收藏本站
《兰州大学》 2019年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于CI-ADS的短基线中微子实验的宇宙线本底研究

付强  
【摘要】:数十年来积累的大量有关中微子震荡的实验数据绝大多数都完美地符合三种味道的活跃中微子1。但仍有少数实验结果暗示着存在超出标准模型2的物理。最初的异常实验结果来自LSND——在纯粹的反μ子中微子的束流下,发现了反电子中微子信号。LSND异常的一个最直接的解释就是存在第四种中微子振荡,其震荡参数?m2大概处在1 e V2附近。然而CERN的LEP上的Z玻色子衰变实验表明,只存在3种质量小于Z玻色子一半的中微子与Z玻色子存在耦合。这就表明,如果存在第四种中微子,那么它只可能是一种不与Z玻色子耦合的惰性中微子。由ADS装置驱动的同位素静止系衰变(Isotope Decay At Rest,Iso DAR)中微子源作为一种中微子通量大,能谱平均值高,位置不确定度小的中微子源,可以对LSND实验的异常结果给出可靠地检验。同时还可以精确测量轻子CP破坏相角δ(包括cosδ的正负号)。为了说明基于ADS装置的Iso DAR中微子源短基线实验的效果,本文对浅层地下中微子实验所遇到的主要本底——宇宙线产生的快中子本底和宇宙线产生的长寿命放射性同位素本底进行了模拟研究。本文主要工作的第一部分是快中子本底。首先,用FORTRAN基于MUSIC编写了宇宙线μ子的MC产生子,并模拟了多个深度下地下宇宙线μ子的通量、能谱和角度分布;第二步,利用GEANT4搭建了不同尺寸的探测器模型,通过模拟和参数化方法研究了宇宙线在探测器附近产生中子的情况,包括产额与能谱等;第三步,本文利用GEANT4模拟研究了宇宙线产生的快中子被反符合探测器水池屏蔽与有机液体闪烁体对快中子的响应,从而得到了各种屏蔽和深度条件下快中子引起的本底能谱。本文第二部分是关于宇宙线引起的同位素产生。本文通过模拟各个能量区间的宇宙线穿过探测器产生的同位素给出了高能μ子散裂过程产生的各种同位素的产额,并与其他大量实验的结果进行了比较,检验了GEANT4相关物理模型在同位素产生上的可靠性。同时还利用已有的实验数据结合对μ-在探测器中被俘获的模拟结果,给出了μ-被探测器内原子核俘获所产生同位素的产额估计。最后,通过对两个最主要本底的模拟研究,给出了单位质量闪烁体探测器单位时间内的实验本底估计。通过这些本底能谱,结合之前对信号计数率的计算,本文给出了Iso DAR实验对检验第四种中微子震荡的灵敏度。对接下来更加详细的实验设计(包括探测器设计,宇宙线屏蔽等)具有指导作用。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O572.321

免费申请
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026