大亚湾反应堆中微子实验.ppt

大亚湾反应堆中微子实验掺钆液体闪烁体的研制
丁雅韵
中国物理学会高能物理分会第八届全国会员代表大会暨学术年会
2010/04/18,江西南昌
“晨光杯”青年优秀论文
参选报告
1
主要内容
大亚湾实验简介
掺钆液体闪烁体的自主研制
配方的选择
模型实验750 L掺钆液闪的制备和表征
大亚湾实验掺钆液闪配方的确定
配体的选择
合成方法的确定
185 t 掺钆液闪的大规模生产
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在我国进行的、有重要影响力的基础科学研究重大国际合作项目,是中美两国目前在基础科学研究领域最大的合作项目之一。
前期研究中的中微子振荡实验,利用核反应堆产生的电子反中微子来测定一个具有重大物理意义的参数——中微子混合角13。
物理目标:测量中微子混合角sin22。
大体积大质量的靶物质(%Gd-LS),增加中微子捕获几率。
大功率的核反应堆,降低统计误差。
远-近点探测器相对测量,使用完全相同的探测器模块,有效抵消反应堆和探测器的关联误差以及反应堆和探测器的关联误差。
实验点建立在地下,足够的岩石覆盖以减少宇宙线子的流强。
建立多种独立宇宙线子探测器,作为反符合探测器去除非中微子事例。
……
大亚湾反应堆中微子实验
3
中微子实验与液体闪烁体
反应堆中微子实验在50年的中微子研究史上占有重要地位,也是国际竞争的热点。
与加速器实验比较,造价低,速度快。
信号干净,与CP相角及物质效应无关。
作为捕获中微子的靶物质,液体闪烁体在中微子实验中得到越来越多的应用。
……
KamLAND实验采用不掺金属的液闪;
LENS实验用掺Yb液闪探测太阳中微子;
LNGS (Laboratory Nazionali del Gran Sasso) 实验使用掺In液闪;
CHOOZ实验,Palo Verde实验和大亚湾实验,均采用掺Gd液闪;
……
4
为什么选择掺钆液体闪烁体(Gd-LS)?
液闪探测反应堆中微子——质子反β衰变
钆(Gd)是对中子俘获截面最大的元素,155,157Gd 大大减少中子俘获时间,降低偶然符合造成的本底。
%掺钆液闪 30 s
不掺钆液闪 180 s
液闪掺钆后中子在Gd上俘获放出的伽玛光子总能量为8MeV,大大高于天然放射性本底能量值(),减少探测器本底。
快信号
慢信号
5
大亚湾实验对掺钆液闪的要求
液闪是探测器的核心构成,其性质直接决定探测器的性能。
长的衰减长度(高度透明)
高的发光效率
长期稳定性(年变化率小于10%)
极低的杂质含量(放射性杂质 10-12 g/g)
高闪点,低毒性
与有机玻璃兼容
易实现大规模生产(185 t Gd-LS)
采用化工原料与化工方法
与实验室精细的少量制备有很大区别
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我们的实验目标
制备185 t 高质量的掺钆液体闪烁体
研究意义:大亚湾实验成败关键之一
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掺钆液闪的研制
掺钆液闪的组成:闪烁溶剂,发光物质,钆络合物
闪烁溶剂的选择
长的衰减长度和高的发光效率
高闪点,低毒性
与有机玻璃兼容
发光物质
成熟的市售商品
钆络合配体的选择——重点、难点
能与钆形成稳定的络合物
络合物在闪烁溶剂里有较高的溶解度
络合物掺入液闪后对液闪的光学性质的影响尽可能小。
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闪烁溶剂的选择
偏三甲苯
线性烷基苯
Linear Alkyl Benzene (LAB)
偏三
甲苯
苯基
环己烷
二异
丙基萘
1-苯基-1-二
甲基乙烷
十二烷
矿物油
烷基苯
分子式
C9H12
C12H16
C16H20
C16H18
C12H26
CnH2n+2
(n~30)
H2n+2
(n~12)
闪点/oC
48
99
>140
145
71
215
130
与有机玻
璃兼容性
不兼容
-
-
-
兼容
兼容
兼容
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钆络合物配体的选择
钆的掺入技术对实验的影响
法国CHOOZ中微子实验中,采用将硝酸钆直接溶于己醇,然后再溶于闪烁体溶剂的方法。此法制得的液闪,衰减长度很快变差,%,不到一年时间就几乎不透明。导致整个实验不得不中途关闭。
Palo Verde中微子实验采用 2-EHA与Gd络合(与法国Saint-Gobain公司合作),提高液闪稳定性。
钆络合物配体的选择要求
络合物比较稳定
络合物在闪烁溶剂里有较高的溶解度
络合物掺入后对液闪的光学性质的影响尽可能小。
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