大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)進(jìn)展

實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介1什么是大亞灣實(shí)驗(yàn)大亞灣實(shí)驗(yàn)是在大亞灣核電站群附近，通過(guò)探測(cè)其核聚變過(guò)程中發(fā)射出的電子反中微子的消失，來(lái)精確測(cè)量中微子的混合角之一θ13。通過(guò)優(yōu)化選擇遠(yuǎn)近實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，建設(shè)地下實(shí)驗(yàn)室，以及自行設(shè)計(jì)的新型探測(cè)器，大亞灣實(shí)驗(yàn)可以在90%的置信度下，將sin22θ13測(cè)量到0.01的精度。大亞灣實(shí)驗(yàn)是第一次由中國(guó)主導(dǎo)的大型基礎(chǔ)科學(xué)國(guó)際合作項(xiàng)目，大亞灣國(guó)際合作組由中國(guó)（包括臺(tái)灣和香港）、美國(guó)、俄羅斯和捷克六個(gè)國(guó)家和地區(qū)的30多個(gè)研究單位和大學(xué)的200多位研究人員組成。2大亞灣國(guó)際合作組美國(guó)

(14)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，加州理工學(xué)院，喬治理工大學(xué)，伊利諾州理工學(xué)院，衣阿華州立大學(xué)，勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，普林斯頓大學(xué)，倫斯勒理工學(xué)院，加州大學(xué)伯克利分校，加州大學(xué)洛杉磯分校，休斯敦大學(xué)，伊利諾州大學(xué)香檳分校，威斯康辛州大學(xué)麥迪遜分校，弗吉尼亞工學(xué)院和州立大學(xué)中國(guó)(18)

高能所，北師大,成都理工大學(xué)，原子能院，中廣核，東莞理工學(xué)院，南京大學(xué)，南開(kāi)大學(xué)，山東大學(xué)，深圳大學(xué)，清華大學(xué)，中國(guó)科技大學(xué)，中山大學(xué)，

香港大學(xué)，香港中文大學(xué)，臺(tái)灣大學(xué)，交通大學(xué)，聯(lián)合大學(xué)歐洲(3)俄國(guó)聯(lián)合核子研究所，

俄國(guó)庫(kù)爾恰托夫研究所捷克查爾斯大學(xué)

~200位研究人員3為什么是θ13Atm231=2.5103eV2,sin22

<0.15三味中微子振蕩模型由三個(gè)混合角，兩個(gè)質(zhì)量方差，一個(gè)CP相位描述，θ13是混合角之一。θ13目前最好的結(jié)果由Chooz給出，而CP破壞的相位還沒(méi)有任何測(cè)量。大多數(shù)理論模型預(yù)言sin22q13~0.001-0.1θ13的精確測(cè)量其結(jié)果將決定未來(lái)輕子區(qū)CP破壞的測(cè)量，從而有可能解決宇宙中正反物質(zhì)的不對(duì)稱(chēng)之謎。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型的擴(kuò)展提供更強(qiáng)的約束。90％CL4三味中微子的振蕩模型混合矩陣：質(zhì)量譜：參數(shù)化混合矩陣（PMNS矩陣，忽略了Majorana項(xiàng)）：太陽(yáng)，反應(yīng)堆反應(yīng)堆，加速器大氣，加速器5為什么是大亞灣反應(yīng)堆中微子是測(cè)量θ13的最佳選擇，因?yàn)槠湔袷幹挥搔?3決定，不受CP相位角的干擾，從而彌補(bǔ)基于加速器中微子的長(zhǎng)基線實(shí)驗(yàn)的不足。大亞灣核反應(yīng)堆群是世界上最強(qiáng)的中微子源之一，目前總熱電功率11.6GW，2011年嶺澳二期運(yùn)行后，將達(dá)到17.4GW，成為世界上第二大反應(yīng)堆群。Φν＝1.9x1020Pth(GW)s-1距離大亞灣反應(yīng)堆1公里處中微子的通量~2x1010cm-2s-1大亞灣核電站緊鄰高山，為建造地下實(shí)驗(yàn)室以屏蔽宇宙線導(dǎo)致的本底提供了得天獨(dú)厚的條件。6反電子中微子的探測(cè)利用反β衰變測(cè)量反電子中微子：慢信號(hào)：末態(tài)中子在摻釓液閃中慢化后被釓俘獲，發(fā)出總能量8MeV的伽馬光子快信號(hào)：末態(tài)正電子和電子湮滅后發(fā)出兩個(gè)能量大于0.5MeV的光子快慢信號(hào)延遲符合確定中微子事例7反電子中微子的振蕩幾率反應(yīng)堆發(fā)射的中微子能譜反β衰變的反應(yīng)截面反β衰變的能譜8怎樣達(dá)到0.01的精度相同的探測(cè)器在遠(yuǎn)近點(diǎn)進(jìn)行相對(duì)測(cè)量，有效地消除與反應(yīng)堆相關(guān)的系統(tǒng)誤差。建造地下實(shí)驗(yàn)室壓縮宇宙線引起的本底。嚴(yán)格控制和選擇探測(cè)器材料（鋼材、焊條、PMT等）以降低天然放射性本底。足夠的統(tǒng)計(jì)量。sourcesUncertaintyReactors0.087%(4cores)0.13%(6cores)Detector(permodule)0.38%(baseline)0.18%(goal)Backgrounds0.32%(DayaBaynear)0.22%(LingAonear)0.22%(far)Signalstatistics0.2%9嶺澳近點(diǎn)：2個(gè)探測(cè)模塊共40噸靶500m至嶺澳堆頂層巖石覆蓋:112m遠(yuǎn)點(diǎn):4個(gè)探測(cè)模塊共80噸靶1600m至嶺澳堆1900m至大亞灣堆頂層巖石覆蓋：350m大亞灣近點(diǎn)：2個(gè)探測(cè)模塊共40噸靶360m至大亞灣堆頂層巖石覆蓋:98mAccessportal8%slope0%slope0%slope0%slope實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通過(guò)近點(diǎn)與遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器進(jìn)行相對(duì)測(cè)量，以消除與反應(yīng)堆有關(guān)的系統(tǒng)誤差兩個(gè)近點(diǎn)與一個(gè)遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器之間用隧道連接，共3100m事例率：~1200/day近點(diǎn)~350/day遠(yuǎn)點(diǎn)本底：B/S~0.4%近點(diǎn)B/S~0.2%遠(yuǎn)點(diǎn)10探測(cè)器總體設(shè)計(jì)多模塊反中微子探測(cè)器以降低誤差并互相校驗(yàn)多重宇宙線反符合探測(cè)器：兩層水切倫科夫探測(cè)器頂層RPC探測(cè)器總效率>(99.5±0.25)%11實(shí)驗(yàn)進(jìn)展12完成隧道與實(shí)驗(yàn)大廳設(shè)計(jì)隧道總長(zhǎng)度約3100m三個(gè)地下實(shí)驗(yàn)大廳一個(gè)地下裝配大廳一個(gè)地下水處理大廳13開(kāi)工典禮

2007年10月13日，在深圳中國(guó)廣東核電集團(tuán)大亞灣核電基地破土動(dòng)工，相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和嘉賓出席典禮并發(fā)表了講話。14隧道工程2008年2月19日開(kāi)始爆破作業(yè)隧道挖掘正在進(jìn)行中主隧道土建隧道15反中微子探測(cè)器的總體設(shè)計(jì)圓柱形，直徑5米，高5.3米裝配完的空探測(cè)器總重31噸液體灌裝后總重110噸三層同心圓柱結(jié)構(gòu)：不銹鋼外罐裝白油，厚0.488m，高4.976m內(nèi)壁環(huán)放光電倍增管內(nèi)壁涂黑外有機(jī)玻璃罐裝普通液閃，厚42.5cm，高3.97m內(nèi)有機(jī)玻璃罐裝摻釓液閃，直徑3.1m，高3.1m靶重20噸外有機(jī)玻璃罐上下加反射板鋼罐頂蓋提供各種接口16鋼罐總體機(jī)械設(shè)計(jì)電纜穿出4m有機(jī)玻璃罐反射板桶底與反射板尺寸重量受?chē)?yán)格限制足夠的強(qiáng)度接口復(fù)雜最小元分析應(yīng)力分布17支撐平臺(tái)與吊具支撐平臺(tái)中心探測(cè)器在水池中的支撐平臺(tái)已完成工程設(shè)計(jì)，并招標(biāo)。要求支撐110噸探測(cè)器，水平度可調(diào)至毫米量級(jí)（刻度裝置要求）吊具裝配用35噸吊具，安裝用130噸吊具。已完成概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)的技術(shù)要求文檔，將由專(zhuān)業(yè)公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)2008年2月底完成設(shè)計(jì)，2008年6月底完成生產(chǎn)18有機(jī)玻璃罐的設(shè)計(jì)包括4m和3m的有機(jī)玻璃罐工程設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，試制了原型模擬研究了各種偏移和形變下對(duì)物理結(jié)果的影響2008年5月開(kāi)始招標(biāo)，計(jì)劃到2009年5月生產(chǎn)8套原型有限元分析模擬研究設(shè)計(jì)效果圖19反射板大亞灣的獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)，在基本不降低探測(cè)器性能的情況下，可減少近一半的光電倍增管，大大地降低造價(jià)采用有機(jī)玻璃板夾反射膜的三明治結(jié)構(gòu)反射板原型，高能所3號(hào)廳20摻釓液閃摻釓液閃是實(shí)驗(yàn)的核心技術(shù)之一，也是核探測(cè)技術(shù)的國(guó)際前沿。高能所經(jīng)過(guò)系統(tǒng)試驗(yàn)，率先采用異壬酸為配體配置釓的固體絡(luò)合物，獲得穩(wěn)定、高質(zhì)量的摻釓液閃，該配方已被大亞灣合作組確定為摻釓液閃的生產(chǎn)方案。已完成固體絡(luò)合物生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)混制的流程設(shè)計(jì)。完成了液閃的混制、儲(chǔ)存和灌裝的總體方案與步驟：修建三個(gè)200噸的存儲(chǔ)池（內(nèi)襯方案還在調(diào)研）混制200噸摻釓液閃和普通液閃，注入存儲(chǔ)池依次灌裝反中微子探測(cè)器

整個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵：所有液閃均為同一批次，消除C/H和Gd/H的誤差200tGd-LS200tLS200tOil配置液閃固體絡(luò)合物工藝流程圖地下液閃混制廳21摻釓液閃固體絡(luò)合物生產(chǎn)裝置600LAV300LAV300LAVFilterAVPlatformStirrerMeteringPump高能所3號(hào)廳凈化間22光電倍增管總共約需要3000個(gè)反中微子探測(cè)器：192x8=1536水切倫科夫探測(cè)器：289x2+384=962完成了包括底座、支架、高壓信號(hào)分解器、電纜等的設(shè)計(jì)、審核和招標(biāo)。正在研制和準(zhǔn)備批量測(cè)試系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作。23刻度系統(tǒng)自動(dòng)刻度裝置定期定點(diǎn)自動(dòng)刻度三種刻度源：

68Ge,252Cf,LED已完成工程設(shè)計(jì)，開(kāi)始研制模型手動(dòng)刻度裝置不定期全體積刻度多種放射源已完成設(shè)計(jì)和招標(biāo)24探測(cè)器的組裝與安裝大型凈化間，中心探測(cè)器裝配、清潔、測(cè)試計(jì)劃2008.7建成，開(kāi)始中心探測(cè)器裝配地面裝配大廳25反符合探測(cè)器的總體設(shè)計(jì)由水切倫科夫探測(cè)器和RPC探測(cè)器構(gòu)成。對(duì)宇宙線muon總的探測(cè)效率達(dá)：(99.5±0.25)%兩者互相可以進(jìn)行探測(cè)效率的校正。RPC探測(cè)器水切倫科夫探測(cè)器26水切倫科夫探測(cè)器注滿(mǎn)純凈水的八角形水池使純凈水循環(huán)更容易長(zhǎng)x寬x高：16x16x10m3（遠(yuǎn)點(diǎn)），16x10x10m3（近點(diǎn)）中微子探測(cè)器排列中間，間距1m，保證被大于2.5m水層圍繞。Tyvek將水池分成內(nèi)外層，分別排放8”P(pán)MT構(gòu)成內(nèi)、外（厚1m）水切倫科夫探測(cè)器，每個(gè)PMT覆蓋約4m2。已完成支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和PMT的固定方案。純凈水凈化系統(tǒng)方案已基本確定。水池內(nèi)襯和頂部密封已有方案，即將決定。27RPC探測(cè)器完成了總體方案設(shè)計(jì)：每個(gè)模塊2m2m，4層單氣隙RPC室在香港的地下實(shí)驗(yàn)室里驗(yàn)證本底與噪聲生產(chǎn)工藝基于BESIII發(fā)展的技術(shù)完成了裸室設(shè)計(jì)改進(jìn)了生產(chǎn)與測(cè)試設(shè)備改進(jìn)了生產(chǎn)工藝改進(jìn)了質(zhì)量管理體系已經(jīng)開(kāi)始了裸室的批量生產(chǎn)。高壓對(duì)探測(cè)效率的影響閾值對(duì)效率的影響裸室的設(shè)計(jì)原型28RPC的無(wú)死區(qū)疊放和支撐疊放的設(shè)計(jì)疊放的模型支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29在線系統(tǒng)讀取并記錄所有子探測(cè)器的數(shù)據(jù)，物理事例，探測(cè)器刻度事例與本底事例實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)狀態(tài)和數(shù)據(jù)質(zhì)量已完成前端電子學(xué)讀出板（FEE）的設(shè)計(jì)。初步完成觸發(fā)板（LTB）的設(shè)計(jì)。正在高能所的小模型上進(jìn)行試驗(yàn)。讀出電子學(xué)和觸發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)30離線系統(tǒng)在高能所建立了由20臺(tái)雙核CPU服務(wù)器和10TB磁盤(pán)陣列組成的計(jì)算機(jī)集群。開(kāi)發(fā)了基于Geant4的模擬軟件國(guó)際中微子實(shí)驗(yàn)的模擬中第一次使用Geant4基于高能所的小模型實(shí)驗(yàn)，完成和檢驗(yàn)了完整的光學(xué)模型滿(mǎn)足和實(shí)現(xiàn)了探測(cè)器設(shè)計(jì)的模擬建立了基于框架軟件（Gaudi）的計(jì)算環(huán)境。宇宙線事例的模擬框架軟件結(jié)構(gòu)31探測(cè)器模擬42.5cm,91%4x20噸15cm靈敏度和靶總靶質(zhì)量的關(guān)系PMT對(duì)液閃中不同位置電子的響應(yīng)中子探測(cè)效率與集光層厚度的關(guān)系32總結(jié)33。。。過(guò)去去年以來(lái)順利通過(guò)了一系列重要的評(píng)審2007年3月，土建初步設(shè)計(jì)評(píng)審2007年4月，核安全評(píng)審2007年4月，美國(guó)能源部CD-1評(píng)審會(huì)2007年8月，科技部對(duì)大亞灣項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)報(bào)告進(jìn)行評(píng)審2007年12月，科技部973項(xiàng)目中期總結(jié)和評(píng)估2008年1月，美國(guó)能源部CD-2評(píng)審會(huì)已經(jīng)完成了從最初的概念設(shè)計(jì)到實(shí)際設(shè)計(jì)大亞灣實(shí)驗(yàn)正按計(jì)劃進(jìn)入緊鑼密鼓的建造階段34未來(lái)。。。進(jìn)度計(jì)劃表：2008年11月：大亞灣近廳準(zhǔn)備使用2009年11月：大亞灣近廳開(kāi)始物理取數(shù)2010年7月：嶺澳近廳開(kāi)始物理取數(shù)2010年12月：大亞灣遠(yuǎn)廳開(kāi)始物理取數(shù)。。?！拔覀冇行判母哔|(zhì)量地按時(shí)完成大亞灣實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)任務(wù)，取得科學(xué)成果”

——王貽芳，于973計(jì)劃中期評(píng)估35謝謝大家36Backup37正電子和中子的探測(cè)效率正電子：E>1MeV12％的能量分辨

ε=99.85%能量刻度引起的誤差~0.05%中子：E>6MeVε~93%,σε~0.1%1%能量刻度誤差

σε~0.2%38能量和位置重建用最大似然法進(jìn)行能量和定點(diǎn)重建對(duì)8MeV電子得頂點(diǎn)重建得分辨率是~12.5c