Szintillationsmessungen innerhalb des Reaktorneutrinoexperiments

Double Chooz

Christoph Aberle

MPIK Heidelberg

Astroteilchenschule Obertrubach-Bärnfels 2007

Christoph Aberle, MPIK Heidelberg2

Inhalt

Neutrinooszillationen Double Chooz Experiment : Übersicht Flüssigszintillator : Energietransfer

Lichtausbeutemessung

Pulsform Zusammenfassung

Christoph Aberle, MPIK Heidelberg3

Neutrinooszillationen

DfarDnear

~ sin2(2

3

2

1

321

321

321

UUU

UUU

UUU eeee

θ12: sin2(2Θ12) ~ 0.86

θ23: sin2(2Θ23) ~ 1

θ13 unbekannt : sin2(2Θ13) < 0.2 (Chooz)

Christoph Aberle, MPIK Heidelberg4

Double Chooz

2 identische Detektoren

Systematische Fehler werden kleiner

angestrebte Sensitivität : sin2(2Θ13) < 0.03 (90% C.L.)

Disappearence Experiment

(nur e können detektiert werden)

E e ) einige MeV m

7 m

Stahl-Abschirmung

7 m

VETO: Szintillierendes Öl

Nichtszintillierendes Öl : Abschirmung

-catcher: 50% Dodecan + 46% Mineralöl + 4% PXE + 6 g PPO /l

Edelstahltank + 400 PMTs

target : 80% Dodecan + 20% PXE + 1 g Gd /l + 6 g PPO / l

n

ep

Gd

511 keV

511 keVe+

Double Chooz Detektor

Nachweisreaktion : inverser Zerfall e + p n + e+

n – Einfang am Gd Untergrund-Unterdrückung

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Anforderungen an Szintillatoren

hohe Lichtausbeute gleiche Lichtausbeute in beiden Szintillatoren Pulsformanalyse gleiche Dichte in allen Volumen Stabilität des Szintillators ( Gadolinium ! ) Radiochemische Reinheit Absorptionslänge Materialverträglichkeit ...

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Gd - Flüssigszintillator : Energietransfer

*DP

Gd

d

Anr'

e

Qq' Asq'

DDnr ,'

*RP

Gd

r

e

QQ'

AAnr ,'

Asq'

Compton - Effekt

e-

Ratengleichungen für die einzelnen Pfade

M

M

M

O

CH

I n

OO

O

O

O

Gd

PXE ´PPO

´PPOC12

C.Buck, F.X.Hartmann, D.Motta, S.Schönert, Chem.Phys.Lett.435 (2007) 252 – 256

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Gd - Flüssigszintillator : Lichtausbeute

dc

Kdq

KK

ckk

cqKc

sqk

Ixx

x

cp

Kcq

Kck

kcsqk

Ixx

x

cq

Kck

kcsqk

Ixx

xdqcI

cdpc

qc

f

dqc

C

CPXE

C

pcqc

f

d

C

CPXE

C

qcf

d

PXE

CPXE

PXE

''

'

'

'0

'''

'0

0

11

1

1

1

1

1

11

1

1

1

11

1

1

1),,(

12

12

12

12

12

12

12

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Gd - Flüssigszintillator : Lichtausbeute

Compton Rückstreuung

selektiere max. Energiedeposition in der Probe

137Cs Quelle Wie viel Licht erhält

man pro MeV deponierter Energie ?

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Gd - Flüssigszintillator : Lichtausbeute

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Gd - Flüssigszintillator : Lichtausbeute

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Gd - Flüssigszintillator : Lichtausbeute

Vorhersagen mit dem Modell für alle Szintillator-zusammensetzungen

Optimierung der Szintillator-eigenschaften

target

a1 = PXE-Anteil

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Gd - Flüssigszintillator : Lichtausbeute

Optimierte Target - Lichtausbeute

Vorhersage catcher Lichtausbeute

Gleiche Lichtausbeutein beiden Szintillatoren

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Gd - Flüssigszintillator : Pulsform

PMT 1 : viele Photonen pro Ereignis Start

PMT 2 : ein Photon pro

Ereignis Stop Koinzidenzschaltung Softwareanalyse der Pulse

t(Stop)-t(Start)-Verteilung = Wahrscheinlichkeitsverteilung

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Gd - Flüssigszintillator : Pulsform

erste Messung mit

Szintillatorstandard

fit mit einfacher Exponentialfunktion :

1.8 ns

time [a.u.]

# Ereignisse

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Zusammenfassung

Double Chooz : Reaktorneutrinoexperiment zur Bestimmung von 13

Lichtausbeutemessungen

Parameter für das Energietransfermodell

Optimierung der Szintillatorzusammensetzung Pulsformanalyse könnte Ereignisse den zwei

Volumen zuordnen