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1、大亚湾反应堆中微子实验及其大亚湾反应堆中微子实验及其进展进展报告内容报告内容科学意义与目标科学意义与目标研究内容与方案研究内容与方案目前状况与预研进展目前状况与预研进展项目队伍项目队伍、组织与管理组织与管理进度计划进度计划探测器设计：多模块与多重反符合探测器设计：多模块与多重反符合Redundancy is a key for the success of this experiment Otheroptionsareunderinvestigation建设内容建设内容隧道系统（在此不讲）隧道系统（在此不讲）中心探测器系统中心探测器系统反符合系统反符合系统读出电子学，触发与数据获取系统读出电子
2、学，触发与数据获取系统软件与物理分析系统软件与物理分析系统机械系统机械系统中心探测器系统中心探测器系统圆柱型三层结构中心探测器圆柱型三层结构中心探测器:I.靶靶:掺轧液闪（掺轧液闪（r=1.6m,h=3.2m)II II. . 集能层集能层:普通液闪普通液闪(r=45cm,h=4.1m)III.屏蔽层屏蔽层:矿物油矿物油(r=45cm,h=5m)每个模块每个模块20吨靶质量吨靶质量,总共总共80吨吨四周加光电倍增管读出中微子信号四周加光电倍增管读出中微子信号上下加光学反射层，节省上下加光学反射层，节省1/2光电倍增管光电倍增管每个模块用每个模块用224个个8”PMT分辨率：分辨率：s sE/E
3、=5%8MeV,s ss14cmIIIIIIPositionresolution 14cm16个有机玻璃罐个有机玻璃罐设计：设计：机械强度与结构机械强度与结构光学性能光学性能使用要求使用要求与液闪的化学反应与液闪的化学反应长期稳定性长期稳定性制造制造成型方法成型方法精度精度(2mm)强度强度/壁厚壁厚(50%antracene)长的衰减长度长的衰减长度(10m)长期稳定性长期稳定性(5year)与有机玻璃不发生化学反应与有机玻璃不发生化学反应过去的问题：过去的问题：不稳定不稳定PaloVerde:55%antracene,11m,0.03%/dayChooz:55%antracene,10m,
4、0.4%/day高能所目前已取得的成绩高能所目前已取得的成绩:自制了测量液闪发光效率及衰减长度的设备自制了测量液闪发光效率及衰减长度的设备研究了清洁液闪的化学方法，特别是去除钍元素的办法研究了清洁液闪的化学方法，特别是去除钍元素的办法寻找与测试了国产原材料，均能满足要求寻找与测试了国产原材料，均能满足要求研制了多种满足前述要求的掺钆液闪研制了多种满足前述要求的掺钆液闪液闪及其原料的测量结果液闪及其原料的测量结果SampleAtten.Len.(m)Lightyield2:8mesitylene:dodecane(LS)15.0-LAB-PPO+bis-MSB(Flour)inLS11.30.4
5、590.2%Gd-EHA+Flour+LS8.30.528Flour+LAB23.70.5420.2%Gd-TMHA+Flour+LAB19.10.478Gd-loadedscintillatordevelopedatIHEPHighlightyield,verytransparentHighflashpoint147oC,environmentallyfriendlyLowcostLABStabilityofGd-loadedscintillatordevelopedatBNL研究单位：研究单位：高能所，高能所，BNL，JINR批量生产批量生产液闪的配制液闪的配制配方配方混合程序混合程序混合
6、设备混合设备原料原料液闪的处理液闪的处理放射性元素的去除放射性元素的去除灰尘的去除灰尘的去除有害化学元素的去除有害化学元素的去除液闪的灌装液闪的灌装清洁度的保证清洁度的保证化学成分（一致性，杂质等）化学成分（一致性，杂质等）的保证的保证(H/C,Gd/H,)体积与总重量的保证体积与总重量的保证（5106线性线性:500P.E.噪声噪声:5KHz15oCPE放射性放射性:238U,232Th,40K20-50ppb刻度与监测刻度与监测放射源刻度放射源刻度:能量标度能量标度,分辨率分辨率,置入系统置入系统自动系统自动系统:快速但有限空间位置快速但有限空间位置手动系统手动系统:所有空间位置但较慢所有
7、空间位置但较慢放射源的选择放射源的选择:能量能量(0.5-8MeV),活度活度(99.5%效率误差效率误差95%Muon探测器探测器,Eff.90%RPCscintillatorstripstotalineff.=10%*5%=0.5%Neutronbackgroundvswatershieldingthickness2mwater水切伦科夫探测器水切伦科夫探测器水池水池:为国际上多个中微子实验采用为国际上多个中微子实验采用需需900PMT水箱水箱:为长基线中微子实验提出为长基线中微子实验提出已完成模型实验已完成模型实验需需1248PMT阻性板探测器阻性板探测器(RPC)在水箱上部精确标在水箱
8、上部精确标记宇宙线事例记宇宙线事例共三层共三层,2640m2读出道读出道:21200道道高能所在高能所在BESIII建建设中自行研制了具设中自行研制了具有国际影有国际影响的新响的新工艺工艺光电倍增管读出电子学光电倍增管读出电子学指标指标:电荷动态范围电荷动态范围:0500p.e.电荷分辨率电荷分辨率:10%1p.e.噪声噪声:0.1p.e.时间动态范围时间动态范围:0500ns时间分辨率时间分辨率:1KHz数字地形图：研究宇宙线本底及数字地形图：研究宇宙线本底及实验大厅选址实验大厅选址本底及其误差本底及其误差非关联误差非关联误差:U/Th/K/Rn/neutron单单gamma记数率记数率0.
9、9MeV50Hz单中子记数率单中子记数率100MWE+2mwaterY.F.Wangetal.,PRD64(2001)00130128He/9Li:250MWE(near)，1000MWE(far)T.Hagneretal.,Astroparticle.Phys.14(2000)33NearfarNeutrinosignalrate(1/day)56080Naturalbackgrounds(Hz)45.345.3Singleneutron(1/day)242AccidentalBK/signal0.04%0.02%CorrelatedfastneutronBk/signal0.14%0.08
10、%8He+9LiBK/signal0.5%0.2%系统误差系统误差ChoozPaloVerdeKamLAND DayaBayReactorpower0.70.72.050.13%Reactorfuel/n n spectra2.02.02.7n ncrosssection0.30.20.20No.ofprotonsH/Cratio0.80.81.70.20Mass-2.10.20EfficiencyEnergycuts0.892.10.260.2Positioncuts0.323.50Timecuts0.40.0.1P/Gdratio1.0-0.10nmultiplicity0.5-0.1ba
11、ckgroundcorrelated0.33.31.80.2uncorrelated0.31.80.10.1Trigger02.900.1livetime00.20.20.03基线优化及基线优化及Sin22 13灵敏度灵敏度反应堆关联误差反应堆关联误差:s sc2%反应堆非关联误差反应堆非关联误差:s sr1-2%中微子能谱误差中微子能谱误差:s sshape2%探测器关联误差探测器关联误差:s sD1-2%探测器非关联误差探测器非关联误差:s sd0.5%本底误差本底误差:宇宙线产生的快中子宇宙线产生的快中子:s sf100%,随机符合随机符合:s sn100%,宇宙线产生的宇宙线产生的8L
12、i,9He,:s ss50%Bin-to-bin误差误差:s sb2b0.5%此公式自动考虑了远近点此公式自动考虑了远近点相对测量及探测器远近点相对测量及探测器远近点交换造成的误差抵消交换造成的误差抵消大亚湾实验测量大亚湾实验测量Sin22 13的灵敏度的灵敏度大亚湾实验的其它物理目标大亚湾实验的其它物理目标首次测量首次测量D DM213测量超新星中微子测量超新星中微子寻找不活跃的中微子寻找不活跃的中微子大亚湾中微子实验可作为我国中微子物理研究的起点大亚湾中微子实验可作为我国中微子物理研究的起点已开展的预研：已开展的预研：实验大厅选址与勘探实验大厅选址与勘探掺钆液体闪烁体的纯化，过滤与配制掺钆
13、液体闪烁体的纯化，过滤与配制有机玻璃罐研制有机玻璃罐研制光电倍增管测试光电倍增管测试小模型研制小模型研制电子学读出系统研制电子学读出系统研制刻度方法研究刻度方法研究探测器模型研制137CsspectrumResponseatdifferentlocations0.662MeV1.022MeV1.173MeV1.275MeV1.332MeV2.295MeV2.505MeVlinearityResolution:8.5%/ E项目队伍，组织与管理项目队伍，组织与管理国内队伍国内队伍高能物理研究所高能物理研究所总体设计，隧道建设，探测器建造，读出电子学与数据获取，物理总体设计，隧道建设，探测器建造，
14、读出电子学与数据获取，物理软件，安装调试软件，安装调试中国原子能研究院中国原子能研究院刻度系统刻度系统清华大学清华大学触发触发北京师范大学北京师范大学光电倍增管测试光电倍增管测试深圳大学深圳大学材料放射性测试材料放射性测试中山大学中山大学光电倍增管测试光电倍增管测试南开大学南开大学刻度系统刻度系统国内还有其它单位可能参国内还有其它单位可能参加，特别是中国广东核电加，特别是中国广东核电集团作为大亚湾核电站群集团作为大亚湾核电站群的业主，将正式参加本实的业主，将正式参加本实验，对隧道建设，探测器验，对隧道建设，探测器建造，和反应堆物理分析建造，和反应堆物理分析将作出重要贡献。将作出重要贡献。中广核
15、合作中国科学院与中国广东核电集团有限公司月日在北京签署科技合作框架协议。双方将建立长期战略合作关系，为全面开展科技合作搭建基础平台，以共同推进我国核能先进技术、核物理、高能物理等领域科技创新事业的发展。10月13日，高能所大亚湾反应堆中微子实验工程指挥部成员王贻芳等一行五人访问中国广东核电集团，双方对大亚湾反应堆中微子实验项目的合作进行了多方面的细致讨论，就建立联合办公室、建设地面实验站和实验用地问题等具体合作事宜达成了一致意见。组织管理组织管理高能所已成立大亚湾工程指挥部高能所已成立大亚湾工程指挥部各系统骨干人员各系统骨干人员按国际惯例组成合作组，制定了章程按国际惯例组成合作组，制定了章程组
16、成了合作组委员会组成了合作组委员会选举了七人执行委员会选举了七人执行委员会选举了发言人选举了发言人建立了工作小组建立了工作小组初步讨论了各方的任务分工初步讨论了各方的任务分工NorthAmerica(9)LBNL,BNL,Caltech,UCLAUniv.ofHouston,Univ.ofIowaUniv.ofWisconsin,IIT,Univ.ofIllinois-Urbana-champagneAsia(12)IHEP,CIAE,TsinghuaUniv.ZhongshanUniv.,NankaiUniv.BeijingNormalUniv.,ShenzhenUniv.,HongKong
17、Univ.ChineseHongKongUniv.TaiwanUniv.,ChiaoTungUniv.,NationalUnitedUniv.Europe(3)JINR,Dubna,RussiaKurchatovInstitute,RussiaCharlesuniversity,CzechDayaBaycollaborationTheDayaBayCollaborationX.Guo,N.Wang,R.WangBeijing Normal University, Beijing 100875L.Hou,B.Xing,Z.ZhouChina Institute of Atomic Energy,
18、 Beijing 102413J.Cao,H.Chen,J.Fu,J.Li,X.Li,Y.Lu,Y.Ma,X.Meng,R.Wang,Y.Wang,Z.Wang,Z.Xing,C.Yang,Z.Yao,J.Zhang,Z.Zhang,H.Zhuang,M.Guan,J.Liu,H.Lu,Y.Sun,Z.Wang,L.Wen,L.Zhan,W.ZhongInstitute of High Energy Physics, Beijing 100039Z.Li,C.ZhouZhongshan University, Guangzhou 510275X.Q.Li,Y.Xu,S.FangNankai U
19、niversity, Tianjin 300071Y.Chen,H.Niu,L.NiuShenzhen University, Shenzhen 518060S.Chen,G.Gong,B.Shao,M.Zhong,H.Gong,L.Liang,T.XueTsinghua University, Beijing 100084M.C.Chu,W.K.NgaiChinese University of Hong Kong, Hong KongK.S.Cheng,J.K.C.Leung,C.S.J.Pun,T.Kwok,R.H.M.Tsang,H.H.C.WongUniversity of Hong
20、 Kong, Hong KongB.Y.HsiungNational Taiwan University, TaipeiG.L.Lin,F.S.Lee,Y.S.YehNational Chaotung University, HsinchuC.H.WangNational United University, HsinchuYu.Gornushkin,R.Leitner,I.Nemchenok,A.OlchevskiJoint Institute of Nuclear Research, Dubna, RussiaV.N.VyrodovKurchatov Institute, Moscow,
21、RussiaZ.Dolezal,R.Leitner,V.Pec,V.VorobelCharles University, the Czech republicM.Bishai,M.Diwan,D.Jaffe,J.Frank,R.L.Hahn,S.Kettell,L.Littenberg,K.Li,B.Viren,M.YehBrookhaven National Laboratory, Upton, NY 11973-5000, USAR.D.McKeown,C.Mauger,C.JillingsCalifornia Institute of Technology, Pasadena, CA 9
22、1125, USAK.Whisnant,B.L.YoungIowa State University, Ames, Iowa 50011, USAW.R.Edwards,K.B.LukUniversity of California and Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA 94720, USAV.Ghazikhanian,H.Z.Huang,S.Trentalange,C.WhittenJr.University of California, Los Angeles, CA 90095, USAM.Ispiryan,K.L
23、au,B.W.Mayes,L.Pinsky,G.Xu,L.LebanowskiUniversity of Houston, Houston, Texas 77204, USAJ.C.PengUniversity of Illinois, Urbana-Champaign, Illinois 61801, USAW.Luebke,C.WhiteIllinois Institute of TechnologyK.HeegerUniversity of Wisconsin, Madison, USA实验监管机构实验监管机构(LOG)H.S.Chen,S.Aronson,J.Segrist中方项目经理
24、及管理办公室美方项目经理及管理办公室发言人与合作发言人与合作执行委员会执行委员会项目顾问团项目顾问团(PAP)美国能源部美国能源部中国政府部门中国政府部门其它其它国际资金委员会国际资金委员会(IFC)进度计划进度计划小结小结测量测量Sin22 13至至0.01精度具有十分重要的物精度具有十分重要的物理意义，要求用反应堆中微子实验来测量理意义，要求用反应堆中微子实验来测量。大亚湾核电站是这类实验的理想场所，这是大亚湾核电站是这类实验的理想场所，这是中国基础科学发展的一个难得机遇。中国基础科学发展的一个难得机遇。初步研究发现没有不可克服的技术困难，国初步研究发现没有不可克服的技术困难，国内的工业界
25、有能力完成主要任务。内的工业界有能力完成主要任务。初步设计已经基本完成，工程设计已经开始。初步设计已经基本完成，工程设计已经开始。谢谢！谢谢！CurrentKnowledgeof 13Global fitfogli etal., hep-ph/0506083Sin2(2 13) 0.09Sin2(2 13) 0.18Direct search PRD 62, 072002Allowed region目前实验认为目前实验认为 sinsin2 22 2 13 13 0.091MeV)502.72.01.40.8232Th(1MeV)501.20.90.70.440K(1MeV)101.81.30.
26、90.5Total5.74.23.01.7OilbufferthicknessWhythreezones?Threezones:Complicatedacrylictankconstructiong gbackgroundsonwallsLessfiducialvolumeTwozones:NeutrinoenergyspectrumdistortedNeutronefficiencyerrorduetoenergyscaleandresolution:twozones:0.4%,threezones0.2%Using4MeVcutcanreducetheerrorbyafactoroftwo
27、,butbackgroundsfromb+gb+gdonotallowustodoso2zone3zonecutcutCaptureonGdCaptureonHVesselboundaryReactor-relatedUncertaintiesofDayaBay#ReactorCoresSyst.errorduetoPowerFluctuationsSyst.errorduetoCorePositionsTotalsyst.error40.035%0.08%0.087%60.097%0.08%0.126% Based on experience of past experiments, due
28、 to uncertainty in measuring the amount of thermal power produced, the uncorrelated error per reactor core p 2%. frF and frN are fractions of the events at the far and near site from reactor r respectively. The error due to power fluctuations of the reactors is given by: EnergyCuts3zoneCut,error0.2%
29、Cut,error0.05%DominatedbyenergyscaleKamLAND1%TimeCutsNeutron time window uncertainty: t = 10 ns 0.03% uncertainty Use common clockg Baseline = 0.1%g Goal = 0.03%1.5%Loss0.15%LossLivetimeMeasurerelativelivetimesusingaccuratecommonclockUseLEDtosimulateneutrinoeventsShouldbenegligibleerrorTargetVolumeC
30、an be cancelled by swapping KamLAND: 1% CHOOZ: 0.02%? Flowmeters 0.02% repeatabilityg Baseline = 0.2%g Goal = 0.02%H/CandH/GdratioCan be cancelled by swappingH/CratioCHOOZclaims0.8%absolutebasedonmultiplelabanalyses(combustion)UsewelldefinedliquidsuchasLABanddodecaneR&D: measure via NMR or neutron c
31、aptureExpectederror:0.1%-0.2%H/GdratioCanbemeasuredbyneutronactivatedx-raysandneutroncapturetimeFort=0.5ms,error0.02%Cosmic-muonsatthelaboratory 350 m97 m98 m210 mDYBLAMidFarElevation(m)9798208347Flux(Hz/m2)1.20.730.170.045Energy(GeV)556097136ApplymodifiedGaisserparametrizationforcosmic-rayfluxatsurfaceUseMUSICandmountainprofiletoestimatemuonflux&energyFastneutronspectrumfromMCPrecisiontodeterminethe9LibackgroundinsituSpectrumofaccidentalbackground
