探测器的设计课件

探测器的设计探测器的设计56、极端的法规，就是极端的不公。西塞罗57、法律一旦成为人们的需要，人们就不再配享受自由了。毕达哥拉斯58、法律规定的惩罚不是为了私人的利益，而是为了公共的利益；一部分靠有害的强制，一部分靠榜样的效力。格老秀斯59、假如没有法律他们会更快乐的话，那么法律作为一件无用之物自己就会消灭。洛克60、人民的幸福是至高无个的法。西塞罗大亚湾误差来源大亚湾误差来源1 1 1 1、反应堆、反应堆、反应堆、反应堆反应堆误差反应堆误差反应堆误差反应堆误差 2 3%2 3%2 3%2 3%，远近相对测量抵消，远近相对测量抵消，远近相对测量抵消，远近相对测量抵消，0.05%0.05%0.05%0.05%2 2 2 2、探测器、探测器、探测器、探测器CHOOZCHOOZ实验实验实验实验 1.7%1.7%1.7%1.7%，大亚湾实验单个探测器，大亚湾实验单个探测器，大亚湾实验单个探测器，大亚湾实验单个探测器 0.5%0.5%0.5%0.5%远近探测器交换后大部分抵消，远近探测器交换后大部分抵消，远近探测器交换后大部分抵消，远近探测器交换后大部分抵消，0.2%0.2%0.2%0.2%3 3 3 3、本底减除误差、本底减除误差、本底减除误差、本底减除误差8 8He/He/9 9LiLi长寿命同位素本底长寿命同位素本底长寿命同位素本底长寿命同位素本底 远点远点远点远点 0.1%0.1%0.1%0.1%近点近点近点近点 0.5%0.5%0.5%0.5%快中子本底快中子本底快中子本底快中子本底 远点远点远点远点 0.1%0.1%0.1%0.1%近近近近点点点点 0.1%0.1%0.1%0.1%偶然符合本底偶然符合本底偶然符合本底偶然符合本底 0.1%0.1%0.1%15cm 15cm 15cm 15cm（+30cm PMT base+30cm PMT base+30cm PMT base+30cm PMT base）2.2.2.2.隔离天然放射性与液闪隔离天然放射性与液闪隔离天然放射性与液闪隔离天然放射性与液闪要求天然放射性要求天然放射性 501MeV:PMTPMT玻璃（低本底）：玻璃（低本底）：77HzHz岩石：岩石：8 8 HzHz氡气（每小时换气一体积）：氡气（每小时换气一体积）：15 15 HzHz(模型依赖较大模型依赖较大)采用采用采用采用45454545cmcmcmcm防护层防护层防护层防护层Apr.6,200517Jun Cao(IHEP)时间判选时间判选1.5%0.15%中子慢化，然后被钆俘获中子慢化，然后被钆俘获中子慢化，然后被钆俘获中子慢化，然后被钆俘获慢化过程大约慢化过程大约慢化过程大约慢化过程大约0.510.510.510.51微秒微秒微秒微秒俘获时间常数俘获时间常数俘获时间常数俘获时间常数30303030微秒微秒微秒微秒ChoozChooz cut:2 cut:2s-100 ss-100 s2 2s cut:1.6%0.2%s cut:1.6%0.2%100 s cut:4.7 0.3%100 s cut:4.7 0.3%时间刻度时间刻度时间刻度时间刻度(252252CfCf和和和和Am/Be)Am/Be)依赖依赖依赖依赖 Monte Carlo!Monte Carlo!DYBDYB cut:cut:1 1s-200 ss-200 s物理过程对远近探测器一样！物理过程对远近探测器一样！物理过程对远近探测器一样！物理过程对远近探测器一样！Apr.6,200518Jun Cao(IHEP)探测器误差探测器误差ChoozDaya BayNoteSelectionEfficiencyErrorEfficiencyErrorPositron energy97.8%0.8%99.6%0.05%2%E scale errorPositron-geode distance99.9%0.1%-Neutron capture on Gd84.6%1.0%84.6%1.0%Fraction of capture on GdCapture energy containment94.6%0.4%91%0.2%1%E scale errorNeutron-geode distance 99.5%0.1%-Neutron delay93.7%0.4%98%0.1%Chooz 2 s t 100sPositron-neutron distance 98.4%0.3%-Neutron multiplicity97.4%0.5%0.03%兰色：远近探测器相对测量抵消兰色：远近探测器相对测量抵消兰色：远近探测器相对测量抵消兰色：远近探测器相对测量抵消红色：红色：红色：红色：相对测量无法低消相对测量无法低消相对测量无法低消相对测量无法低消#proton0.8%0.2%Live time-0.1%其它归一化误差其它归一化误差CHOOZCHOOZCHOOZCHOOZ的效率误差表的效率误差表的效率误差表的效率误差表KamLAND 0.07%可用可用LED刻度刻度Apr.6,200519Jun Cao(IHEP)探测器交换探测器交换假如探测器的归一化误差不随探测器的移动而改变，那么假如探测器的归一化误差不随探测器的移动而改变，那么假如探测器的归一化误差不随探测器的移动而改变，那么假如探测器的归一化误差不随探测器的移动而改变，那么远近探测器交换后，所有探测器误差可以全部抵消！远近探测器交换后，所有探测器误差可以全部抵消！远近探测器交换后，所有探测器误差可以全部抵消！远近探测器交换后，所有探测器误差可以全部抵消！哪些误差是可能随探测器移动而改变的？哪些误差是可能随探测器移动而改变的？哪些误差是可能随探测器移动而改变的？哪些误差是可能随探测器移动而改变的？能量刻度的稳定性能量刻度的稳定性能量刻度的稳定性能量刻度的稳定性Live timeLive time（与本底有关）与本底有关）与本底有关）与本底有关）会不会引入新误差？会不会引入新误差？会不会引入新误差？会不会引入新误差？目前想像不出，需要监测（目前想像不出，需要监测（目前想像不出，需要监测（目前想像不出，需要监测（Side-by-Side calibrationSide-by-Side calibration）如果探测器之间的相对误差如果探测器之间的相对误差0.3%0.3%，也许不移动更好，也许不移动更好Apr.6,200520Jun Cao(IHEP)宇宙线模拟宇宙线模拟地面的宇宙线流强（能谱、角分布）采用经验公式：地面的宇宙线流强（能谱、角分布）采用经验公式：GaisserGaisser 公式公式对山的形状抽样对山的形状抽样采用采用MUSICMUSIC软件包将软件包将子子从地表传播到地下实验厅从地表传播到地下实验厅精度好于精度好于10%10%（如果地质情况精确）（如果地质情况精确）高能所、香港、伯克利高能所、香港、伯克利的模拟结果基本一致。的模拟结果基本一致。Apr.6,200521Jun Cao(IHEP)子能谱子能谱远实验点：远实验点：远实验点：远实验点：0.02 0.02 0.02 0.02 Hz/mHz/mHz/mHz/m2 2 2 2，160GeV160GeV160GeV160GeV近实验点：近实验点：近实验点：近实验点：1.5 1.5 1.5 1.5 Hz/mHz/mHz/mHz/m2 2 2 2，50GeV50GeV50GeV50GeV近点近点近点近点远点远点远点远点R.Kadel(LBL)Apr.6,200522Jun Cao(IHEP)8He/9Li 本底本底长寿命同位素，无法通过长寿命同位素，无法通过长寿命同位素，无法通过长寿命同位素，无法通过子反符合去除（最大的本底）子反符合去除（最大的本底）子反符合去除（最大的本底）子反符合去除（最大的本底）8 8 8 8HeHeHeHe半衰期半衰期半衰期半衰期 0.12 0.12 0.12 0.12s,s,s,s,9 9 9 9LiLiLiLi半衰期半衰期半衰期半衰期 0.18 0.18 0.18 0.18s s s s16%16%16%16%8 8 8 8He He He He 和和和和 49.5%49.5%49.5%49.5%9 9 9 9Li Li Li Li 衰变到衰变到衰变到衰变到 beta-neutronbeta-neutronbeta-neutronbeta-neutronCERNCERNCERNCERN测量截面：测量截面：测量截面：测量截面：190190190190GeV GeV GeV GeV (8He+9Li)=2.120.35barn能量依赖关系近似满足能量依赖关系近似满足估计估计估计估计 远点：远点：远点：远点：B/S 0.5%B/S 0.5%B/S 0.5%B/S 0.5%，误差取误差取误差取误差取 100%100%100%100%近点：近点：近点：近点：B/S 0.2%B/S 0.2%B/S 0.2%B/S 0.2%，误差误差误差误差取取取取 20%20%20%20%Apr.6,200523Jun Cao(IHEP)测量测量8He/9Li 如果两个如果两个如果两个如果两个子之间时间足够长，可以拟合衰变时间子之间时间足够长，可以拟合衰变时间子之间时间足够长，可以拟合衰变时间子之间时间足够长，可以拟合衰变时间测量测量测量测量8 8 8 8He/He/He/He/9 9 9 9LiLiLiLi。KamLANDKamLANDKamLANDKamLAND实验发现实验发现实验发现实验发现85%85%85%85%以上的同位素本底是以上的同位素本底是以上的同位素本底是以上的同位素本底是9 9 9 9LiLiLiLi1 Hz近点近点近点近点子流强太大（子流强太大（子流强太大（子流强太大（15151515HzHzHzHz），），），），难以拟合难以拟合难以拟合难以拟合远点（远点（远点（远点（0.20.20.20.2HzHzHzHz）可以拟合到可以拟合到可以拟合到可以拟合到 1020%1020%1020%1020%的精度的精度的精度的精度Apr.6,200524Jun Cao(IHEP)Apr.6,200525Jun Cao(IHEP)中子本底模拟中子本底模拟RPC 宇宙线在岩石、水中产生宇宙线在岩石、水中产生宇宙线在岩石、水中产生宇宙线在岩石、水中产生中子中子中子中子 中子产额、能谱、角分布中子产额、能谱、角分布中子产额、能谱、角分布中子产额、能谱、角分布根据经验公式，精度根据经验公式，精度根据经验公式，精度根据经验公式，精度1020%1020%事例判选事例判选事例判选事例判选 单个中子事例单个中子事例单个中子事例单个中子事例 快中子本底快中子本底快中子本底快中子本底Y.Wang et al.,PRD64,013012(2001)快中子本底能谱快中子本底能谱快中子本底能谱快中子本底能谱Apr.6,200526Jun Cao(IHEP)单中子单中子单中子单中子快中子本底快中子本底快中子本底快中子本底屏蔽水的厚度屏蔽水的厚度Apr.6,200527Jun Cao(IHEP)快中子本底快中子本底近点近点近点近点events/dayevents/day远点远点远点远点events/dayevents/day单中子单中子单中子单中子PassPass Veto Veto975.3975.359.259.2Not Pass VetoNot Pass Veto19.419.41.331.33快中子本底快中子本底快中子本底快中子本底Pass VetoPass Veto41.341.32.42.4Not Pass VetoNot Pass Veto0.590.590.050.05两重反符合两重反符合两重反符合两重反符合VetoVetoVetoVeto效率效率效率效率 99.5%99.5%99.5%99.5%。对宇宙线。对宇宙线。对宇宙线。对宇宙线Veto 200Veto 200Veto 200Veto 200微秒。微秒。微秒。微秒。本底本底本底本底=(=(=(=(Not Pass Veto)+0.5%(Pass Veto)Not Pass Veto)+0.5%(Pass Veto)Not Pass Veto)+0.5%(Pass Veto)Not Pass Veto)+0.5%(Pass Veto)近点快中子近点快中子近点快中子近点快中子 B/S0.14%B/S0.14%B/S0.14%B/S0.14%，远点远点远点远点B/S0.08%B/S0.08%B/S0.08%B/S0.08%，误差取误差取误差取误差取100%100%100%100%Apr.6,200528Jun Cao(IHEP)本底小结本底小结近点近点近点近点远点远点远点远点中微子事例率中微子事例率中微子事例率中微子事例率(/(/(/(/day)day)day)day)56056056056080808080天然放射性天然放射性天然放射性天然放射性(Hz)Hz)Hz)Hz)5050505050505050单中子单中子单中子单中子(/(/(/(/day)day)day)day)242424242 2 2 2偶然符合本底偶然符合本底偶然符合本底偶然符合本底 B/SB/SB/SB/S0.04%0.04%0.04%0.04%0.02%0.02%0.02%0.02%快中子快中子快中子快中子 B/SB/SB/SB/S0.14%0.14%0.14%0.14%0.08%0.08%0.08%0.08%8 8 8 8HeHeHeHe9 9 9 9Li Li Li Li B/SB/SB/SB/S0.5%0.5%0.5%0.5%0.04%0.04%0.04%0.04%折算为折算为折算为折算为 100%100%100%100%误差误差误差误差误差估计为误差估计为误差估计为误差估计为 100%100%100%100%Apr.6,200529Jun Cao(IHEP)本底能谱本底能谱 8 8 8 8He/He/He/He/9 9 9 9LiLiLiLi的的的的能谱可以计算能谱可以计算能谱可以计算能谱可以计算 偶然符合本底能谱可以现偶然符合本底能谱可以现偶然符合本底能谱可以现偶然符合本底能谱可以现场测量场测量场测量场测量 快中子本底能谱可以根据快中子本底能谱可以根据快中子本底能谱可以根据快中子本底能谱可以根据标记的标记的标记的标记的子（统计量约比子（统计量约比子（统计量约比子（统计量约比本底大本底大本底大本底大50505050倍）估算倍）估算倍）估算倍）估算 这些本底能谱的误差相对这些本底能谱的误差相对这些本底能谱的误差相对这些本底能谱的误差相对于中微子的统计误差可以于中微子的统计误差可以于中微子的统计误差可以于中微子的统计误差可以忽略（不确定性主要来自忽略（不确定性主要来自忽略（不确定性主要来自忽略（不确定性主要来自总数）总数）总数）总数）Apr.6,200530Jun Cao(IHEP)物理分析物理分析必须正确处理误差之间的关联关系：必须正确处理误差之间的关联关系：必须正确处理误差之间的关联关系：必须正确处理误差之间的关联关系：标准的标准的标准的标准的2 2 2 2函数：函数：函数：函数：等价形式（更易于处理）：等价形式（更易于处理）：等价形式（更易于处理）：等价形式（更易于处理）：反应堆误差反应堆误差反应堆误差反应堆误差探测器误差探测器误差探测器误差探测器误差中微子能谱误差中微子能谱误差中微子能谱误差中微子能谱误差三种本底的减除误差三种本底的减除误差三种本底的减除误差三种本底的减除误差Apr.6,200531Jun Cao(IHEP)物理敏感度物理敏感度 三年数据量三年数据量三年数据量三年数据量 两个近点，各两个两个近点，各两个两个近点，各两个两个近点，各两个20202020吨探测器吨探测器吨探测器吨探测器 远点四个远点四个远点四个远点四个20202020吨探测器吨探测器吨探测器吨探测器 探测器残余误差探测器残余误差探测器残余误差探测器残余误差 0.1%0.1%0.1%0.1%远点本底误差远点本底误差远点本底误差远点本底误差 0.1%0.1%0.1%0.1%近点本底误差近点本底误差近点本底误差近点本底误差 0.5%0.5%0.5%0.5%与靶质量的关系与靶质量的关系与靶质量的关系与靶质量的关系Apr.6,200532Jun Cao(IHEP)探测器残余误差的影响探测器残余误差的影响探测器残余误差探测器残余误差探测器残余误差探测器残余误差 0.1%0.1%0.1%0.1%探测器残余误差探测器残余误差探测器残余误差探测器残余误差 0.25%0.25%0.25%0.25%可能随探测器移动而变动的误差可能随探测器移动而变动的误差可能随探测器移动而变动的误差可能随探测器移动而变动的误差：Live time 0.1%Positron Energy 0.05%,Neutron Energy 0.2%Apr.6,200533Jun Cao(IHEP)谢谢 谢谢！Apr.6,200534Jun Cao(IHEP)21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。培根22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。韩愈23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。马克思24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。莎士比亚25、学习是劳动，是充满思想的劳动。乌申斯基供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)