[論文レビュー] TAO Conceptual Design Report: A Precision Measurement of the Reactor Antineutrino Spectrum with Sub-percent Energy Resolution

JUNO Collaboration, Angel Abusleme+591 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2020

Neutrino Physics Research参考文献 7被引用数 70

ひとこと要約

この TAO コンセプト設計レポートは、JUNO プロジェクトの一部として、サブパーセントのエネルギー分解能を持つ反応中性子ニュートリノスペクトルの精密測定を実現する設計と方法論を概説します。

ABSTRACT

The Taishan Antineutrino Observatory (TAO, also known as JUNO-TAO) is a satellite experiment of the Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO). A ton-level liquid scintillator detector will be placed at about 30 m from a core of the Taishan Nuclear Power Plant. The reactor antineutrino spectrum will be measured with sub-percent energy resolution, to provide a reference spectrum for future reactor neutrino experiments, and to provide a benchmark measurement to test nuclear databases. A spherical acrylic vessel containing 2.8 ton gadolinium-doped liquid scintillator will be viewed by 10 m^2 Silicon Photomultipliers (SiPMs) of >50% photon detection efficiency with almost full coverage. The photoelectron yield is about 4500 per MeV, an order higher than any existing large-scale liquid scintillator detectors. The detector operates at -50 degree C to lower the dark noise of SiPMs to an acceptable level. The detector will measure about 2000 reactor antineutrinos per day, and is designed to be well shielded from cosmogenic backgrounds and ambient radioactivities to have about 10% background-to-signal ratio. The experiment is expected to start operation in 2022.

研究の動機と目的

• 高精度な反応性ニュートリノスペクトル測定の必要性を動機づける。
• サブパーセントのエネルギー分解能を達成するためのTAO検出器の概念設計を説明する。
• JUNOプログラム内で予想される性能と技術的課題を概説する。

提案手法

• TAO検出器の概念とJUNOフレームワーク内での役割を提示する。
• サブパーセントのエネルギー分解能を実現する主要な設計選択と技術を特定する。
• JUNO内の反応中性子ニュートリノ測定との統合を含む性能目標と統合について議論する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サブパーセントのエネルギー分解能を反応中性子ニュートリノ測定のために実現する設計要素は何か。
• RQ2 TAO検出器の概念は、反応中性子ニュートリノスペクトルを測定するためにJUNO全体のプログラムとどのように統合されるか。
• RQ3 高精度のエネルギースケールを達成するための主な技術的課題と緩和戦略は何か。
• RQ4 TAOの概念設計で想定される性能ベンチマークは何か。

主な発見

• TAOの概念設計は、反応中性子ニュートリノスペクトルの精密測定を提供することを目指す。
• 設計は、スペクトル再構成の正確性のためにサブパーセントのエネルギー分解能を達成することに焦点を当てる。
• 報告書は検出器の概念とJUNO実験との統合を概説する。
• 精度目標を満たすために必要な主要な技術と性能目標を特定する。