博士论文-大亚湾实验长寿命同位素本底研究

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题名	博士论文-大亚湾实验长寿命同位素本底研究
作者	刘颖彪
学位类别	博士
答辩日期	2014
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	胡涛
关键词	大亚湾实验数据质量宇宙线同位素本底
学位专业	粒子物理与原子核物理
中文摘要	大亚湾反应堆中微子实验的物理目标是精确测量~$\theta_{13}$~，设计灵敏度为在90\% 的置信区间上测量~$\sin^{2}2\theta_{13}$~ 到~0.01~或更好。大亚湾实验使用八个全同的中微子探测器在山体覆盖下做远近相对测量，这样可以降低系统误差，抵消反应堆及探测器的关联误差，提高测量精度。大亚湾实验自2011年12月24日正式开始物理取数，分别于2012年用55天的数据、2013年用139天的数据、2014年用217天的数据，发表了~$\sin^{2}2\theta_{13}$~的测量结果，最新的测量结果为：~$\sin^{2}2\theta_{13} = 0.090^{+0.008}_{-0.009}$~。本文主要介绍大亚湾实验的离线数据质量检查软件设计，以及与宇宙线产生的同位素相关的研究。大亚湾实验现场的离线计算环境和离线数据质量检测软件（~PQM~）对原始数据直接进行分析，准实时地（延时约~40~分钟）给出初步的数据质量检查直方图，并在网页上显示出来。~PQM~对于值班员在取数过程中初步判断数据质量，以及及时发现可能的问题提供了非常重要的手段。因此~PQM~ 为实验运行和高质量取数提供了重要保障，是整个实验不可或缺的一部分。宇宙线~$\mu$~子穿过山体以及地下的探测器时，能量损失过程中会发生核散裂。~$\mu$~子产生的不稳定子核的延时衰变，对于低能中微子实验是重要的本底来源之一。对于~6 MeV~以下的正电子信号，主要的本底是天然放射性，而在6-18~MeV~的能量区间，主要的本底就包括宇宙线~$\mu$~ 子带来的放射性同位素。本文对形成偶然符合本底慢信号的类中子单事例的来源进行了考察，确认了类中子单事例的三个主要来源，分别是自动刻度装置的~AmC~刻度源放射的中子、宇宙线同位素和中子在氢上俘获的反~$\beta$~衰变的正电子事例。在~$\theta_{13}$~分析的反~$\beta$~衰变候选事例挑选中，偶然符合是其中非常重要的本底之一，要精确测量~$\theta_{13}$~，就必须对本底构成了解清楚。通过对高能单事例的深入分析，排除了未知本底，对大亚湾实验中微子信号的偶然符合本底分析的正确性提供了非常重要的支持，极大地提高了中微子振荡分析的可信度。通过对同位素的理论能谱的计算，利用能谱和时间谱的联合拟合，通过系统误差分析，近点实验厅~$^{12}$N~、~$^{12}$B~产额分别为~$(0.6\pm0.1) \times 10^{-7}(\mu \ \text{g/cm}^{2})^{-1}$~、~$(20.4\pm2.9) \times 10^{-7}(\mu \ \text{g/cm}^{2})^{-1}$~，远点实验厅的产额分别为~$(1.1\pm0.6) \times 10^{-7}(\mu \ \text{g/cm}^{2})^{-1}$~、~$(30.7\pm6.2) \times 10^{-7}(\mu \ \text{g/cm}^{2})^{-1}$~。根据长寿命同位素产额与平均~$\mu$~子能量的``power-law''关系，江门中微子实验的~$^{12}$N~、~$^{12}$B~产额估计值分别为~$(1.5 \times 10^{-7}(\mu \ \text{g/cm}^{2})^{-1}$~、~$44.4 \times 10^{-7}(\mu \ \text{g/cm}^{2})^{-1}$~，为该实验的本底估计提供了重要依据。
语种	中文
学科主题	粒子物理与原子核物理
公开日期	2016-02-25
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209575]
专题	实验物理中心_学位论文和出站报告
作者单位	中国科学院高能物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	刘颖彪. 博士论文-大亚湾实验长寿命同位素本底研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2014.