Neutrinoless double beta decay search with liquid scintillator experiments
用于无中微子双β衰变探测的液体闪烁体实验具有基于超低本底环境的高灵敏度和高可扩展性。本文介绍了目前正在进行的项目KamLAND-Zen和SNO+的概述。
2019-04-14 hep-ex physics.ins-det
Scintillation balloon for liquid scintillator base Neutrinoless double beta decay search experiments
液体闪烁体基础实验KamLAND-Zen设定了无中微子双β衰变半衰期的下限，升级项目KamLAND-Zen 800已于2019年启动。不幸的是，该项目需要一些本底，其中一个主要的本底是在氙装载液体闪烁体容器（迷你气球）中的214 Bi的β/γ射线。为了排除背景，我们建议在未来的微型气球中使用闪烁膜。如果我们能用闪烁探测器标记214 Po的α射线，我们就能用延迟符合分析法消除214 Bi事件。最近，据报道，聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）可以用作具有蓝色光子发射的闪烁体。PEN与强溶剂具有化学相容性，因此有可能用于液体闪烁体。在本报告中，我们将提到有关透明度和发射光谱，光产额，放射性，薄膜强度等可行性研究的结果。我们还展示了直径为800 mm的测试尺寸的闪烁气球，并讨论了如何在KamLAND中使用闪烁气球。
2019-12-16 astro-ph.CO nucl-ex physics.ins-det
A compact ultra-clean system for deploying radioactive sources inside the KamLAND detector
我们描述了一个紧凑的，超净的设备，用于部署放射源沿垂直轴的KamLAND液体闪烁中微子探测器的校准的目的。该装置的工作原理是放出和卷绕一根精确长度的悬挂式小规格钢丝绳（电缆）;各种可互换的放射源可以连接到电缆末端的重物上。暴露于放射纯液体闪烁体的所有组件均由化学兼容的超高压清洁材料（主要是不锈钢）制成，以避免污染或降解闪烁体。为了防止氡侵入，将该装置封闭在手套箱内的气密密封外壳中，并定期用纯化氮气冲洗两个体积。安装在外壳侧面的红外摄像机可以实时监控电缆的运动，系统通过图形用户界面进行控制。
2015-02-12 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
A large area detector for thermal neutron flux measurements at the KamLAND site
基于0.32 mm厚的$^{6}$ LiF：ZnS（Ag）闪烁片，研制了大面积（0.5 m $\times$ 0.5 m）热中子探测器。该探测器是为测量地下深处低强度热中子通量的季节性变化而建造的。使用低强度$^{241}$ Am/ $^{9}$ Be（$α$，n）中子源研究了探测器对中子的响应。应用数字脉冲形状鉴别技术从闪烁体组件中铀和钍衰变链的$α$ -发射体痕量引起的背景中分离中子俘获事件。在基于数字脉冲形状鉴别方法的事件选择之前（之后），热中子探测效率为0.368 $\pm$ 0.018（0.155 $\pm$ 0.009）。在$^{6}$ LiF：ZnS（Ag）闪烁体中测得的$α$ -粒子背景事件率为（4.88 $\pm$ 0.06（统计））$\times$ 10 $^{-6}$ $α$ cm $^{-2}$ sec $^{-1}$。作为检测器性能的测试，我们测量了在Kamioka中微子天文台KamLAND地区的热中子通量，并将其与在Super-Kamiokande站点进行的中子通量测量结果进行了比较。KamLAND的热中子通量为（6.43 $\pm$ 0.50）$\times$ 10 $^{-6}$ n cm $^{-2}$ sec $^{-1}$，其中包括能量高于1 eV的中子的$\sim$ 10~\%贡献。在探测器的建设，我们确定了一个来源的高振幅噪声脉冲产生的5英…
2018-07-23 nucl-ex physics.ins-det
Low Radon Concentration Measurement with a Radon-Dissolved Liquid Scintillator Pilot Detector
为解决CDEX-10项目液氮罐氡本底监测需求，研发溶氡液体闪烁体高灵敏度氡探测器，通过级联衰变筛选等技术实现9.6 mBq/m³的氮气氡探测限。
2024-05-14 physics.ins-det
Scintillation Balloon for Neutrinoless Double-Beta Decay Search with Liquid Scintillator Detectors
环境放射性是稀有衰变搜寻实验的主要背景，很难从探测器容器中完全去除这种杂质。我们提出了一个闪烁球作为液体闪烁体的活性容器，以确定这种不希望的放射性。根据我们的可行性研究，闪烁球使铋-钋序列衰变标记的效率为99.7%，假设Kamioka液体闪烁体反中微子探测器（KamLAND）型液体闪烁体探测器。这种利用来自钋的α射线的连续衰变的标记提高了对无中微子双β衰变的灵敏度，同时拒绝了来自铋的β射线背景。
2019-06-03 hep-ex physics.ins-det
KamLAND Sensitivity to Neutrinos from Pre-Supernova Stars
在大质量恒星核燃烧的后期阶段（$M>8~M_{\sun}$），中微子-反中微子对的产生通过各种过程成为主要的恒星冷却机制。随着恒星的演化，这些中微子的能量增加，在超新星爆发前的几天里，有相当一部分发射的电子反中微子超过了自由氢的逆β衰变的能量阈值。这是液体闪烁体探测器的黄金通道，因为符合特征允许显著减少背景信号。我们发现千吨级液体闪烁体探测器KamLAND可以在距离小于690秒差距的距离上探测到来自质量为$25~M_{\sun}$的恒星的这些超新星前中微子，其中超新星前的$σ$意义为3。这个极限取决于中微子的质量排序和背景能级。KamLAND不断获取数据，并可以向社区提供超新星警报。
2016-01-22 astro-ph.HE hep-ex physics.ins-det
Suppression of Cosmic Muon Spallation Backgrounds in Liquid Scintillator Detectors Using Convolutional Neural Networks
宇宙μ介子散射背景在低本底实验中是普遍存在的。对于寻找无中微子双β衰变的基于液体蒸发器的实验，spectrum产物$^{10}$ C是在2-3 MeV之间的感兴趣区域中的重要背景，并且确定实验的深度要求。我们开发了一种基于卷积神经网络的算法，该算法使用光发射中的时间和空间相关性来识别$^{10}$ C背景事件。使用典型的千吨级探测器配置，如KamLAND探测器，我们发现该算法能够在90%的信号接受度下识别61.6%的$^{10}$ C。具有完美光收集的检测器可以在90%的信号接受度下识别98.2%。该算法不依赖于顶点和能量重建，是对现有方法的补充，并可扩展到其他背景源。
2018-12-07 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
CeLAND: search for a 4th light neutrino state with a 3 PBq 144Ce-144Pr electron antineutrino generator in KamLAND
反应堆的中微子和镓异常可以用3-4 PBq（75-100 kCi规模）的144 Ce-144 Pr反中微子β源测试，该源部署在中心或靠近大型低背景液体闪烁体探测器。反中微子发生器最早将于2014年由俄罗斯后处理厂PA Mayak生产，运往日本，并最早于2015年部署在Kamioka液体闪烁体反中微子探测器（KamLAND）中。KamLAND的13米直径的目标体积提供了一个合适的环境来测量所检测到的中微子通量的能量和位置依赖性。在10米或更短的基线上可以看到一个特征性的振荡模式，这提供了一个非常清晰的信号，表明中微子消失到一个未知的、无菌的中微子状态。这将为中微子的电子耗散异常提供一个全面的测试，并可能导致发现第四个中微子态，即Δ m^2> 0.1 eV^2和sin ^2（2 θ）> 0.05。
2014-04-13 hep-ex physics.ins-det
On the possiblity of detecting Solar pp-neutrino with a large volume liquid organic scintillator detector
结果表明，一个大容量的液体有机闪烁体探测器的能量分辨率为10千电子伏，在200千电子伏1西格玛将是敏感的太阳pp-中微子，如果在目标放射性纯度水平的Borexino探测器，或太阳中微子项目的KamLAND。
2004-03-03 physics.ins-det
The water system and radon measurement system of Jiangmen Underground Neutrino Observatory
江门地下中微子观测站（JUNO）是一个20千吨级多用途的地下液体闪烁探测器，其主要物理目标是确定中微子的质量等级。由于实验背景要求低，需要一个由水切伦科夫探测器和顶部跟踪器组成的多否决系统。为了保持良好的水质和去除水中的氡，设计了超纯水系统、除氡系统和氡浓度测量系统。本文介绍了除氡设备及其除氡极限。
2018-06-28 hep-ex physics.ins-det
Real-time Position Reconstruction for the KamLAND-Zen Experiment using Hardware-AI Co-design
针对KamLAND-Zen实验传统离线重建耗时长的问题，本文提出将PointNet机器学习模型部署到FPGA上，通过硬件-AI协同设计实现中微子事件位置与能量的实时快速重建，并成功验证了整条流程的可靠性。
2024-10-03 hep-ex physics.ins-det
Showering Cosmogenic Muons in A Large Liquid Scintillator
我们提出了一个20千吨的球形液体闪烁探测器下700至900米的岩石宇宙成因μ子的传播的FLUKA模拟的结果。簇射μ介子是一种除了电离能之外，还在探测器中沉积至少3 GeV的μ介子。我们发现20%的μ子是淋浴式的，另外10%的μ子事件是μ子束，其中超过一个μ子进入探测器。在这个范围内的淋浴和束分数是强大的对深度和地形的变化，因此，对于一个给定的实验的总淋浴和束率可以通过结合我们的结果与总μ子通量的估计。一个结果是，直接将KamLAND使用的全探测器簇射μ介子切割适应JUNO或RENO 50将产生几乎消失的探测器效率。
2014-09-15 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Radon emanation rate measurements using liquid scintillation counting
本文提出一种基于液体闪烁体计数的氡析出测量技术，建立了氡加载与传输模型并完成校准，量化了探测器本底与空白样，利用Monte Carlo模拟确定了最小可探测活度，并通过丁基橡胶样品验证了该技术的有效性。
2025-01-28 physics.ins-det
Space-Time Discriminant to Separate Double-Beta Decay from $^8$B Solar Neutrinos in Liquid Scintillator
提出了一种在液体闪烁探测器中分离双β衰变与$^8$ B太阳中微子相互作用的方法。该技术利用光电子（PE）的位置和时间来分离各向同性闪烁光中的方向性切伦科夫光的候选事件的运动学重建。在这里，我们引入一个切伦科夫闪烁时空边界定义为光锥在二维空间的到达时间和极角的每个PE相对于轴从中心的检测器的顶点。位于边界附近的PE对应于早期发射的光子，并且包含高比例的定向切伦科夫PE。我们应用从到每个单独PE的边界的距离导出的权重，然后在球谐分析中使用该权重，该球谐分析将双β衰变的双轨事件拓扑与$^8$ B事件的单轨拓扑分开。Geant-4模拟假设探测器半径为6.5 m，填充有$^{130}$ Te负载的液体闪烁体，并被时间和空间分辨率分别为100 ps和3 mm的光电探测器包围。的闪烁特性和光探测器的量子效率后KamLAND建模。假设一个3米半径的基准体积，65%的光覆盖率和顶点分辨率为$σ_{r_v} = $ 5.2厘米，在2.53 MeV的重建事件拓扑的方法预测因子1.3和2.3的背景抑制在90%和70%的信号效率分别。此外，切伦科夫闪烁时空边界附近的PE可用于重建单电子候选事件的方向性，由于散射电子的方向与太阳位置之间的相关性，允许进一步的$^8$ B背景抑制。我们发现极和方位的角分辨率分别为0.46和0.84弧度。
2019-02-19 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Daya Bay Antineutrino Detector Gas System
大亚湾反中微子探测器气体系统的设计，是为了保护反中微子探测器的液体闪烁体靶，使其不会因暴露于实验室周围的空气而退化和受到污染。气体系统还用于监测反中微子探测器组件的密封性。覆盖气体系统不断用干燥氮气冲洗液体闪烁体上方的气体体积，以在实验的五年寿命内最大限度地减少闪烁体的氧化。这种恒定的冲洗还防止氡或其他污染物渗透到这些检测液体中，保持内部背景较低。由于大亚湾反中微子探测器浸没在μ子否决系统的大水池中，因此需要其他气体体积来保护重要的探测器电缆或气体管道。这些体积也用干燥气体吹扫。监测返回气体的氧含量和湿度，以提供潜在破坏性泄漏的早期警告。本文介绍大亚湾反中微子探测器气体系统的设计和性能。
2012-10-29 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Environmental radon control in the 700-m underground laboratory at JUNO
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；INFN Milano Bicocca and Università di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰比科卡分部和米兰比可卡大学）
本文研究了JUNO地下实验室中通过优化通风控制氡浓度的方法，发现地下水是主要氡源，并通过通风优化将主厅氡浓度降至100 Bq/m³。
2023-09-12 hep-ex physics.ins-det
Measurement of radon concentration in the output water of the 100~t/h ultrapure water system at the Jiangmen Underground Neutrino Observatory
University of South China（南华大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；State Key Laboratory of Particle Detection and Electronics（粒子探测与电子学国家重点实验室）；Anhui University of Science and Technology（安徽理工大学）
针对JUNO水切伦科夫探测器低于10 mBq/m³的氡浓度要求，本文介绍100 t/h两级超纯水系统，采用微泡增强五级脱气膜，实现超过99.9%除氡效率和0.61±0.50 mBq/m³的循环出水浓度。
2025-10-20 hep-ex physics.ins-det
The next-generation liquid-scintillator neutrino observatory LENA
我们提出的液体闪烁探测器LENA（低能中微子天文学）作为下一代中微子天文台的规模为50 kt。Borexino和KamLAND实验的杰出成功证明了液体闪烁体探测器在低能中微子物理学中的巨大潜力。LENA的物理学目标包括观测天体物理和地球中微子源以及研究中微子振荡。在GeV能量范围内，质子衰变和长基线中微子振荡实验的研究补充了低能计划。基于欧洲和国际研究小组的大量专业知识，技术设计已经足够成熟，可以早日开始实现探测器。
2012-03-02 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Energy reconstruction for large liquid scintillator detectors with machine learning techniques: aggregated features approach
HSE University（高等经济大学）；Joint Institute for Nuclear Research（联合核研究所）
由光电倍增管（PMT）阵列包围的液体闪烁体靶组成的大规模探测器广泛用于现代中微子实验：Borexino，KamLAND，大亚湾，Double Bronze，RENO和即将推出的JUNO及其卫星探测器TAO。这样的装置能够测量中微子能量，其可以从光的量及其在PMT通道上的空间和时间分布导出。然而，在大规模探测器中实现精细的能量分辨率是具有挑战性的。在这项工作中，我们提出了在JUNO探测器中进行能量重建的机器学习方法，这是最先进的探测器。我们集中在0-10 MeV的能量范围内的正电子事件，这对应于JUNO的主要信号-中微子起源于核反应堆堆芯，并通过逆β衰变通道检测。我们考虑以下模型：Boosted Decision Trees和Fully Connected Deep Neural Network，基于聚合特征进行训练，使用PMT收集的信息进行计算。我们描述了我们的特征工程过程的细节，并表明机器学习模型可以提供能量分辨率$σ= 3\%$在1兆电子伏使用工程特征的子集。用于模型训练和测试的数据集是使用官方JUNO软件通过Monte Carlo方法生成的。
2022-11-14 cs.LG physics.ins-det
A practical approach of measuring $^{238}$U and $^{232}$Th in liquid scintillator to sub-ppq level using ICP-MS
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）
本研究提出利用ICP-MS在液态闪烁体中检测铀-238和钍-232至亚皮克水平的方法，通过酸提取富集并结合三种标准添加方法实现高回收效率。
2024-05-10 nucl-ex physics.ins-det
Interpretable machine learning approach for electron antineutrino selection in a large liquid scintillator detector
Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；INFN（意大利国家核物理研究院）；Università degli Studi di Catania（卡塔尼亚大学）
本文提出用全连接神经网络提升大型液体闪烁体探测器（以JUNO为例）中反应堆反中微子事例选择效率，并首次通过可解释性分析揭示模型决策依据，为改进传统选择方法提供指导。
2024-11-25 cs.LG hep-ex physics.data-an
The LUX-ZEPLIN (LZ) radioactivity and cleanliness control programs
LUX-ZEPLIN（LZ）是第二代直接暗物质实验，其自旋无关的WIMP-核子散射灵敏度高于$1.4 \times 10^{-48}$ cm $^{2}$，WIMP质量为40 GeV/c $^{2}$，曝光量为1000 d。LZ通过结合5.6吨的大基准体积、主动内部和外部否决系统以及使用具有固有低放射性含量的材料的放射性纯结构来实现这种灵敏度。LZ合作组织在六年的时间里进行了广泛的放射性测定活动，为建筑材料的选择提供信息，并为实验背景模型提供输入，以评估任何可能的信号过量。本文介绍了这一运动及其结果。我们提出了沉积在组件表面的灰尘和氡子体的分析，以及通过检测器的构造和组装来保持背景期望所需的清洁度控制。最后，从运动的例子，突出固定污染物放射性测定的LZ光电倍增管，质量控制和质量保证程序，通过制造，氡射气测量的主要子系统，和定制的探测器系统，以测定闪烁体。
2022-02-28 hep-ex physics.ins-det
Feasibility and physics potential of detecting $^8$B solar neutrinos at JUNO
江门地下中微子观测站（JUNO）的主要探测器是一个20 kt的多用途液体闪烁体球。JUNO的一些特性使其成为$^8$ B太阳中微子测量的优秀实验，例如其低能量阈值，与水切伦科夫探测器相比的高能量分辨率，以及与以前的液体闪烁体探测器相比的大得多的目标质量。在本文中，我们提出了一个全面的评估朱诺探测$^8$ B太阳中微子通过中微子电子弹性散射过程的潜力。假设液体闪烁体中的本征放射性本底$^{238}$ U和$^{232}$ Th可以控制在10 $^{-17}$ g/g，则反冲电子能量的降低阈值为2~MeV。经过十年的数据采集，预计将有大约60，000个信号和30，000个背景事件。这个大样本将使反冲电子光谱的扭曲，这是占主导地位的中微子味转换在致密的太阳物质，这将揭示新的光之间的紧张局势测量的电子光谱和标准的三味中微子振荡框架的预测检查。当$Δm^{2}_{21}=4.8\times10^{-5}~(7.5\times10^{-5})$ ~eV $^{2}$时，JUNO通过测量相对于太阳天顶角的非零信号率变化，可以提供地球中中微子振荡在3 $σ$ ~（2 $σ$）水平的证据。此外，JUNO可以同时使用$^8$ B太阳中微子测量$Δm^2_{21}$，根据中心值的不同，测量精度可以达到20%或更高，使用反应堆反中微子测量精度可以达到百分之几。比较这两个测量从同一个探测器将有助于阐明当前的…
2020-06-21 hep-ex hep-ph physics.ins-det
