大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗進(jìn)展

實驗簡介1什么是大亞灣實驗大亞灣實驗是在大亞灣核電站群附近，通過探測其核聚變過程中發(fā)射出的電子反中微子的消失，來精確測量中微子的混合角之一θ13。通過優(yōu)化選擇遠(yuǎn)近實驗點，建設(shè)地下實驗室，以及自行設(shè)計的新型探測器，大亞灣實驗可以在90%的置信度下，將sin22θ13測量到0.01的精度。大亞灣實驗是第一次由中國主導(dǎo)的大型基礎(chǔ)科學(xué)國際合作項目，大亞灣國際合作組由中國（包括臺灣和香港）、美國、俄羅斯和捷克六個國家和地區(qū)的30多個研究單位和大學(xué)的200多位研究人員組成。2大亞灣國際合作組美國

(14)布魯克海文國家實驗室，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)，勞倫斯伯克利國家實驗室，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(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)，南開大學(xué)，山東大學(xué)，深圳大學(xué)，清華大學(xué)，中國科技大學(xué)，中山大學(xué)，

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

俄國庫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混合角，兩個質(zhì)量方差，一個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破壞的相位還沒有任何測量。大多數(shù)理論模型預(yù)言sin22q13~0.001-0.1θ13的精確測量其結(jié)果將決定未來輕子區(qū)CP破壞的測量，從而有可能解決宇宙中正反物質(zhì)的不對稱之謎。對標(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）：太陽，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)堆中微子是測量θ13的最佳選擇，因為其振蕩只由θ13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基線實驗的不足。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，為建造地下實驗室以屏蔽宇宙線導(dǎo)致的本底提供了得天獨厚的條件。6反電子中微子的探測利用反β衰變測量反電子中微子：慢信號：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：末態(tài)正電子和電子湮滅后發(fā)出兩個能量大于0.5MeV的光子快慢信號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的精度相同的探測器在遠(yuǎn)近點進(jìn)行相對測量，有效地消除與反應(yīng)堆相關(guān)的系統(tǒng)誤差。建造地下實驗室壓縮宇宙線引起的本底。嚴(yán)格控制和選擇探測器材料（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：2個探測模塊共40噸靶500m至嶺澳堆頂層巖石覆蓋:112m遠(yuǎn)點:4個探測模塊共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：2個探測模塊共40噸靶360m至大亞灣堆頂層巖石覆蓋:98mAccessportal8%slope0%slope0%slope0%slope實驗設(shè)計通過近點與遠(yuǎn)點探測器進(jìn)行相對測量，以消除與反應(yīng)堆有關(guān)的系統(tǒng)誤差兩個近點與一個遠(yuǎn)點探測器之間用隧道連接，共3100m事例率：~1200/day近點~350/day遠(yuǎn)點本底：B/S~0.4%近點B/S~0.2%遠(yuǎn)點10探測器總體設(shè)計多模塊反中微子探測器以降低誤差并互相校驗多重宇宙線反符合探測器：兩層水切倫科夫探測器頂層RPC探測器總效率>(99.5±0.25)%11實驗進(jìn)展12完成隧道與實驗大廳設(shè)計隧道總長度約3100m三個地下實驗大廳一個地下裝配大廳一個地下水處理大廳13開工典禮

2007年10月13日，在深圳中國廣東核電集團(tuán)大亞灣核電基地破土動工，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反中微子探測器的總體設(shè)計圓柱形，直徑5米，高5.3米裝配完的空探測器總重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嚴(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支撐平臺與吊具支撐平臺中心探測器在水池中的支撐平臺已完成工程設(shè)計，并招標(biāo)。要求支撐110噸探測器，水平度可調(diào)至毫米量級（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)計和詳細(xì)的技術(shù)要求文檔，將由專業(yè)公司設(shè)計生產(chǎn)2008年2月底完成設(shè)計，2008年6月底完成生產(chǎn)18有機(jī)玻璃罐的設(shè)計包括4m和3m的有機(jī)玻璃罐工程設(shè)計已經(jīng)完成，試制了原型模擬研究了各種偏移和形變下對物理結(jié)果的影響2008年5月開始招標(biāo)，計劃到2009年5月生產(chǎn)8套原型有限元分析模擬研究設(shè)計效果圖19反射板大亞灣的獨創(chuàng)設(shè)計，在基本不降低探測器性能的情況下，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號廳20摻釓液閃摻釓液閃是實驗的核心技術(shù)之一，也是核探測技術(shù)的國際前沿。高能所經(jīng)過系統(tǒng)試驗，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)場混制的流程設(shè)計。完成了液閃的混制、儲存和灌裝的總體方案與步驟：修建三個200噸的存儲池（內(nèi)襯方案還在調(diào)研）混制200噸摻釓液閃和普通液閃，注入存儲池依次灌裝反中微子探測器

整個實驗的關(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號廳凈化間22光電倍增管總共約需要3000個反中微子探測器：192x8=1536水切倫科夫探測器：289x2+384=962完成了包括底座、支架、高壓信號分解器、電纜等的設(shè)計、審核和招標(biāo)。正在研制和準(zhǔn)備批量測試系統(tǒng)以及現(xiàn)場測試工作。23刻度系統(tǒng)自動刻度裝置定期定點自動刻度三種刻度源：

68Ge,252Cf,LED已完成工程設(shè)計，開始研制模型手動刻度裝置不定期全體積刻度多種放射源已完成設(shè)計和招標(biāo)24探測器的組裝與安裝大型凈化間，中心探測器裝配、清潔、測試計劃2008.7建成，開始中心探測器裝配地面裝配大廳25反符合探測器的總體設(shè)計由水切倫科夫探測器和RPC探測器構(gòu)成。對宇宙線muon總的探測效率達(dá)：(99.5±0.25)%兩者互相可以進(jìn)行探測效率的校正。RPC探測器水切倫科夫探測器26水切倫科夫探測器注滿純凈水的八角形水池使純凈水循環(huán)更容易長x寬x高：16x16x10m3（遠(yuǎn)點），16x10x10m3（近點）中微子探測器排列中間，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”PMT構(gòu)成內(nèi)、外（厚1m）水切倫科夫探測器，每個PMT覆蓋約4m2。已完成支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計和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探測器完成了總體方案設(shè)計：每個模塊2m2m，4層單氣隙RPC室在香港的地下實驗室里驗證本底與噪聲生產(chǎn)工藝基于BESIII發(fā)展的技術(shù)完成了裸室設(shè)計改進(jìn)了生產(chǎn)與測試設(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)開始了裸室的批量生產(chǎn)。高壓對探測效率的影響閾值對效率的影響裸室的設(shè)計原型28RPC的無死區(qū)疊放和支撐疊放的設(shè)計疊放的模型支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計29在線系統(tǒng)讀取并記錄所有子探測器的數(shù)據(jù)，物理事例，探測器刻度事例與本底事例實時監(jiān)測數(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。初步完成觸發(fā)板（LTB）的設(shè)計。正在高能所的小模型上進(jìn)行試驗。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臺雙核CPU服務(wù)器和10TB磁盤陣列組成的計算機(jī)集群。開發(fā)了基于Geant4的模擬軟件國際中微子實驗的模擬中第一次使用Geant4基于高能所的小模型實驗，完成和檢驗了完整的光學(xué)模型滿足和實現(xiàn)了探測器設(shè)計的模擬建立了基于框架軟件（Gaudi）的計算環(huán)境。宇宙線事例的模擬框架軟件結(jié)構(gòu)31探測器模擬42.5cm,91%4x20噸15cm靈敏度和靶總靶質(zhì)量的關(guān)系PMT對液閃中不同位置電子的響應(yīng)中子探測效率與集光層厚度的關(guān)系32總結(jié)33。。。過去去年以來順利通過了一系列重要的評審2007年3月，土建初步設(shè)計評審2007年4月，核安全評審2007年4月，美國能源部CD-1評審會2007年8月，科技部對大亞灣項目初步設(shè)計報告進(jìn)行評審2007年12月，科技部973項目中期總結(jié)和評估2008年1月，美國能源部CD-2評審會已經(jīng)完成了從最初的概念設(shè)計到實際設(shè)計大亞灣實驗正按計劃進(jìn)入緊鑼密鼓的建造階段34未來。。。進(jìn)度計劃表：2008年11月：大亞灣近廳準(zhǔn)備使用2009年11月：大亞灣近廳開始物理取數(shù)2010年7月：嶺澳近廳開始物理取數(shù)2010年12月：大亞灣遠(yuǎn)廳開始物理取數(shù)。。?！拔覀冇行判母哔|(zhì)量地按時完成大亞灣實驗的各項任務(wù)，取得科學(xué)成果”

——王貽芳，于973計劃中期評估35謝謝大家36Backup37正電子和中子的探測效率正電子：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)行能量和定點重建對8MeV電子得頂點重建得分辨率是~12.5c