大亚湾与江门中微子实验

中微子物理是粒子物理中最活跃的分支之一,存在众多未解之谜,可能成为超出标准模型的新物理的突破口.本文总结了中微子物理的现状和主要的科学问题,着重介绍了我国正在进行的大亚湾中微子实验和建造中的江门中微子实验.通过研究反应堆中微子,2012年大亚湾实验发现新的中微子振荡,测得了中微子混合角13.本文介绍了大亚湾实验的物理背景和项目背景,简述了实验方法和设计思想,并描述了探测器设计和建造.许多新的想法和技术创新在探测器设计与建造中采用,使探测器相关的相对误差仅为0.2%.在未来几十年内,大亚湾将保持对这一基本参数的最高测量精度.江门中微子实验2008年提出建议,2013年正式启动.通过在53 km处探测反应堆中微子振荡,它将能确定中微子质量顺序,并精确测量3个中微子混合参数.采用一个设计能量精度为3%的2×104 t液体闪烁体探测器,江门实验在研究超新星中微子、太阳中微子、地球中微子、大气中微子、以及奇异现象寻找方面也极具吸引力.它将对多个物理目标进行国际领先水平的研究.文中我们介绍了实验设计和研发的进展.除了大亚湾和江门实验,我们也参与了无中微子双贝塔衰变实验EXO,设计了一个新式的加速器中微子束流线,进一步扩展了中微子研究.     

掺锂塑料闪烁体的制备与性能

为了提高塑料闪烁探测器对低能中子的探测灵敏度,可在塑料闪烁体中引入热捕获截面积较大的6Li。通过酸碱中和反应合成了甲基丙烯酸锂,对其进行了结构表征,随后将其溶解到甲基丙烯酸中,并将甲基丙烯酸溶液转移至溶有第一闪烁物质和移波剂的苯乙烯溶液中,通过热聚合的方法制备出掺锂塑料闪烁体。所得闪烁体的最大掺锂质量分数为0. 89%,且随着掺锂量的增多,闪烁体的荧光性能逐渐降低;相对于蒽晶体,最大掺锂量的闪烁体的光产额为46. 27%;最大掺锂量塑料闪烁体的衰减时间为1. 64 ns。     

薄靶闪烁探测器荧光接收效率的Monte Carlo模拟

该文给出了一种闪烁探测器荧光接收效率的Monte Carlo模拟方法,模拟了光子在闪烁体中的输运及在闪烁体表面的反射和透射现象,考虑到光在闪烁体表面的漫反射和漫透射,采用Phong反射模型和Hall透射模型,计算了探测器的光阴极在不同方位时对光的接收效率。理论模拟结果表明,荧光的接收效率与闪烁体的表面粗糙度有关,在120°方向附近荧光的接收效率最大,与实验结果符合得较好。     

BGO晶体的性能研究

利用蒙特卡罗方法,模拟不同能量的γ射线在BGO晶体中的闪烁过程及不同厚度不同包装下闪烁光的空间分布,发现点光源模型对于晶体出光平面上闪烁光强分布是适用的.模拟表明：BGO与包装之间的界面粗糙时比光滑时空间分辨更好;闪烁中心离出光面越近位置分布越窄,且晶体厚度为4 mm时光产额最大.     

NaI(Tl)晶体的性能研究

利用蒙特卡罗方法,模拟能量为140KeV的γ射线在NaI(Tl)晶体中的闪烁过程及不同厚度不同包装下闪烁光的空间分布,得出点光源模型对于晶体出光平面上闪烁光强分布是适用的结果.模拟表明,NaI(Tl)与包装之间的界面粗糙时比光滑时空间分辨更好;闪烁中心离出光面越近位置分布越窄,且晶体厚度11mm时光产额最大.     

一种闪烁体γ能谱的快速卷积拟合算法

针对用低能的实验室γ源激发高能物理实验中采用的高密度,低光产额的闪烁晶体来测量其光产额时闪烁体的γ能谱不易拟合的问题,论文在原有的卷积拟合算法的基础上发展了一种解析方法,该方法通过用一解析函数来近似γ能谱中的康普顿本底形状,把原来耗时的数值卷积过程简化为一个递推级数的计算,该方法在不损失拟合精度的情况下大大提高了数据处理速度。     

从大亚湾到江门中微子实验

中微子振荡现象是当前粒子物理领域的研究热点.中微子振荡的发现确认了中微子具有微小的质量,这也成为探索超出标准模型新物理的重要途径.大亚湾反应堆中微子实验是研究短基线反应堆中微子振荡的地下实验,其利用远近点全同探测器对反应堆中微子事例率及能谱进行相对测量,以降低探测器关联误差及反应堆中微子流强预期误差.大亚湾反应堆中微子实验在2018年使用1958天的数据公布了中微子振荡参数sin~22θ_(13)与|?m_(32)~2|的最新结果,其中sin~22θ_(13)参数为目前最高的测量精度,达到了3.4%,|?m_(32)~2|的精度为2.8%,其与MINOS, NoνA及T2K等基于加速器中微子的实验测量精度相当.θ_(13)的精确测量将有利于下一代中微子实验确定中微子质量顺序以及测量CP破坏相角等未知的中微子振荡参数,其中包括了我国正在建设的江门中微子实验.它的主要科学目标是通过在中等基线下精确测量反应堆中微子能谱来确定中微子质量顺序.探测器可以实现3%的超高能量分辨率和小于1%的能标误差,从而在6年的取数时间内以3–4σ的置信度测量中微子质量顺序.此外江门中微子实验也将精确测量中微子振荡参数,同时将在超新星中微子、太阳中微子、大气中微子、地球中微子、核子衰变等物理研究领域做出重要的贡献.     

闪烁液中加载示踪核素212Pb实验方法研究

介绍了使用流气式固体220Rn源向闪烁液中加载示踪核素212Pb的实验方法.研究了不同温度、气体流率下,闪烁液对212^Pb的加载效率的变化情况.为开展江门中微子闪烁液纯化验证实验提供放射性核素加载的方法,为放射性核素加载实验条件的选择提供了依据.     

基于波长位移光纤的~(232)Th+ZnS(Ag)闪烁体中子探测器

闪烁体光纤探测器是近年来发展起来的一种可用于中子测量的新型探测器,为了提高闪烁体光纤探测器的中子探测效率,该文以~(232) Th+ZnS(Ag)为探测器材料,利用波长位移光纤代替普通光纤收集和传输信号,并对改进的探测器的探测效率进行了理论分析和实验验证。研究结果表明:波长位移光纤探测器的计数率约为普通光纤的1.7倍。该探测器应用于加速器驱动次临界系统的中子探测,获得了次临界反应堆实验装置中子的分布变化规律,与计算结果较为一致。     

掺镧氟化钡晶体的闪烁光慢成分抑制特性

研究不同掺Ｌａ浓度下ＢａＦ２闪烁晶体的慢成分抑制特性对于该晶体的实际应用具有十分重要的意义，通过同步辐射闪烁光衰减时间谱和Ｘ光激发发射光谱的测量，系统地获得了在掺Ｌａ含量小于或等于１％（质量百分比）范围内国产ＢａＦ２；Ｌａ闪烁晶体的快、慢成分抑制比，两种独立方法的实验结果基本吻合。     

闪烁体与闪烁探测器的研究动态

闪烁体和闪烁探测器在工业、医学以及某些核物理实验、地质探矿、安全检查和材料探伤等领域有着广泛的应用。本文阐述了闪烁体的性质和分类,闪烁探测器的工作原理、构成以及探测装置在安全检查中的应用。     

对称金属包覆光波导吸收传感器的研究

根据光波导导波层液体折射率随液体浓度不同而有所变化,从而研究了一种通过吸收测量而探测出光波导中液体浓度变化的传感器.分析了光波导吸收传感器的实验原理,并通过自行设计的这种双面金属包覆波导结构组成的传感系统进行了相关的实验,得到了不同浓度液体的光谱吸收特性曲线.实验结果表明,该传感器系统具有结构简单、成本低、易于加工、探测灵敏度高等优点.     

掺镧氟化钡晶体的闪烁光慢成分抑制特性

掺镧氟化钡晶体的闪烁光慢成分抑制特性顾牡，陈玲燕研究不同掺Ｌａ浓度下ＢａＦ２闪烁晶体的慢成分抑制特性对于该晶体的实际应用具有十分重要的意义．通过同步辐射闪烁光衰减时间港和Ｘ光激发发射光谱的测量，我们系统地获得了在掺Ｌａ含量小于或等于１（质量分数）范围...     

溴化镧闪烁晶体对湮灭光子线性吸收系数的计算

本文对新型卤化物闪烁体探测器——溴化镧探测器溴化镧闪烁体的线性吸收系数进行了推导和计算,特别对能量为0.511MeV的γ光子的线性吸收系数进行了计算,为以后计算溴化镧探测器对正电子的探测效率提供了数据依据.     

一个用于快速光电倍增管时间特性测试的装置

一、概述与原理闪烁计数器的时间特性包括时间分散性和时间延迟。时间分散性一般用测量“δ”光脉冲的时间谱峰的半高宽(FWHM)来表征,也叫闪烁计数器的时间分辩。在粒子物理和核物理实验中常遇到粒子飞行时间和粒子衰变寿命等测量,在一些亚毫微秒时间测量中,探测器的时间分散性成为影响实验精度的主要障碍。闪烁计数器的时间分散性主要由闪烁体(包括光导)、光电倍增管和电子仪器三方面贡献的。对于电子仪器的时     

太阳中微子问题

标准太阳模型预言7Be太阳中微子流强为 (3 4 4± 3 4)SNU ,且不依赖核反应7Be(p ,r) 8B截面测量的不确定性 .假如太阳中微子在它们产生后没有发生任何变化 ,且正在运行的太阳中微子测量实验是正确的 ,那么在SuperKamiokande实验上8B太阳中微子流强约为标准太阳模型预言值的 47 3 % ,CNO中微子流强也是标准太阳模型的一半 .对于7Be太阳中微子 ,当其不一致性不超过 1倍或 3倍标准偏差时 ,在镓探测器上7Be太阳中微子只有标准太阳模型预言值的 19 6%或 5 2 6% .     

掺Ag+硫化锌制备与辐射探测器热压成型工艺参数优化

利用纳米材料制备方法将激活剂Ag~+掺杂于ZnS材料中制备了粒径更小的闪烁材料,进一步提高了该闪烁材料的发光效率。将新制备的闪烁材料用于辐射探测器的设计并对热压成型工艺进行优化,以模压温度、模压压力、模压时间为影响因素设计了系列对比实验并将探测效率和外观两个指标作为判断探测器品质的依据。引入外观评分方法,有效解决外观指标的量化问题并获得了最优工艺参数。实验结果表明,重新制备的Ag~+掺杂ZnS闪烁材料,其平均粒径为几十纳米,其发光强度相比普通商用ZnS∶Ag~+粉末得到明显提升。当温度为200℃、压力为7 MPa、时间为10 min时,利用热压成型工艺制备的闪烁体探测效率和外观均达到最优,辐射探测器的综合性能和成品率也得到较大提升。     

CsI(Tl)对高能质子能量响应的蒙特卡罗研究

在放射性核束物理的实验研究中,需要对核反应产物进行测量和鉴别,以获取反应过程中的重要信息.使用GEANT4软件对CsI(Tl)闪烁体探测器对高能质子的能量响应进行了蒙特卡罗模拟,以确定这种探测器用于探测能量范围10HeV-150MeV质子的能量响应.通过对晶体外表面包覆材料反射率、耦合光敏二极管面积、质子射程等条件的模拟和分析,找到了提高CsI(Tl)闪烁体探测器性能的方法.     

天山射电实验探测极高能中微子和宇宙线

宇宙中微子正开启一个电磁波观测宇宙之外的全新窗口.然而,传统的中微子探测手段由于造价过高,导致探测器有效面积不足或观测时间有限等问题,不便于进行高能中微子(一般认为能量大于1015 eV为超高能,能量大于1018 eV为极高能)的观测.射电阵列,采用造价低、全天候观测的射电天线,可以建造大面积的观测阵列,达到极高能中微子天文学和极高能宇宙线探测所需的高灵敏度.在科技部国家重点基础研究发展计划项目"宇宙第一缕曙光探测"的资助下,原型阵列TREND(天山射电探测中微子探测器)在2011–2012年的运行过程中取得了重要的成果,仅依靠单极化接收天线阵列,首次证明了不依赖于传统粒子探测器的自触发射电探测方式可以对高能粒子大气簇射进行有效探测.我们计划建造一个巨型天线阵列GRAND,这将是世界上1017 eV以上最灵敏的高能中微子望远镜,可以对高能中微子进行有效的观测.     

中微子佯谬解决及其对霍金实证论的支持

20世纪60年代后期,美国的戴维斯成功搜索到太阳中微子,但所得的数量只有标准太阳模型理论所预言的一半左右,由于弱电统一理论一直认为中微子的静止质量为零,这构成太阳中微子佯谬.然而,超级神冈探测器的实验显示:中微子的确发生了振荡,中微子拥有不为零质量,后续的Sudbury实验终于解决了中微子佯谬问题,引发了人们对弱电理论的质疑,思考其粒子物理学以及天体物理学意义,从而客观上支持了逻辑自洽的实证论.