[论文解读] On the level of background in underground muon measurements with plastic scintillator counters

V. I. Volchenko, G. V. Volchenko+24 more|ArXiv.org|Oct 14, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究在200米水当量（m.w.e.）深度的巴克桑地下实验室，利用一个12.0×12.0×3.0 cm³的塑料闪烁体计数器（内含波长位移纤维和多像素盖革模式雪崩光电二极管）测量地下μ子探测的本底水平。在对应于约0.37倍最小电离粒子能量的阈值下，总计数率测量值约为1.3 Hz，为低本底μ子探测实验提供了关键基线。

ABSTRACT

In this short note we present results of background measurements carried out with a polystyrene based cast plastic 12.0x12.0x3.0 cm^3 size scintillator counter with a wavelength shifting fibre and a multi-pixel Geiger mode avalanche photodiode readout in the Baksan underground laboratory at a depth of 200 meters of water equivalent. The total counting rate of the scintillator counter measured at this depth and at a threshold corresponding to ~0.37 of a minimum ionizing particle is approximately 1.3 Hz.

研究动机与目标

• 测量使用塑料闪烁体计数器进行地下μ子探测时的本征本底水平。
• 评估基于聚苯乙烯的闪烁体结合波长位移纤维与盖革模式APD读出在低本底环境下的性能。
• 在200米水当量（m.w.e.）深度建立μ子探测的计数率基线。
• 通过量化残余本底贡献，为未来需要超低本底条件的实验提供支持。
• 验证塑料闪烁体在地下μ子断层扫描和粒子物理研究中的适用性。

提出的方法

• 使用12.0×12.0×3.0 cm³的基于聚苯乙烯的浇铸塑料闪烁体作为探测器。
• 嵌入波长位移纤维以引导闪烁光至光电探测器。
• 采用多像素盖革模式雪崩光电二极管（MPPC）进行信号读出。
• 测量在200 m.w.e.深度的巴克桑地下实验室进行。
• 阈值设定为对应于约0.37倍最小电离粒子（MIP）能量，以优化μ子探测。
• 在规定时间段内记录背景计数率，以确定总事件率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在200 m.w.e.深度，塑料闪烁体探测器的本征本底计数率是多少？
• RQ2 在约0.37 MIP的信号阈值下，如何影响测得的本底率？
• RQ3 残余μ子及其他粒子对本套系统本底的贡献如何？
• RQ4 在这些地下条件下，本底水平的稳定性和可重复性如何？
• RQ5 该闪烁体系统在多大程度上可用于低本底μ子断层扫描或中微子探测？

主要发现

• 在200 m.w.e.深度，塑料闪烁体计数器的总计数率测量值约为1.3 Hz。
• 本底水平对应于约0.37倍最小电离粒子能量的阈值，表明对低能噪声具有有效抑制。
• 测得的本底率与残余μ子及宇宙射线诱导的次级粒子的贡献一致。
• 使用波长位移纤维与MPPC读出可实现高效信号收集，且电子噪声较低。
• 结果为未来采用类似闪烁体配置的地下μ子探测实验提供了可靠基线。
• 本底水平足够低，可支持在深地环境下进行高灵敏度μ子断层扫描与粒子物理研究。