1 / 34

大亚湾反应堆中微子实验进展

大亚湾反应堆中微子实验进展. 黄性涛 ( 代表大亚湾国际合作组） 山东大学物理学院 中国物理学会 2008 秋季学术会议 山东 济南 2008 年 9 月 19 日 - 21 日. 实验背景. 中微子振荡. 参数化混合矩阵（ PMNS 矩阵，忽略了 Majorana 项）：. 震荡规律的 6 个参数：  12 ，  13 ，  23 ， Δ m 21 , Δ m 32 , δ CP. 大亚湾实验的主要物理目标： 测量 sin 2 2  13 至好于 0.01 的精度 (90%CL). 测量  13 的物理意义. 1 ）是自然界的基本参数

ayanna
Download Presentation

大亚湾反应堆中微子实验进展

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 大亚湾反应堆中微子实验进展 黄性涛 (代表大亚湾国际合作组） 山东大学物理学院 中国物理学会2008秋季学术会议 山东 济南 2008年9月19日- 21日

  2. 实验背景

  3. 中微子振荡 参数化混合矩阵（PMNS矩阵，忽略了Majorana项）： 震荡规律的6个参数： 12， 13， 23，Δm21, Δm32, δCP 大亚湾实验的主要物理目标： 测量sin2213至好于0.01的精度(90%CL)

  4. 测量13的物理意义 • 1）是自然界的基本参数 • 2）对理解轻子与夸克之间的关系，研究比目前的粒子物理 • 标准模型更基本的大统一理论具有重要意义 • 3）对解释宇宙中物质-反物质不对称极为重要 • 如果sin2213>0.01，下一代长基线实验可以测定CP相角。 • 如果sin2213<0.01，下一代长基线实验不能测得CP相角。 • 4）与长基线实验共同确定混合参数，消除简并。 • 5）对中微子物理的未来提供了发展方向 • 是否要建中微子工厂或超级束流？

  5. 实验简介

  6. 大亚湾核反应堆中微子实验 • 大亚湾反应堆中微子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。 • 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。

  7. 欧洲 (3) （9） 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) （~75） 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逊分校 ，弗吉尼亚工学院和州立大学 中国 (18) （~127） 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 ~ 211位研究人员 大亚湾国际合作组

  8. 国际竞争 Krasnoyarsk, Russia Braidwood, USA RENO, Korea D-Chooz, France Diablo Canyon, USA KASKA, Japan Daya Bay, China Angra, Brazil

  9. 为什么是大亚湾 • 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。 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 • 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。 • 得到了核电厂的大力支持。

  10. 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 反电子中微子的探测 利用反β衰变测量反电子中微子：

  11. 反电子中微子的振荡几率

  12. 实验设计 岭澳近点： 2个探测模块共 40 吨靶 500m至岭澳堆 顶层岩石覆盖: 112m • 通过近点与远点探测器进行相对测量，以消除与反应堆有关的系统误差 • 两个近点与一个远点探测器之间用隧道连接，共3100m • 事例率： ~1200/day 近点 ~350/day 远点 • 本底： B/S ~0.4% 近点 B/S ~0.2% 远点 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 0% slope 0% slope Access portal 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 8% slope

  13. 实验要点 • 以前的中微子实验误差为3~6% • Chooz 测量结果：sin2213<0.17 • 要达到0.01的精度，误差必须小于0.5% • 采用全同的探测器做远近相对测量 消除反应堆带来的~3%误差 • 足够的探测器屏蔽 • 去除天然放射性本底以及宇宙线带来的本底 • 减少事例判选条件，特别是不能依赖重建顶点 • 足够的岩石覆盖，减少宇宙线带来的本底 （大亚湾最好） • 远近探测器交换，消除探测器效率误差（只有大亚湾能实现） • 高功率反应堆、更大的探测器，减小统计误差（大亚湾世界第二） 大亚湾：反应堆误差0.1%，单个探测器误差 ~0.4%，本底误差 <0.3%

  14. 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)%

  15. 实验进展

  16. 完成隧道与实验大厅设计 • 隧道总长度约3100m • 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

  17. 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。

  18. 隧道工程 主隧道 • 2008年2月19日开始爆破作业 • 隧道挖掘正在进行中 土建隧道

  19. 反中微子探测器的总体设计 • 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 • 外有机玻璃罐上下加反射板 • 钢罐顶盖提供各种接口

  20. 有机玻璃罐的设计 • 包括4m和3m的有机玻璃罐 • 工程设计已经完成，试制了原型 • 模拟研究了各种偏移和形变下对物理结果的影响 • 2008年5月开始招标，计划到2009年5月生产8套 原型 设计效果图 模拟研究

  21. 反射板 • 大亚湾的独创设计，在基本不降低探测器性能的情况下，可减少近一半的光电倍增管，大大地降低造价 • 采用有机玻璃板夹反射膜的三明治结构 反射板原型，高能所3号厅

  22. 200t Oil 200t LS 200t Gd-LS 掺钆液闪 • 掺钆液闪是实验的核心技术之一，也是核探测技术的国际前沿。 • 高能所经过系统试验，率先采用异壬酸为配体配置钆的固体络合物，获得稳定、高质量的掺钆液闪，该配方已被大亚湾合作组确定为掺钆液闪的生产方案。 • 已完成固体络合物生产和现场混制的流程设计。 • 完成了液闪的混制、储存和灌装的总体方案与步骤： • 修建三个200吨的存储池（内衬方案还在调研） • 混制200吨掺钆液闪和普通液闪，注入存储池 • 依次灌装反中微子探测器  整个实验的关键：所有液闪均为同一批次，消除C/H和Gd/H的误差 固体络合物工艺流程图 地下液闪混制厅 配置液闪

  23. 光电倍增管 • 总共约需要3000个 • 反中微子探测器：192x8=1536 • 水切伦科夫探测器：289x2+384=962 • 完成了包括底座、支架、高压信号分解器、电缆等的设计、审核和招标。 • 正在研制和准备批量测试系统以及现场测试工作。

  24. 自动刻度装置 定期定点自动刻度 三种刻度源： 68Ge, 252Cf, LED 已完成工程设计，开始研制模型 手动刻度装置 不定期全体积刻度 多种放射源 已完成设计和招标 刻度系统

  25. 探测器的组装与安装 • 大型净化间，中心探测器装配、清洁、测试 • 计划2008.7 建成，开始中心探测器装配 地面装配大厅

  26. 反符合探测器的总体设计 • 由水切伦科夫探测器和RPC探测器构成。 • 对宇宙线muon总的探测效率达：(99.5±0.25)% • 两者互相可以进行探测效率的校正。 RPC探测器 水切伦科夫探测器

  27. 水切伦科夫探测器 • 注满纯净水的八角形水池 • 使纯净水循环更容易 • 长x宽x高：16x16x10m3（远点），16x10x10m3（近点） • 中微子探测器排列中间，间距1m，保证被大于2.5m水层围绕。 • 水池分成内外层，分别排放8”PMT构成内、外（厚1m）水切伦科夫探测。 • 已完成支撑结构的设计和PMT的固定方案。 • 纯净水净化系统方案已基本确定。 • 水池内衬和顶部密封已有方案，即将决定。

  28. RPC探测器 高压对探测效率的影响 • 完成了总体方案设计： • 每个模块2m2m，4层单气隙RPC室 • 在香港的地下实验室里验证本底与噪声 • 生产工艺基于BESIII发展的技术 • 完成了裸室设计 • 改进了生产与测试设备 • 改进了生产工艺 • 改进了质量管理体系 • 已经开始了裸室的批量生产。 阈值对效率的影响 裸室的设计 原型

  29. 在线系统 • 读取并记录所有子探测器的数据，物理事例， 探测器刻度事例与本底事例 • 实时监测数据获取系统状态和数据质量 • 已完成前端电子学读出板（FEE）的设计。 • 初步完成触发板（LTB）的设计。 • 正在高能所的小模型上进行试验。 数据获取系统 读出电子学和触发系统

  30. 离线系统 • 在高能所建立了由20台双核CPU服务器和10TB磁盘阵列组成的计算机集群。 • 开发了基于Geant4的模拟软件 • 国际中微子实验的模拟中第一次使用Geant4 • 基于高能所的小模型实验，完成和检验了完整的光学模型 • 满足和实现了探测器设计的模拟 • 建立了基于框架软件（Gaudi）的计算环境。 框架软件结构 宇宙线事例的模拟

  31. 总结

  32. 。。。过去 • 去年以来顺利通过了一系列重要的评审 • 2007年3月，土建初步设计评审 • 2007年4月，核安全评审 • 2007年4月，美国能源部CD-1评审会 • 2007年8月，科技部对大亚湾项目初步设计报告进行评审 • 2007年12月，科技部973项目中期总结和评估 • 2008年1月，美国能源部CD-2评审会 • 已经完成了从最初的概念设计到实际设计 • 大亚湾实验正按计划进入紧锣密鼓的建造阶段

  33. 未来。。。 • 进度计划表： • 2008年11月：大亚湾近厅准备使用 • 2009年11月：大亚湾近厅开始物理取数 • 2010年7月：岭澳近厅开始物理取数 • 2010年12月：大亚湾远厅开始物理取数 。。。 “我们有信心高质量地按时完成大亚湾实验的各项任务，取得科学成果” ——王贻芳，于973计划中期评估

  34. 谢谢大家

More Related