大亚湾反应堆中微子实验.ppt

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1、曹 俊中国科学院高能物理所,大亚湾反应堆中微子实验,中国物理学会 2006秋季会议,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,2,中微子振荡,1968 Davis 发现太阳中微子丢失(12)1998年 Super-K发现大气中微子振荡(23)2001年 SNO证实丢失的太阳中微子变成了其它中微子2002年 KamLAND 用反应堆证实太阳中微子振荡2003年 K2K（250公里）用加速器证实大气中微子振荡 确立了中微子振荡排除了模型依赖、衰变、干涉等解释测得了|m232|,sin2223,m221,sin2212Baseline:三代中微

2、子,大角度混合MiniBooNE近期将发表结果,2.510-3 eV2,8 10-5 eV2,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,3,中微子振荡(2),2006年 MINOS（720公里，2005年）给出了初步振荡结果。最近：OPERA（730公里）开始取数T2K(295公里，2009）Daya Bay(2010),Double Chooz（2009?）Nova(720公里，2011）尚未立项?VLBN（2000公里）尚无明确前景?T2KK（1000公里）尚无明确前景 测量未知的量 sin2213,CP,m232 的符号进一步验证中

3、微子混合模型（e.g.出现）参数的精确测量（目前精度为1030%）其中最重要的是CP破坏的大小,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,4,中微子混合,PMNS Matrix,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,5,测量13的物理意义,1）是自然界的基本参数2）对理解轻子与夸克之间的关系，研究比目前的粒子物理标准模型更基本的大统一理论具有重要意义3）对解释宇宙中物质-反物质不对称极为重要如果sin22130.01，下一代长基线实验可以测定CP相角。如果sin22130.01，

4、下一代长基线实验不能测得CP相角。4）与长基线实验共同确定混合参数，消除简并。5）对中微子物理的未来提供了发展方向 是否要建中微子工厂或超级束流？,大亚湾实验的主要物理目标：测量sin2213至好于0.01的精度零，或非零，都具有重要意义,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,6,物理结果干净，造价低，速度快,CP violation,mass hierarchy,matter,反应堆(disappearance),加速器(e appearance),测量CP，必须先确定 sin2213,反应堆与加速器实验,J.Cao(IHEP),D

5、aya Bay Reactor Neutrino Experiment,7,反应堆与加速器实验（2）,Ref:hep-ex/0409028,竞争,合作,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,8,利用反应堆测量q13,Angra,Brazil,Diablo Canyon,USA,Braidwood,USA,D-Chooz,France,Krasnoyarsk,Russia,KASKA,Japan,Daya Bay,China,国际竞争激烈，共提出八个方案大亚湾具有最有利的条件：功率大紧邻高山核电厂支持,RENO,Korea,J.Cao(

6、IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,9,用液闪探测中微子,Neutrino energy:1.8-10 MeVVisible Energy(e+):1.022-9 MeV,时间符合、能量符合能极大地去除本底,t 28 ms(0.1%Gd),n+Gd Gd*g s(8 MeV),低能量，低事例率天然放射性探测器屏蔽宇宙线产生的本底，如快中子，同位素等地下,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,10,13振荡,大亚湾事例率：近点（40吨）每天2000个远点（80吨）每天400个事例率减少能

7、谱变形振荡极大在2公里处,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,11,实验要点,以前的中微子实验误差为36%Chooz 测量结果：sin22130.17要达到0.01的精度，误差必须小于0.5%,采用两个（或多个）全同的探测器做远近相对测量消除反应堆带来的3%误差足够的岩石覆盖，减少宇宙线带来的本底（大亚湾最好）足够的探测器屏蔽去除天然放射性本底以及宇宙线带来的本底减少事例判选条件，特别是不能依赖重建顶点远近探测器交换，消除探测器效率误差（只有大亚湾能实现）高功率反应堆、更大的探测器，减小统计误差（大亚湾第二）,J.Cao(IHEP)

8、,Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,12,大亚湾误差,剩下的误差（大亚湾）：统计误差 0.2%本底误差 0.3%残余反应堆误差 0.1%残余系统误差 0.2%,探测器误差,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,13,地理位置,距香港 55 公里距深圳 45 公里,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,14,大亚湾与岭澳核电站,Daya Bay NPP 2.9GW2,LingAo NPP 2.9GW2,LingAo II NPP 2.9G

9、W2Under construction(2010),J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,15,实验整体方案,LA:40 tonBaseline:500mOverburden:98m,Far:80 ton1600m to LA,1900m to DYBOverburden:350m,DYB:40 tonBaseline:360mOverburden:97m,Access portal,Waste transport portal,9.6%slope,0%slope,0%slope,0%slope,Mid:Baseline:1000m

10、Overburden:208m,两个近点：DYB/LA一个中点：MID一个远点隧道总长度：3000 m,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,16,实验选点,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,17,中微子探测器,探测器模块化近点各两个，远点四个每个20吨靶质量，总重100吨直径5米，高5米,三层结构：I.靶层：掺钆液体闪烁体II.集能层：普通液闪 III.屏蔽层：矿物油 上下端面加反射层降低造价简化结构200 8”PMT/模块,J.Cao(IHEP),Daya Bay R

11、eactor Neutrino Experiment,18,实验大厅,中微子探测器放在水池中，被2.5米的水屏蔽水池兼做宇宙线探测器水池外围另有一层反符合探测器RPC水箱探测器,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,19,水屏蔽层,宇宙线在岩石和水中产生的快中子可以飘移到中心探测器，形成本底两层反符合，效率99.5%岩石的天然放射性压低107倍其它材料如水泥：价格高、有天然放射性,中子,tag,tag,水,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,20,探测器模拟：正电子效率,C

12、hooz 1.3MeV,error 0.8%（bad LS)KamLAND 2.6MeV,error 0.26%,Positron Efficiency 99.6%Error 0.05%(Assuming 2%energy scale error),J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,21,探测器模拟：中子效率,Neutron Energy(MeV),Recon,GEANT energy,6MeV,Neutron-capture energy cut efficiency 91%,Error 0.2%(Assuming 1%ener

13、gy scale error),45 cm gamma catcher,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,22,本底模拟,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,23,本底模拟（2）,三种主要本底快中子本底同位素 8He/9Li偶然符合本底天然放射性（岩石、PMT玻璃、钢结构、水、氡气、灰尘、液体闪烁体）单中子、同位素,远点本底能谱,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,24,Sensitivity,Three-y

14、ear run(0.2%statistical error)Two near sites,40 ton each80 ton at Far siteDetector error 0.4%Far site background error 0.2%Near site background error 0.3%,90%confidence level,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,25,far,Dayanear,Lingaonear,mid,地质勘探已完成,钻探岩芯,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neu

15、trino Experiment,26,小模型实验,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,27,小模型实验,137Cs,60Co,线性：Ba,Cs,Na,Co,能量精度：Ba,Cs,Na,Co,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,28,掺钆液体闪烁体研制,长期稳定性试验,研究单位：高能所，BNL，JINR,近期将在小模型中试验0.5吨中试生产检测验高能所掺钆液闪的性能BNL将与香港合作在Aberdeen Tunnel试验中测试,J.Cao(IHEP),Daya Bay Re

16、actor Neutrino Experiment,29,国际合作组,高能物理研究所中国原子能研究院清华大学北京师范大学深圳大学中山大学南开大学南京大学,BrookheavenBerkleyCaltechUCLAPrincetonUniv.of Illinois at Urbana-ChampaneIllinoise Inst.Of Tech.Univ.of WisconsinUniv.of HoustonUniv.of IowaRensselaer Polytechnic InstituteVirginia Tech.,香港大学香港中文大学台湾大学台湾联合大学台湾交通大学,俄罗斯 JINR俄

17、罗斯 Kurchatov Inst.捷克 Charles 大学,共约100人,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,30,国际合作组,按国际惯例组成合作组，制定了章程组成了合作组委员会选举了7人执行委员会：高能所：王贻芳，杨长根伯克利实验室：陆锦标，加州理工学院：R.Mckeown台湾大学:熊怡香港中文大学:朱明中俄国杜布纳联合研究所:A.Olchevski选举了发言人：高能所王贻芳和伯克利实验室陆锦标建立了9个工作小组大致确定了各方的任务分工,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experim

18、ent,31,达成经费意向,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,32,立项进展,2003年底开始启动2006年4月29日，中国科学院正式立项，批准经费5千万2006年8月15日，科技部（基金委）进行了可行性评审，有望近期内正式立项。,美国能源部立项流程CD0：是项目概念阶段，根据项目的重要性及经费、技术初步估计，决定该项目是否必要；（2005年11月已通过）CD1：在不同的项目建议中选择最佳的建议，完成初步设计，缩小经费与进度的估计范围；（2007年2月，仅有大亚湾实验参加）CD2：通过一个外部的独立评审检查项目的初步设计是否与预期

19、一致；CD3：最终确定设计、经费、进度等，批准使用经费；CD4：完成项目建设，进入运行期。,2006年4月，能源部宣布不再支持大亚湾的竞争对手Double Chooz与Braidwood，并批准给大亚湾实验2006年度预研经费80万美元2006年10月进行大亚湾实验的物理评审,J.Cao(IHEP),Daya Bay Reactor Neutrino Experiment,33,实验进度计划,2006年底完成隧道工程设计2007年初完成隧道工程招标2007年6月开始隧道建设，2009年6月完成2007年-2009年完成探测器建造2010年探测器安装调试完毕，开始运行取数运行3至5年,谢谢！,感谢政府有关部门的大力支持感谢中广核集团过去三年来的大力支持感谢国内同行，各位专家的大力支持,