探测器原型的物理与测量.ppt

1、曹俊,探测器原型的物理与测量,Sep. 1, 2005,J. Cao 2005-9-1,2,讨论内容,有些什么物理过程？ 能够做什么？ 取哪些数据？ 现在需要做什么？,Back-of-the envelope calculation 以下某些数字未经模拟计算，极不准确!,J. Cao 2005-9-1,3,Purpose,Test LS, energy reconstruction, calibration, reflection, electronics, Inner acrylic vessel: 1m in diameter and 1m tall, filled with Gd dop

2、ed liquid scintillator. Outer stainless steel vessel: 2m in diameter and 2m tall, filled with mineral oil. PMTs mount in oil.,Sep. 14, 2004, Yifang at Phone meeting:,内罐半径0.45米，高1米，0.51吨（假定0.8g/cm3) 矿物油层4.8吨（假定0.85g/cm3) 45PMT，有效覆盖14%，150 p.e./MeV，能量精度 10%1MeV 有效覆盖：45*0.028m2/( 3.14*1.4m*2m + 2*10%*3

3、.14*(0.7m)2 ),J. Cao 2005-9-1,4,物理过程,刻度过程 LED 放射源 天然放射性 PMT玻璃与环境 Gd (3-5MeV) 其中的级联衰变、(,n)反应 （快慢信号） 宇宙线引起的过程 子本身（shower 与 non-shower，stopped muon） Michels electron (muon decay) （快慢信号） 快中子 （快慢信号） 单中子 （8MeV) 同位素高能（大于4MeV）的衰变 同位素-neutron 衰变 （快慢信号）,能够从天然放射性本底中分辨出来的事例： 或者能量较高 或者有快慢信号符合,J. Cao 2005-9-1,5,L

4、ED,三个LED 直接光：干净（触发信号），频率与光强可控，时间准确 单光子信号（需要调节光强使每事例有多少个击中？） 如平均10个击中：泊松分布 0pe 80%, 1pe 17.8%, 2pe 1.97% Gain Calibration 单光子峰 ADC/p.e. Time alignment, PMT time resolution Corrected time: tcorr= ti t0 di/v ti,offset 击中太少时，t0确定不准；击中太多，双光子或多光子几率太多 Time slewing：大的脉冲过阈早；多光子时间由第一个光子决定。 PMT Efficiency ?(Qu

5、antum Eff. * First Dynode Eff.) 需要光各向同性（或知道分布）同一事例光强对各PMT相同 Attenuation length? 同上,J. Cao 2005-9-1,6,放射源,能量刻度 采用哪几种放射源？ 60Co 1173keV + 1332 keV Am-Be 中子源, 4.4MeV gamma 活度？（取决于本底）,2-zone 20t, 8MeV,叠加到天然放射性上， 强度太低，峰位会有偏离,J. Cao 2005-9-1,7,天然放射性,PMT玻璃的放射性？ MACRO应该测过 大亚湾实验模拟时假定低本底玻璃238U,232Th,40K为50,50,

6、10ppb 假定这里为1,1,1ppm，45个PMT的放射性为 (scaled from DYB simulation) U: 11 Hz (1MeV) Th: 4 Hz (1MeV) K: 37 Hz (1MeV) Cut 0.5MeV，rates double! 环境放射性未知,J. Cao 2005-9-1,8,Gd 放射性,PMT玻璃只考虑了gamma射线（穿透力比beta强） 一般小于3MeV，极少能到4MeV 液闪中beta + gamma，有高于4MeV的贡献(Th系中208Tl) Gd样品中的232Th（第一次测量）: 0.177 Bq/kg 0.1Bq/0.51吨 0.1 H

7、z 208Tl,208Tl,Wen LiangJian,Chooz,J. Cao 2005-9-1,9,级联衰变,Th系：212Bi212Po208Pb delay 0.3 microsec U系： 214Bi214Po210Pb delay 164 microsec 估计液闪中U, Th的含量？, 粒子 quenching effect 13 延迟信号能量太低 0.6MeV,J. Cao 2005-9-1,10,(,n)反应,13C + n + 16O (KamLAND Rn导致液闪中210Po富集，产生) KamLAND，149天，210Po 30Bq，8个本底(2.6MeV) 我们有可能

8、因为Gd中的放射性产生，0.65Hz /0.51吨，看来可以忽略 Double Chooz: 液闪中子=0.4Hz(U+Th)/1e-6 1e-4 Hz,J. Cao 2005-9-1,11,Michels electron,Stopped muon decay electron, delay 2 microsec,可以用来干什么？,J. Cao 2005-9-1,12,同位素的衰变,Wen LiangJian,J. Cao 2005-9-1,13,同位素-neutron 衰变,Wen LiangJian,J. Cao 2005-9-1,14,能够研究什么？,练手 能量精度（电荷求和） 反射层

9、 能量精度与顶点精度（带反射的事例重建） 能量标度误差，能量标度随时间的变化（液闪的稳定性） 检验Monte Carlo模拟软件 中子能谱，放射源刻度能谱，能量对位置的依赖关系 液闪的性质 光产额，时间常数 Gd的放射性本底测量 能否通过在线测量较准确地确定本底？ 宇宙线引起的同位素本底测量（截面）,J. Cao 2005-9-1,15,Trigger,准备取多少Hz? 所有未被muon veto的4MeV（或3MeV)的事例 所有有快慢信号符合的事例 200 微秒？ 子事例的能量范围？如果想通过级联衰变定放射性活度，则需取较低的能量。 对天然放射性取样(1MeV?) pre-scale 1:10? Muon 事例取样 pre-scale 1:10? 如主探测器触发，则把前一个muon存下来。 LED