探测器原型的物理与测量

第一页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-12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-theenvelopecalculation以下某些数字未经模拟计算，极不准确!第二页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-13PurposeTestLS,energyreconstruction,calibration,reflection,electronics,…Inneracrylicvessel:1mindiameterand1mtall,filledwithGddopedliquidscintillator.Outerstainlesssteelvessel:2mindiameterand2mtall,filledwithmineraloil.PMTsmountinoil.Sep.14,2004,YifangatPhonemeeting: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%，150p.e./MeV，能量精度~10%@1MeV有效覆盖：45*0.028m2/(3.14*1.4m*2m+2*10%*3.14*(0.7m)2)第三页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-14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、(α,n)反应（快慢信号）宇宙线引起的过程μ子本身（shower与non-shower，stoppedmuon）Michel’selectron(muondecay)（快慢信号）快中子（快慢信号）单中子（8MeV)同位素高能（大于4MeV）的β衰变同位素β-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第四页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-15LED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0pe80%,1pe17.8%,2pe1.97%GainCalibration单光子峰ADC/p.e.Timealignment,PMTtimeresolutionCorrectedtime: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Timeslewing：大的脉冲过阈早；多光子时间由第一个光子决定。PMTEfficiency?(QuantumEff.*FirstDynodeEff.)需要光各向同性（或知道分布）同一事例光强对各PMT相同Attenuationlength?同上第五页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-16放射源能量刻度采用哪几种放射源？60Co1173keV+1332keVAm-Be中子源,4.4MeVgamma活度？（取决于本底）2-zone20t,8MeV叠加到天然放射性上，强度太低，峰位会有偏离第六页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-17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50,50,10ppb假定这里为1,1,1ppm，45个PMT的放射性为(scaledfromDYBsimulation)U:11Hz(>1MeV)Th:4Hz(>1MeV)K:37Hz(>1MeV)

Cut@0.5MeV，ratesdouble!环境放射性未知第七页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-18Gd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）:0.177Bq/kg0.1Bq/0.51吨0.1Hz208Tl208TlWenLiangJianChooz第八页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-19级联衰变Th系：212Bi212Po208Pbdelay0.3microsecU系：214Bi214Po210Pbdelay164microsec估计液闪中U,Th的含量？

α

粒子quenchingeffect~13延迟信号能量太低~0.6MeV第九页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-110(α,n)反应13C+αn+16O(KamLANDRn导致液闪中210Po富集，产生α)KamLAND，149天，210Po30Bq，8个本底(>2.6MeV)我们有可能因为Gd中的放射性产生α，0.65Hzα/0.51吨，看来可以忽略DoubleChooz:液闪中子=0.4Hz(U+Th)/1e-61e-4Hz第十页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-111Michel’selectronStoppedmuondecayelectron,delay~2microsec可以用来干什么？第十一页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-112同位素的β衰变Isotope(β-/+)Emax(MeV)Rate/day9Cβ+16.09.08Bβ+13.713.38Liβ-16.07.511Beβ-11.54.412Bβ-13.42156Heβ-3.503011Cβ+0.9616787Beγ0.47842910Cγ

β+0.72/1.9215Total2601E>4MeV195WenLiangJian第十二页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-113同位素β-neutron衰变IsotopeEmax(MeV)T1/2(ms)Rate/day9Li11.9178411Li20.18.6N/A12Be8.321.3N/A13B8.517.4N/A14B12.512.5N/AWenLiangJian第十三页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-114能够研究什么？练手能量精度（电荷求和）反射层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MonteCarlo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）第十四页，共十六页，2022年，8月28日J.Cao2005-9-115Trigger准备取多少Hz?所有未被muonveto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-scale1:10?Muon事例取样pre-scale1:10?如主探测器触发，则把前一个muon存下来。LED