的本征衰減長度最大可達(dá)到100m以上。而我們模擬程中最大值約取為30m。2，利用最近發(fā)展的具有極高反射率的塑料反射材料。比如3MCo.生產(chǎn)的VM2000、ESR等，其反射率可超過99％。這樣可以增加50％以上的光收集量。以上的方法，大約可以提高光的收集量兩倍，對應(yīng)的能量分辨率約為。這結(jié)果是和我們最初的設(shè)計(jì)報(bào)告*

是相符合的。*ChenH.S.,etal.,hep-ph/010426615SomeMCResults16ResultsformMCsimulation:efficiencyvsbackgroundrejectionpowerfordifferentfavors17研究結(jié)果表明它是極長基線中微子振蕩實(shí)驗(yàn)的一個(gè)非常優(yōu)秀的探測器候選者！1，該量能器的光產(chǎn)額，探測效率，水的有效衰減長度和粒子入射角度依賴關(guān)系都能很好的滿足極長基線中微子振蕩實(shí)驗(yàn)。2，基于蒙特卡羅模擬，對于電子中微子和陶中微子的出現(xiàn)幾率和繆中微子消失幾率都具有優(yōu)秀的探測性能。3，水基契倫可夫量能器對于中微子工廠和超級中微子束流來說，造價(jià)是相當(dāng)便宜和有效。同時(shí)，它也可以用來研究宇宙線和天文學(xué)。4，盡管我們需要更多的R&D和探測器的優(yōu)化工作，但水基契倫可夫量能器已經(jīng)沒有主要的技術(shù)困難，18在大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)主要目標(biāo)是利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的電子反中微子來測定一個(gè)具有重大物理意義的參數(shù)—中微子混合角Θ13。

經(jīng)合作組內(nèi)部討論已初步同意：采用水基切倫科夫量能器作為中微子探測器的宇宙線反符合系統(tǒng)。19探測器的剖面圖：Usewatertankasthemuonvetosystem20Four8-inchPMTsAlMirrorReflector16m俯視圖：Tyvek21把水基切倫科夫量能器應(yīng)用于大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)的宇宙線反符合系統(tǒng)，與RPC和塑料閃爍體等相比，它有如下明顯的優(yōu)點(diǎn)：1，探測效率高，最近的模擬結(jié)果表明宇宙線的探測效率在99％以上；2，對大亞灣巖石較高的天然放射性不敏感；3，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，整個(gè)探測器浸泡在水池中，不需要自支撐；4，由于使用了水作為探測器的主要介質(zhì)，造價(jià)相當(dāng)便宜，可大大地降低大亞灣實(shí)驗(yàn)宇宙線反符合系統(tǒng)的造價(jià)。22MCsimulation23Publications:M.-J.Chen,Y.-F.Wang,J.-T.He,M.-L.Yu,AstudyofthewaterCherenkovcalorimeter,Nucl.Instru.&Meth.A562(2006):214ChenMing-Jun,WangYi-Fang,HeJing-Tang,etal.,Awatertan