大亚湾反应堆中微子实验的μ子致中子及同位素研究

发布时间：2018-04-17 09:48

本文选题：中微子 + 振荡　；参考：《中国科学技术大学》2016年博士论文

【摘要】：中微子振荡是唯一目前观测到超出粒子物理标准模型的现象,被认为是发现新物理的关键与突破口。013是中微子振荡理论的六个混合参数之一,其值大小决定了中微子物理今后的发展方向,同时对测量δ混合相位角和中微子质量等级具有重要意义。大亚湾反应堆中微子振荡实验作为高精度、低本底、低能量阈的实验,需要对各种本底进行仔细的研究。宇宙线μ子在探测器中散裂产生中子以及放射性同位素,这些粒子形成了多种重要本底。首先,详细反贝塔衰变(IBD)分析中常见的本底，重点分析了muon带来的8He／9Li本底和快中子本底的事例率和能谱,用于013能谱分析。8He/9Li本底部分,按照反中微子探测器(AD)内muon的沉积能量把AD muon分成6个分片,且要求其后有中子事例来对AD muon进行抽样,通过拟合快信号事例距离前一个AD muon的时间间隔分布,得到8He/9Li本底的下限,总误差取50%。由于较少的数据统计量，，θ13能谱分析中使用9Li的理论能谱。快中子本底部分,通过[12,99]MeV区间内的数据能谱与RPC标记的muon和外水池反符合系统(OWS)标记的muon产生的运输到AD内的快中子的快信号能谱做对比,得到[0.7,12]MeV能区内的快中子数目,总误差取40%。对于快中子本底中用到的来自数据中的快中子快信号能谱,研究了内水池μ子产生的快中子事例,分析了不同探测器系统时钟漂移,引入第一击中时间(first hit time)变量代替触发时间(trigger time),并在程序中实现对时钟漂移的纠正和对first hit time的挑选,通过对本底的详细分类与研究,得到内水池muon产生的运输到AD内的快中子事例的快信号能谱分布,未来可用于反贝塔衰变(IBD)事例中快中子本底的估算。为了进行muon物理研究,使用FLUKA软件构建了大亚湾三个实验大厅的几何,用fortran编写muon产生子,深入研究FLUKA内部的物理过程,保存模拟数据到ROOT数据文件,用作后续的中子和同位素产额分析和相关的效率值研究。作为muon物理的一项重要研究方向,我研究了muon的中子产额。大亚湾有三个实验厅,对应了三个不同的能量点,我们分别计算了它们的中子产额。运用了两种不同的挑选中子事例的策略,从AD muon之后和从WP muon之后挑选事例。每个muon之后分别挑选其信号窗口和本底窗口内的事例,然后相减得到中子数目,然后利用产额公式计算产额。并通过模拟研究了相关的效率值和其误差。最后,和世界上其他实验组的中子产额结果对比,做了power law拟合。最后,研究了液闪中muon的同位素产额,具体分析了12B、12N和9C在大亚湾实验中的产额。针对大亚湾muon事例率高,探测器小的客观条件限制,尝试的两种方法为：1)按muon沉积能量把muon分为20-60-500-1500-2500-5000 MeV 5个分片,一、二号厅中,前3个slice内的AD muon事例率仍然过大,导致拟合效果很差。2)按muon沉积能量把muon分为20-1500-2500-5000 MeV 3个分片,并对第一个分片中的AD muon进行均匀抽样,要求其前后100ms内,没有其他20-1500MeV的AD muon。拟合效果良好,但需要进一步细致的误差研究。
[Abstract]:In this paper , we have studied the fast neutron number and the total error of 8 He / 9Li background and fast neutron energy spectrum . The results show that the fast neutron number and total error are 50 % . In order to get the fast neutron energy spectrum distribution in the middle and low background and low energy threshold , we can obtain the fast neutron energy spectrum distribution of 8 He / 9Li . According to muon ' s deposition energy , the muon can be divided into 20 - 60 - 500 - 1500 - 2500 - 5000 MeV 5 pieces , and the AD muon in the first 3 slices is still too large , which leads to bad fitting effect .

【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O572.321;O571.5

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