基于线性烷基苯的液体闪烁体在不锈钢中的老化研究

发布时间：2020-09-02 07:49

　　江门中微子实验目的是精确测量中微子质量顺序和混合参数,为此将使用2万吨基于线性烷基苯的液体闪烁体,且要求它具备非常高的透明度和发光效率。本文研究并分析了氧气、温度和不锈钢材料对液体闪烁体的性能影响,优化了液体闪烁体性能测量系统,进行了高温和室温条件下液体闪烁体老化实验研究,得到室内和室外环境下避免液体闪烁体老化的储存条件。论文的主要内容如下:(1)对液体闪烁体老化因素和老化机理进行了研究,对相对光产额、衰减长度及吸收光谱测量系统进行了分析和优化,具体如下:①在相对光产额测量系统中添加La Br3探测器,搭建相对光产额的符合测量系统,提高全能峰拟合准确度;②通过Trace Pro模拟和实验,发现涂黑管和抛光管测量衰减长度结果一致,表明瑞利散射对衰减长度测量系统的影响可以忽略,并对衰减长度测量系统添加自动化调液位装置等。(2)根据液体闪烁体在生产和纯化中的实际储存情况,设计了高温和室温下的液体闪烁体老化实验,对温度、氧气、不锈钢材料等老化因素进行了分析研究,具体如下:①高温不锈钢储存液体闪烁体的性能研究。通过65℃和75℃实验可知,密封条件下液体闪烁体老化后,光产额几乎不变,开放条件下光产额降低约15%~20%,这表明在高温条件下,氧气对光产额的影响很大。另外,密闭和开放罐的液体闪烁体老化后,吸收光谱有少量的升高。由65℃、70℃、75℃、80℃液体闪烁体高温老化实验可知,高温条件下,液体闪烁体在通氮气条件下储存,可以有效避免衰减长度的大量减少。高温和相同氧气环境下,304和316型号的不锈钢材料对液体闪烁体的影响差别非常小。②室温不锈钢储存液体闪烁体的性能研究。应用范特霍夫经验规则对40℃温度下的老化时间进行转化,老化时间与实验结果符合的较好。40℃温度下老化192天和25℃温度下老化307天后,不锈钢罐中液体闪烁体的衰减长度分别减少了约10%和6%(304和316不锈钢结果相近),Fe杂质含量、相对光产额和吸收光谱的几乎没有变化。由实验结果可知,304和316型不锈钢罐的老化实验结果相差不大,304和316不锈钢材料可以用于基于线性烷基苯的液体闪烁体的长期存储。室外储存液体闪烁体时,氧气对其性能影响很大,但在通氮气条件下,氧气对其影响可以忽略。室内储存液体闪烁体时,可采用密封条件储存,但通氮气除去溶解氧更有利于液体闪烁体的长期储存。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TL812
【部分图文】：

中微子探测器,中微子实验,江门,中微子

即中微子在传播过程中可以变为其他类型中微子，概sin2sin(1.27/)222P mLE2 是中微子震荡最大发生概率，2 m 是转变前后两种中微子的质量E 表示中微子能量。也可写成 MNS 矩阵的形式，即可以用六个参数来表示：三个混合角角CP，及两个质量平方差221 m 和223 m 。六个参数已测得四个半，2θ23，Δm212和|Δm232|。质量顺序和 CP 相位角的测量将是国际中微子中以我国的江门中微子实验、美国在南极洲的 PINGU、美国的 LBNyper-K）的竞争力最强[33-35]。中微子实验研究所正在开展的江门中微子实验于 2013 年立项，2014 年开始建下 700m 的地下洞室、大型的水池、一个装满能量精度为 3%的 2 万经费达到 20 亿人民币[36]。江门中微子实验建成后将成为国际领先闪烁体探测器在 53km 处探测反应堆中微子振荡，将实现中微子混。

液体闪烁体,光产额,光输出

光输出随着 PPO 浓度的增大而增大（如图 1.2），在保证光输出少 PPO 使用量。而 bis-MSB 的浓度在 15mg/L 液体闪烁体的光B 的浓度分别为 15mg/L 和 30mg/L 的液体闪烁体，它们的光输子实验所使用的基于线性烷基苯的液体闪烁体的 PPO 和 bis-M，这种液体闪烁体的发射光谱为 410~450nm（其中 430nm 为峰波段。

吸收光谱,液体闪烁体,玻璃罐,吸收光谱

图 1.3 用有机玻璃罐储存的掺 Gd 液体闪烁体的吸收光谱变化图 1.4 玻璃罐中掺 Gd 液体闪烁体 430nm 处吸光度的变化子实验用到 2 万吨非掺 Gd 液体闪烁体，液体闪烁体的生产纯化周的容器储存液体闪烁体，考虑到安全因素，有机玻璃和普通玻璃不存容器的材料。不锈钢主要由铁、铬和碳等元素组成，具有很高的面会形成富铬钝化膜，使其具有很好的耐腐蚀性，不过它的耐蚀性不锈钢可能与一些溶液反应，发生耐腐蚀失效事故，所以我们必须的液体闪烁体的性能变化。

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