MC法甄别固体阵列反中微子探测器IBD事件.pdf
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1、第卷第期年月核电子学与探测技术 法甄别固体阵列反中微子探测器事件王超,何高魁,宛玉晴,田华阳,邵云东,刘洋(中 国原子能科学研究院,北京)摘要:针对分离式塑料闪烁体固体阵列反中微子探测器建立了光学模型,进行了精细化模拟。模拟结果与实验结果对比验证了模型的正确性。通过精细化模拟,对探测器阵列内事件的能量响应和时间响应做了定量分析。根据阵列探测器分离式的结构特点,设置了多维度的甄别条件,计算了探测器阵列的事件别效率为。此外还分析了甄别条件的抗本底 能力,探讨了甄别缪子事件和快中子事件的方法,快中子剔除效率达到。关键词:反电子中微子;塑料闪烁体阵列;反衰变;法;光学模拟中图分类号:文献标志码:文章编
2、号:()固体阵列反中微子探测器是一种可应用于反应堆反中微子探测的新型探测器。裂变反应堆是地球上最强的人工中微子源,通过监测反应堆释放出的反中微子可以达到监测反应堆运行的目的。反应堆释放的中微子为反电子中微子,目前主要利用反电子中微子与质子的反衰变()反应进行探测。与液体闪烁体探测器相比,固态的塑料闪烁体在安全性和移动性等方面优势明显,具有实用化应用前景。前期,本文对阵列规模为的反中微子探测器进行了粗略模拟,计算了探测器阵列中微子识别效率,为探测器数据获取与分析系统的搭建提供了理论基础。但前期的模拟没有充分利用阵列探测器分离式的结构特点,只提取了有限的事件信息,搭建了一个阵收稿日期基 金项目:国
3、家 财政部 稳定支 持研究经费();装备预先研究领域基金();中 国原子能科学研究院青年英才培育基金()资助。作者简介:王超(),男,内蒙古赤峰人,助理工程师,主要从事核探测技术研究。列规模为的反中微子探测器,因此需要对规模的探测器进行更进一步的精细的模拟,为设置事件的甄别条件提供依据。探测器结构与建模反中微子探测器是由图所示的探测器模块单元组成的阵列,探测器模块单元的灵敏体积为的塑料闪烁体,外围包裹反光遮光层和单面镀的聚酯薄膜,两端接光电倍增管进行双端 读出。提供了可见光光子的输运功能以及对于光学介质和光学表面的参数化 描 述功能,相比于模拟能量沉积,通过建立闪烁体的光学模型可以实现对闪烁体
4、探测器的精确模拟,实现双端读出模拟。导胶摔就肩續顯聲興綱姻本图单个探测器模块单元结构示意图为了验证探测器光学模型的正确性,进行了探测器在和照射下的模拟,并与实 揖樣,!、心事件模拟反电子中微子与质子反应生成一个中子和正电子:正电子在闪烁体内沉积能量并很快和闪烁体内存在的大量电子发生湮没,释放出两个能量为的光子,形成瞬 时信号;中子在闪烁体内慢化,一段时间后被闪烁体内的或包裹在闪烁体外围 的俘获后退激释放光子形成延迟信号。为了进行事件的模拟,需要先计算反电子中微子能谱。图为种主要核素、和裂变产生的反电子中微子能谱和反应截面。结合反应堆中种核素的裂变比例,可以得到 可被探测到的反电子中微子能谱。核
5、素的裂变比例与反应堆的设计有关,并随着核燃料的燃烧而发生变化,图为根据典型压水堆种核素的裂变比例得到的可探测到的反电子中微子能谱。反应产物正电子和中子的能量可依据反应的动力学关系计算得到,将正电子和中子作 为的初始输入粒子,如图所示。光电矛載(擎卡)光雜權參):;图反应堆反电子中微子能谱和反应截面图可探测到的反电子中微子能谱验结果进行了对比。图为单个探测器模块单元的能谱,其中实验测量的能谱已经扣除了本底。从图可知:实验测得的的康普顿峰要比模拟得到的康普顿峰宽,在低能端隆起,这可能是因为能量较低的信号,即信号脉冲幅度小,受到系统电子学噪声的影响更大,信噪比会下降,造成能量分辨率变差;而的实验能谱
6、与模拟能谱的康普顿峰则符合得很好。(赛藏()正电子()中子图产物能谱首先,利用瞬时信号(延迟信号)在探测器阵列内总的能量沉积,每个探测器模块单元内的沉积能量由高到低,前个模块内的能量沉积、,以及造成高于甄别器阈值能量响应的探测器模块单元的数量来初步挑选出可能的瞬时信号 群(延迟信号 群)。然后,通过瞬时信号和延迟信号之间 的时间关系在可能的瞬时信号群和延迟信号群中挑选出符合条件的两群信号,并认为这两群信号为中微子事件。在进行事件甄别之前,先通过麵器对低能本底进行去除,藤别器阈值约为。瞬 时信号图为模拟得到的瞬时信号的触发数量的统计图,瞬 时信号的单个模块触发率为,两个模块及以上触发率为。图瞬时
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