[论文解读] 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 70

一句话总结

本 TAO 概念设计报告概述了在 JUNO 项目中实现对反应堆反中微子谱精准测量、能量分辨率达到亚百分比的设计与方法。

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.

研究动机与目标

• 说明需要高精度的反应堆反中微子谱测量的动机。
• 描述 TAO 探测器的概念设计，以实现亚百分比的能量分辨率。
• 概述 JUNO 计划内预期的性能与技术挑战。

提出的方法

• 介绍 TAO 探测器概念及其在 JUNO 框架中的作用。
• 确定实现亚百分比能量分辨率的关键设计选项和技术。
• 讨论在 JUNO 内部的性能目标及与反应堆反中微子测量的整合。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些设计特征能够实现对反应堆反中微子测量的亚百分比能量分辨率？
• RQ2 TAO 探测器概念如何与更广泛的 JUNO 计划整合以测量反中微子谱？
• RQ3 实现高精度能量刻度的主要技术挑战与缓解策略是什么？
• RQ4 为 TAO 概念设计设想的性能基准有哪些？

主要发现

• TAO 概念设计旨在实现对反应堆反中微子谱的高精度测量。
• 该设计着重实现亚百分比的能量分辨率，以便准确重建谱线。
• 报告概述了探测器概念及与 JUNO 实验的整合。
• 它指出了达到精度目标所必需的关键技术和性能目标。