W yniki eksperymentu b orexino po 192 dniach pomiar w
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 42

W yniki eksperymentu B OREXINO po 192 dniach pomiarów PowerPoint PPT Presentation


  • 76 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

W yniki eksperymentu B OREXINO po 192 dniach pomiarów. Marcin Wójcik Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński. Zagadnienia. Słońce jako źródło neutrin Potencjał poznawczy BOREXINO Detektor B OREXINO Analiza sygnału Aktualny wynik pomiaru strumienia neutrin 7 Be i 8 B.

Download Presentation

W yniki eksperymentu B OREXINO po 192 dniach pomiarów

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


W yniki eksperymentu b orexino po 192 dniach pomiar w

Wyniki eksperymentu BOREXINO po 192 dniach pomiarów

Marcin Wójcik

Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński

Warszawa, 28 listopada 2008


Zagadnienia

Zagadnienia

  • Słońce jako źródło neutrin

  • Potencjał poznawczy BOREXINO

  • Detektor BOREXINO

  • Analiza sygnału

  • Aktualny wynik pomiaru strumienia neutrin 7Be i 8B

Warszawa, 28listopada 2008


S o ce jako r d o neutrin

Słońce jako źródło neutrin

Założenia SMS:

- Równowaga termiczna i hydro-

statyczna

- Radiacyjny transport energii

- Termojądrowe źródło energii

Obserwable:

Masa: 1.991030 kg

Wiek: 4.57109 lat

Promień: 6.96108 m

Moc: 3.841020 MW

Powierzchnia: Ts = 5780 K, H: 73 %

He: 25 %, Z>2: 2 %

Centrum: Tc = 15.8106 K, H: 33.3 %

He: 64.6 %, Z>2: 2.1 %

 = 1.6105 kg/m3


Termoj drowe r d o energii

Termojądrowe źródło energii

Cykl pp

Cykl CNO


Widmo neutrin s onecznych

Widmo neutrin słonecznych


B orexino kolaboracja

BOREXINO: kolaboracja


B orexino lokalizacja lngs

BOREXINO: lokalizacja (LNGS)


B orexino fizyka s o ca

BOREXINO: fizyka Słońca

  • Obserwacja niskoenergetycznych neutrin słonecznych w czasie rzeczywistym

  • Obserwacja neutrin 7Be:  10 % całkowitego strumienia

  • Pierwszy pomiar strumienia -7Be z dokładnością 1 % (~35 /dzień). Test SMS oraz modelu oscylacji neutrin (LMA)

    • oddziaływania niestandardowe np.  z materią słoneczną → zmiana kształtu krzywej materia-próżnia?

    • roczna modulacja sygnału (7 %)? Jej brak – inne oscylacje niż LMA na drodze 106 km?

    • długoczasowe zmiany sygnału (nie roczne) wskazujące na nieznane procesy w jądrze słonecznym

  • Pomiar neutrin pep (~1 /dzień) – bezpośrednio powiązane z neutrinami typu pp

  • Pomiar neutrin pp z „górnej części„ widma

  • Pomiar neutrin typu CNO (~1 /dzień) może rozstrzygnąć o metaliczności


P ee dla r nych rozwi za lma

Pee dla różnych rozwiązań LMA

LMA-1 – standardowe oscylacje w materii θ=340, m28·10-5 eV2

LMA-0, LMA-D – dwa z kilku niestandardowych modeli LMA

O.G. Miranda et al., Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.) 145 (2005) 61-64


P ee przed borexino

Pee przed BOREXINO


Neutrina cno a metaliczno

Neutrina CNO a metaliczność


B orexino fizyka supernowych

BOREXINO: fizyka Supernowych

Galaktyczna Supernowa:

  • 10 kpc

  • 31053 ergów


B orexino fizyka antyneutrin

BOREXINO: fizyka antyneutrin

Baza ≥ 800 km

Należy oczekiwać uśrednionego sygnału od antyneutrin reaktorowych


B orexino fizyka geoneutrin

BOREXINO: fizyka geoneutrin

Oczekiwane widmo (cpy)

KamLAND:

Nature 436 (2005) 499-503.


B orexino budowa detektora

BOREXINO: budowa detektora

  • Fiducial Volume (FV) – softwarowo wydzielona kula scyntylatora o masie 78.5 tony (z 278 ton)

  • FV otoczona wieloma koncentrycznymi warstwami osłony biernej absorbującymi promieniowanie zewnętrzne, również od komponentów detektora

  • Wszystkie materiały - lecz głownie scyntylator - muszą posiadać nieosiągalną dotychczas czystość

  • Oczekiwany sygnał bez oscylacji:

    50 /(d·100 t)  610-9 Bq/kg

    • Woda pitna  10 Bq/kg

  • Scyntylator, jego pojemnik (nylon), ciecz buforowa po napełnieniu detektora zawierają o 10 RZĘDÓW mniej izotopów promieniotwórczych, niż cokolwiek na Ziemi!


B orexino budowa detektora1

BOREXINO: budowa detektora

Detekcja elastycznego

rozpraszania neutrin

na elektronach.


Ciek y scyntylator pc ppo

Ciekły scyntylator PC + PPO


B orexino wymagana czysto ls

BOREXINO: wymagana czystość LS

Oczekiwany sygnał(7Be): ~35 /dzień (LMA)

Przyczynek tła≤1 zdarzenie/dzień


B orexino fazy nape niania

BOREXINO:fazy napełniania

Detektor napełniony scyntylatorem

Detektor napełniony ultra-czystym azotem

Detektor napełniony ultra-czystą wodą

Napełnianie zakończono 15.05.2007, 11:25


Zagadnienia1

Zagadnienia

  • Słońce jako źródło neutrin

  • Wyni

  • Detektor BOREXINO

    • Badanie i dobór materiałów

  • Analiza sygnału

  • Aktualny wynik pomiaru strumienia neutrin 7Be


Niskie t o jest kluczowe

Niskie tło jest kluczowe

  • Oczyszczanie scyntylatora:

    • Ekstrakcja wodna

    • Destylacja próżniowa (80 mbar, 90-95 oC)

    • „Przepłukiwanie” ultra-czystym azotem

    • Filtrowanie

  • Ultra-czysty N2:

    • 222Rn < 7 Bq/m3

      LN2 produkowany we współpracy z fizykami

    • Ar < 0.005 ppm, Kr < 0.02 ppt

      LAKN wytwarzany przez fizyków

  • Ultra-czysty nylon:

    • 226Ra < 0.5 Bq/m2 aktywność powierzchniowa Ra

    • 226Ra < 10 Bq/kg aktywność właściwa Ra

    • Zmiana DRn o 103 dla wilgotności nylonu 0-100%

  • Ultra-czysta woda:

    • 222Rn ~ 1 mBq/m3

    • 226Ra < 0.8 mBq/m3


  • Jak osi gn niskie t o

    Jak osiągnąć niskie tło?

    • PC specjalnie produkowany:

      • Ropa naftowa ze starego złoża

      • Specjalna stacja pomp do napełniania specjalnych cystern

      • Specjalne stanowisko w tunelu w LNGS do „rozładunku” PC

  • Komponenty detektora specjalnie oczyszczane:

    • Wnętrze detektora, cysterny transportowe, zbiorniki, rurociągi, aparatura – czyszczone kwasami i ultra-czystą wodą

  • Wnętrze detektora: klasa 10-10000

    • Budowa pojemnika scyntylatora (IV) – klasa 100, Princeton

    • Wnętrze stalowej sfery – klasa 10 000

  • Szczelność próżniowa detektora i aparatury:

    • <10-8 cm3s-1 bar

  • Aparatura wypełniana HPN / LAKN


  • B orexino charakterystyka t a

    BOREXINO: charakterystyka tła

    • Triger: 15 zdarzeń/s, głównie 14C

    • miony w scyntylatorze i buforze: 0.055/s (5000/d)

    • 14C: 14C/12C  2.7·10-18

    • 222Rn: opóźniona koincydencja /α: 214Bi/214Po, τ = 236 s, 2 zdarzenia/(d·100 ton) → 238U jest na poziomie 2·10-17 g/g.

    • 220Rn: opóźniona koincydencja /α: 212Bi/212Po, τ = 433 ns → 232Th jest na poziomie 2.4·10-18 g/g

    • 210Po: 9 zdarzeń/(d·1 t), znacznie mniej 210Bi niż 210Po, 210Po eliminowany cięciem α/ (Gatti cut)

    • 85Kr: opóźniona koincydencja /, 85Kr/85mRb, τ = 1.46 s, BR = 0.43 %, 85Kr = (29 ± 14) zdarzeń/(d·100 ton) (90 % C.L.)

    • 210Bi: brak sygnatury, wolny parametr


    Zagadnienia2

    Zagadnienia

    • Słońce jako źródło neutrin

    • Detektor BOREXINO

      • Badanie i dobór materiałów

    • Analiza sygnału

    • Pierwszy wynik pomiaru strumienia neutrin 7Be


    Akwizycja i struktura danych

    Akwizycja i struktura danych


    W yniki eksperymentu b orexino po 192 dniach pomiar w

    t2

    t3

    t1

    t4

    t5

    x0

    t6

    • Algorytmy do rekonstrukcji pozycji zdarzeń oparte są o metodę największej wiarygodności, którą poszukuje się najbardziejprawdopodobnego miejsca emisji fotonów.

    • Zakładamy próbną pozycję zdarzenia x0

    • Obliczamy tof (czas przelotu) dla każdego fotonu

    • Odejmujemy tof od każdego ti

    • Porównujemy otrzymany rozkład t'i z oczekiwanym rozkładem fotonów emitowanych ze scyntylatora

    • Algorytm przeszukuje inne pozycje x0 dopóki nie znajdzie pozycji dla której dopasowanie jest najlepsze

    ti = const + tofi + t'i

    tofi = n/c * di(xi,yi,zi)

    (xi,yi,zi)‏

    t'i

    ti


    W yniki eksperymentu b orexino po 192 dniach pomiar w

    Zdolność rozdzielcza rekonstrukcji pozycji

    • 14 ± 2 cm dla zdarzeń 214Bi-214Po (dwa zdarzenia, jedna pozycja)

    • 41 ± 6 cm dla 14C (jednorodny rozkład ~ r2dr)‏

    Rozkład zdarzeń 14C

    Rozkład zdarzeń 214Bi-214Po


    W yniki eksperymentu b orexino po 192 dniach pomiar w

    Quenching

    L

    kB = 0.0

    kB = 0.017

    Widzialna

    (wypromieniowana)

    energia

    Light yield

    500 p.e. / MeV

    Ilość zarejestrowanych

    fotonów na wszystkich

    fotokatodach BOREXINO

    npe = L [MeV] * 500 [pe/MeV]

    Energia kinetyczna elektronu [MeV]


    W asno ci detektora

    Własności detektora


    B orexino 192 dni pomiar w

    BOREXINO: 192 dni pomiarów


    Analiza widma

    Analiza widma


    Sygna neutrin typu 7 be

    Sygnał neutrin typu 7Be


    Moment magnetyczny

    Moment magnetyczny 


    Strumie 8 b e 2 8 mev

    Strumień  8B, E > 2.8 MeV


    Dyskryminacja

    Dyskryminacja -


    Kalibracja e specjalne r d a

    Kalibracja E – specjalne źródła


    W yniki eksperymentu b orexino po 192 dniach pomiar w

    Źródła kalibracyjne

    Dioda

    Źródło

    Obciążnik


    Urz dzenia kalibracyjne

    Urządzenia kalibracyjne


    W giel 11 c

    Węgiel 11C

    11C:  + 12C → 11C + n + 

    wychwyt n →  (2.2 MeV)

    11C → 11B + e+ + e

    T1/2 = 20.4 min

    Emax = 1.0 MeV

    11C – eliminacja pozwoli

    mierzyć strumienie neutrin

    pep i CNO – byłby to

    pierwszy pomiar tych

    strumieni !!!


    Podsumowanie

    Podsumowanie

    • BOREXINO od początku był projektowany i konstruowany jako detektor niskotłowy!

    • 15 lat badań – wiele rozwiązań wykorzystano w innych eksperymentach.

    • Rejestracja neutrin 7Be, pp, pep, CNO o energiach < 2 MeV w czasie rzeczywistym

    • Program pomiaru strumienia geoneutrin

    • BOREXINO może zaobserwować supernową

    • Pomiar momentu magnetycznego neutrina na poziomie 5·10-11Bprzy użyciu sztucznego źródła neutrin (51Cr, E = 751 keV) (obecnie < 10-10B)

    • Poszukiwanie 02 (130Xe, 150Nd)

    • Ultra-niskotłowy Detektor BOREXINO o masie 300 t


  • Login