3-8MeV能区内的电子—反电子中微子散射截面的测量

论文摘要

TEXONO实验是由海峡两岸合作共同推动的低能中微子实验,目标是研究低能时的中微子物理。不同于国际上大多数低能中微子实验采用放射化学方法或是液体闪烁体,TEXONO实验使用了CsI（Tl）晶体作为探测器。无机闪烁晶体在测量上拥有很多优点,使TEXONO实验有希望给出比其他实验更好的结果。在实验数据分析中,能量信息的获取是最重要的问题。TEXONO实验由于对CsI（Tl）采用了两端读出的方法,因此能量需要通过一定的计算重建出来。为了能够获得更好的能量分辨率,一套算法被提出来用于改进原有的重建方法。两端读出也可以给出事例位置的信息。实际上,CsI（Tl）作为固体探测器的高密度特点使外来的本底辐射集中在晶体的两端,从而可以通过对事例位置的筛选来降低实验的本底水平。CsI（Tl）晶体内的238U和232Th是TEXONO实验本底的重要组成部分,其含量对实验的结果有很大的影响。假设238U/232Th链处于长期平衡状态,那么利用衰变链中相邻两元素衰变的粒子种类和时间特征,可以对238U和232Th的丰度做出精确的测量。实际测得的两者的丰度分别是238U为8.2±0.3×10-13g/g,232Th为2.20±0.06×10-12g/g。当探测器的屏蔽条件足够好的时候,通过对反应堆的运行和关闭状态下能谱的差异的测量,可以得出反电子中微子与电子的散射截面。这种方法是反应堆中微子实验中常用的方法,它可以避免对本底作绝对测量带来的一系列复杂问题和额外误差。利用CsI（Tl）晶体的良好性质,我们希望最终将实验误差控制在25%以内。

论文目录

第1章前言:中微子物理与中微子实验

1.1 中微子的发现

1.1.1 β衰变的连续谱之谜

1.1.2 中微子的提出

1.1.3 中微子的实验证实

1.2 中微子质量之谜

1.2.1 太阳中微子丢失

1.2.2 中微子振荡理论

1.3 中微子实验

1.3.1 太阳中微子实验

1.3.2 反应堆中微子实验

1.4 小结

第2章 TEXONO实验

2.1 实验动机

2.2 电子与中微子的散射

2.3 TEXONO实验的细节介绍

2.3.1 反应堆中微子源

2.3.2 屏蔽体设计

2.3.3 电子学系统

2.3.3.1 FADC

2.3.3.2 其他的电子学系统

2.3.4 DAQ系统

2.3.5 CsI（Tl）晶体阵列探测器和ULB-HPGe探测器

2.3.5.1 ULB-HPGe探测器

2.3.5.2 CsI（Tl）探测器阵列

2.4 TEXONO实验的本底情况

2.4.1 宇宙线本底

2.4.2 外部环境本底

2.4.3 反应堆工作时的本底情况

2.4.4 探测器内部的放射性

第3章 TEXONO实验中CsI（Tl）探测器阵列的数据分析

3.1 数据的采集

3.2 事例判选条件

3.2.1 宇宙线反符合（Comic Veto）

3.2.2 单个击中条件（Single Hit Cut）

3.2.3 脉冲形状甄别（PSD）

3.2.4 位置判选条件（ZPos Cut）

3.3 饱和脉冲重建方法

3.4 能量和位置的重建

3.4.1 位置重建

3.4.2 能量重建

3.5 能量重建的分辨率改善方法

3.5.1 特征带倾斜的补偿

3.5.2 特征带弯曲的补偿

第4章由CsI（Tl）晶体中U/Th衰变链引起的内本底放射性研究

4.1 放射系与放射系的长期平衡

4.2 CsI（Tl）晶体中U

4.2.1 探测器与时间有关的特点

214Bi →²¹⁴Po →²¹⁰Pb的连续衰变过程'>4.2.2²¹⁴Bi →²¹⁴Po →²¹⁰Pb的连续衰变过程

224Ra →²²⁰Rn →²¹⁶Po →²¹²Pb的连续衰变过程'>4.2.3²²⁴Ra →²²⁰Rn →²¹⁶Po →²¹²Pb的连续衰变过程

212Bi →²¹²Po →²⁰⁸Pb的连续衰变过程'>4.2.4²¹²Bi →²¹²Po →²⁰⁸Pb的连续衰变过程

4.3 CsI（Tl）晶体中U/Th的含量

4.4 位置分辨率的测量

4.5 晶体生长时杂质浓度的变化

4.6 CsI（Tl）晶体中α的猝灭因子（Quenching Factor）

e,e）散射截面的初步结果'>第5章 TEXONO实验测量出的（（ν|-）_e,e）散射截面的初步结果

5.1 理论估计

5.1.1 反应堆中微子谱估计

5.1.2 用标准模型估计出的反冲电子能谱

5.2 TEXONO实验的初步结果

第6章总结

参考文献

致谢及声明

个人简历、在学期间的研究成果及发表的论文

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