谈谈大亚湾中微子实验的探测器

 大亚湾反应堆中微子实验用近远点相对测量的办法探测中微子振荡。具体地讲, 大亚湾实验有三个实验厅, 两个近点实验厅和一个远点实验厅。近点探测器探测到的反电子中微子事例用来监测中微子的流强和能谱。     

中微子六十年

 中微子质量的测量方法有直接和间接两种.通常的探测器是探测不到的中微子,但可由能动量守恒以及事例终态的重建得出事例的丢失质量,由此得出中微子质量,这种方法称为直接法.从β衰变的电子能谱确定电子中微子质量用的就是此法.μ子族中微子和τ子族中微子质量也是用这种方法得出的.此外,还有采用中微子振荡和双β衰变法,这些是间接法.1)β衰变的能谱测量:β衰变中发射的电子能谱具有形状（如果电子中微子具有质量m_v）.     

三重探测,寻找惰性中微子

<正>今年夏天,两艘装载量270立方米的运输船从欧洲的CERN出发,穿越大陆、海洋、河流,于5个星期之后到达美国的费米实验室。这两艘船上各装载了一个含有27000-道精密多丝室的ICARUS探测器,该探测器采用了先进的液氩技术用来探测中微子。2010至2012年间,CERN输送至Gran Sasso的中微子束流已成功运行,经过两年的改装CERN的ICARUS探测器将与费米实验室其他两个同类的探     

无中微子双贝塔衰变：寻找马约拉纳中微子之路

无中微子双贝塔衰变是目前粒子物理与核物理学家积极寻找的一种极其稀有的原子核衰变模式。它的发现将验证中微子是否是其本身的反粒子,也就是通常指的马约拉纳费米子。同时这一物理过程破坏轻子数守恒,也可以为宇宙初期的正反物质不对称性提供重要的条件。鉴于其极重要的物理意义,国际上多个实验组利用不同的探测器技术,在多种不同的目标同位素中寻找这一突破粒子物理标准模型的稀有衰变。目前主流实验还未发现确定的无中微子双贝塔衰变信号,但对其半衰期的限制已经达到了1026年量级。国内近期也开展了一系列预研实验,期望在未来几年内可以确定一到两个切实可行的实验方案,开展吨级实验。     

极深地下探秘宇宙的“熊猫X”实验

近百年的天文学观测表明宇宙中有大量看不见的"暗物质"存在,但是我们对暗物质的本质却所知甚少。宇宙中也充斥着一种很像暗物质的"幽灵粒子"——中微子,它们的身上也有着众多未解之谜。对暗物质和中微子研究的突破很可能带来下一次物理学的革命。国际上最深的、位于四川凉山州的中国锦屏地下实验室为这样的实验研究提供了得天独厚的场所。过去的20年,液氙探测技术的发展使之成为了探测暗物质、研究中微子性质的核心手段之一。文章主要介绍了暗物质与中微子的未解之谜、液氙探测技术的发展、国内外一些液氙实验的发展态势以及我国液氙探测暗物质"熊猫X"实验的现状和未来。     

日本的KamLAND实验给出中微子振荡的新结果

日本的KamLAND探测器是一个装有1000t超纯液体闪烁体的装置，它位于日本的Toyama．Toyama周围有53个用于核动力发电的反应堆，这些核反应堆会放出电子反中微子．KamLAND探测器主要探测来源于这些核反应堆的以及更远的核反应堆的电子反中微子的流强及能谱．用模拟计算的方法获得核反应堆放出的电子反中微子的流强和能谱，再与实验测量到的电子反中微子的流强和能谱进行比较，     

液体闪烁体衰减长度和光产额的测量

简要介绍了用于反应堆中微子实验的液体闪烁体的成分, 描述了液闪衰减长度和光产额的测量原理、方法、装置及过程, 给出了不同配比的液闪的光产额和衰减长度的测量结果, 并对液闪光产额和衰减长度的性能及影响因素进行了研究. 测量结果表明, 这些液闪可以满足中微子实验的需求.     

掺钆液闪中子探测器的研制

中子在探测器中能产生与暗物质粒子(WIMPs)类似的核反冲信号,对于低背景的暗物质直接探测实验,精确测量和排除中子的干扰尤其重要。为测量中国锦屏地下实验室(CJPL)中子本底的通量,研制了高效的、具有很强"中子-伽马"分辨的掺钆液闪快中子探测器。介绍了掺钆液闪中子探测器的研制和性能,包括探测器形状和尺寸的设计,液体闪烁体类型、光电倍增管型号以及液闪容器材料的选择,探测器的伽马能量刻度以及中子与伽马信号的甄别。用Am-Be中子源对探测器进行探测效率刻度,得到阈值为0.2 MeV等效电子能量的中子探测效率为(6.30±0.30)%,满足中国锦屏地下实验室对中子通量测量的要求。     

卡姆兰德实验发现反应堆中微子消失

 由日、美、中科学家组成的卡姆兰德(KamLAND)实验组在2002年12月6日宣布发现了核反应堆中产生的电子反中微子消失的现象。这意味着反应堆中产生的电子反中微子发生振荡,变成了另一种没有被探测到的中微子。这项重要的实验结果确证了太阳中微子振荡,并确定了中微子振荡的关键参数,是近年来与中微子有关的一系列重大发现之一,对粒子物理、天体物理和宇宙学具有重大意义。1.中微子及其质量中微子是一种非常小的基本粒子,几乎不与任何物质发生作用,很难发现和探测。1930年泡利为了解释原子核β衰变时能量似乎不守恒的问题时,提出是一种不可探测的中性粒子带走了能量。     

用大气荧光观测超高能宇宙线的τ中微子望远镜(CRTNT)性能研究

讨论了测量超高能宇宙线的τ中微子望远镜(CRTNT)的性能. 利用Monte Carlo方法对探测器作了详细的模拟, 并研究了探测器以一个塔形主探测器和两个高视角辅探测器协同触发的布局, 以及对大气簇射作立体观测时的物理性能. 计算了当能量高于10¹⁷eV时, 探测器的有效面积. 用于第2个膝区物理研究时事例率估计可达20k个/年. 还估算了与其他探测器交叉定标的事例率. 比较和优化了探测器的不同几何布局.     

新型太阳中微子闪烁探测器的研制

概述了一种新型太阳中微子闪烁探测器的研制,其中载钆(Gd)液体闪烁体的Gd浓度达到5%、光的衰减长度≥150cm、对60keV的Gamma-ray之能量分辨率为21%(σ);直径1cm、厚3cm的GSO:Ce晶体,其发光产额约为NaI(Tl)晶体的20%、光的衰减时间为60ns、对662keVGamma-ray之能量分辨率为9.2%(σ).文章讨论了由这两种闪烁体构成的复合探测器的特点及作为太阳中微子探测器其本底的降低措施.对直径10cm、厚50cm的这种复合探测器的模拟计算表明其光的收集效率可达20%.     

我国的深地实验室CJPL和CDEX暗物质直接探测实验

正一、世界最深、空间最大的地下实验室——中国锦屏地下实验室1.为什么要建深地实验室暗物质直接探测、无中微子双贝塔衰变(0νββ)、宇宙重核形成等极低本底实验是当今粒子物理学、宇宙学、天体物理学等领域的重大基础前沿课题,研究这些课题具有重要的科学意义。这些极低本底实验的共同特点就是所要探测的物理事例很少,     

低能停止粒子探测器

低能带电重粒子在接近射程末端处,电离比值上升.因此,带电粒子在薄层探测器中产生的电离,当接近粒子射程末端时比粒子穿过时为大.利用这个现象,就可以做成探测接近射程末端的停止粒子探测器.工作[1,2]曾经用固体闪烁体研究过负π介子星裂探测器以及记录中能π介子和μ子的停止粒子探测器.后来,已将固体闪烁体用于高穿透粒子本底中测量停止粒子,成功地测量过π~+停止后的稀有衰变方式.但未见到用气体介质对低能粒子作停止粒子探测器的报导.这里,我们对记录低能α粒子的停止粒子探测器进行了初步实验.结果表明,可以用薄窗正比计数管做成简单的低能停止粒子探测器.     

测量宇生μ子寿命验证堆积事例处理新方法

提出了一种在数据分析中降低堆积事例误差的一种修正方法,并通过塑料闪烁体搭建的宇生μ子时间符合探测器开展寿命测量实验进行验证。寿命测量实验研究表明,主要本底事件来自电子学噪声和堆积事例。为了弥补在本地实验室中,μ子衰变事例在总体宇生μ子事例中较为稀有的短板,我们使用蒙特卡罗模拟程序产生大样本量,进一步验证该分析方法的有效性。修正后的最终实验结果为$\tau_{\mu}^{\rm exp} = 2.19 \pm 0.07$ μs,而修正前的实验结果为$\tau_{\mu}' = 2.27 \pm 0.07$ μs。(95%置信度水平)。预计,统计学处理堆积事例的方法将适用于符合测量与堆积事例伴生的同类型实验。     

加速器中微子

 加速器是研究微观世界的重要工具。缪中微子与陶中微子均是通过质子加速后打靶产生介子衰变被首次发现。加速器产生的中微子束流,具有能量高、流强大、方向性好等特点,因此非常适用于进行中微子的研究。国际上短基线加速器实验被应用于研究中微子与物质的相互作用,以及寻找新型中微子等。而长基线实验则主要用于研究中微子振荡和测量振荡参数。下一代加速器中微子实验将致力于提高中微子流强和探测器体积及性能,从而研究中微子质量顺序和轻子CP破坏等重要的物理问题。     

溴化镧闪烁体探测器性能及应用研究

LaBr3(Ce)探测器是一种新型闪烁体探测器,具有高光产额,高探测效率,高时间和空间分辨率,高能量分辨率,温度特性良好,抗辐射性能良好,操作简便等优点.从2001年以来,该探测器得到了迅速的研究和应用.LaBr3(Ce)探测器在核共振荧光检测、瞬发γ中子活化分析、爆炸物检测、核医学成像、环境辐射监测、空间辐射探测等方面的应用研究中取得了非常良好的效果.该探测器表现出优于以往用于这些领域的探测器的性能(例如NaI(Tl)探测器、BGO探测器、HPGe探测器等).介绍了LaBr3(Ce)探测器的性能及其应用研究进展,对代表性文献进行了简析和综述,阐明了其良好的应用前景.     

超导薄膜粒子探测器

 在核物理与粒子物理学中,探测一种粒子或辐射,要靠它们与物质的相互作用,并且通常用物理的方法验证这种作用.如果以相互作用机制来分类,探测器大致有下列几种:粒子在物质中直接或间接产生电离.很多探测器都利用这种机制.例如,直接收集电离粒子的电离室,经过气体放大的多丝室;测量经迹的泡室,测量能量的液氩室;核乳胶及半导体探测器等.粒子穿过介质时,使介质中的原子或分子激发.收集退激发放出的光,构成了另一大类探测器.例如,广泛应用的气体.液体、固体闪烁计数器,都利用了这种机制.电子或光子通过物质而相互转化.利用这种机制的探测器有电磁簇射计数器、微通道计数器等.     

超重反冲余核时间探测器性能测试

介绍了一种铝制内椭球面反射镜闪烁薄膜探测器,对其探测效率、光收集效率和时间性能的测试. 结果分析表明采用1 μm厚的BC498闪烁薄膜探测器测量实验中超重反冲余核, 探测效率接近100％, 时间分辨好于200 ps, 其性能满足超重反冲余核时间测量的要求. A thin plastic scintillator film detector with an inner ellipsoidal reflection mirror made of aluminum is introduced. Detection efficiency and light collection efficiency of the detector have been investigated. The time resolution of the detector has been also studied. The testing results show that the detection efficiency of BC498 with the thickness of 1 micron to be used in the coming superheavy synthesis experiments is approximately 100%, and the time resolution is better than 200 ps (σ). The performances of the thin plastic scintillator film detector meet the requirements for the time measurement of the superheavy element synthesis.     

美国《科学》杂志发文称追猎WIMP暗物质前景堪忧

正[编辑人语]2016年3月25日美国《科学》杂志发文跟踪报道液氙探测器对作为重要暗物质候选体的弱作用大质量粒子(Weakly Interacting Massive Particle—WIMP)的多年实验探测搜索历程和前景评估。"当液氙探测器灵敏度逐渐增高到能探测到来自太阳和其它来源的中微子的背景干扰时,对假定的暗物质粒子WIMP的跟踪搜寻就将很可能终结"。我们在与几位研究者探讨此话题之后,认为非常有必要及时向读者们介绍     

BESⅢ端盖TOF探测器的研制

针对BESⅢ端盖TOF的研制方案, 设计和制作了特殊构型的闪烁探测器. 研究了光电倍增管(R5924)和塑料闪烁体(BC404, BC408, EJ204)的性能. 测量了几种包装材料对单个闪烁探测器模块光收集和本征时间分辨的影响. 使用800MeV实验电子束对探测器模块的测量结果显示, 采用EJ204和BC404晶体其时间分辨小于80ps; 采用ESR材料包装可获得较大的输出信号, 提高了探测器的性能.