[논문 리뷰] TAO Conceptual Design Report: A Precision Measurement of the Reactor Antineutrino Spectrum with Sub-percent Energy Resolution

JUNO Collaboration, Angel Abusleme외 591명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 18.

Neutrino Physics Research참고 문헌 7인용 수 70

한 줄 요약

이 TAO Conceptual Design Report는 JUNO 프로젝트의 일부로서 서브 퍼센트 에너지 해상도로 원자로 반중성미자 스펙트럼의 정밀 측정을 달성하기 위한 설계 및 방법론을 개요합니다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고정밀 원자로 반중성미자 스펙트럼 측정의 필요성을 제시한다.
• sub-percent 에너지 해상도를 달성하기 위한 TAO 검출기의 개념적 설계를 기술한다.
• JUNO 프로그램 내에서 예상되는 성능 및 기술적 도전과제를 개요한다.

제안 방법

• TAO 검출기 개념과 JUNO 프레임워크 내에서의 역할을 제시한다.
• sub-percent 에너지 해상도를 가능하게 하는 핵심 설계 선택과 기술을 식별한다.
• JUNO 내의 원자로 반중성미자 측정과의 통합 및 성능 목표를 논의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 설계 특징이 원자로 반중성미자 측정에서 sub-percent 에너지 해상도를 가능하게 하는가?
• RQ2 TAO 검출기 개념이 반중성미자 스펙트럼 측정을 위해 더 넓은 JUNO 프로그램과 어떻게 통합되는가?
• RQ3 높은 정밀도의 에너지 스케일을 달성하기 위한 주요 기술적 도전과 완화 전략은 무엇인가?
• RQ4 TAO 개념 설계에 대해 예상되는 성능 벤치마크는 무엇인가?

주요 결과

• TAO 개념 설계는 원자로 반중성미자 스펙트럼의 정밀 측정 제공을 목표로 한다.
• 설계는 정확한 스펙트럼 재구성을 위한 sub-percent 에너지 해상도 달성에 초점을 맞춘다.
• 본 보고서는 검출기 개념과 JUNO 실험과의 통합을 개요한다.
• 정밀 목표를 달성하는 데 필요한 핵심 기술 및 성능 목표를 식별한다.