Szintillationsmessungen innerhalb des Reaktorneutrinoexperiments Double Chooz

1. Szintillationsmessungen innerhalb des Reaktorneutrinoexperiments Double Chooz Christoph Aberle MPIK Heidelberg Astroteilchenschule Obertrubach-Bärnfels 2007

2. Inhalt • Neutrinooszillationen • Double Chooz Experiment : Übersicht • Flüssigszintillator : Energietransfer Lichtausbeutemessung Pulsform • Zusammenfassung Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

3. Neutrinooszillationen ~ sin2(2Q13) Dnear Dfar θ12:sin2(2Θ12) ~ 0.86 θ23: sin2(2Θ23) ~ 1 θ13 unbekannt : sin2(2Θ13) < 0.2 (Chooz) Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

4. Double Chooz • 2 identische Detektoren • Systematische Fehler werden kleiner angestrebte Sensitivität : sin2(2Θ13) < 0.03 (90% C.L.) • Disappearence Experiment (nur ne können detektiert werden) E ( ne ) einige MeV << mm Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

5.  target : 80% Dodecan + 20% PXE + 1 g Gd /l + 6 g PPO / l -catcher: 50% Dodecan + 46% Mineralöl + 4% PXE + 6 g PPO /l 511 keV 511 keV Nichtszintillierendes Öl : Abschirmung e+ e p Gd n Edelstahltank + 400 PMTs m VETO: Szintillierendes Öl Stahl-Abschirmung Double Chooz Detektor 7 m 7 m Nachweisreaktion : inverser b Zerfall ne + p  n + e+ n – Einfang am Gd  Untergrund-Unterdrückung

6. Anforderungen an Szintillatoren • hohe Lichtausbeute • gleiche Lichtausbeute in beiden Szintillatoren • Pulsformanalyse • gleiche Dichte in allen Volumen • Stabilität des Szintillators ( Gadolinium ! ) • Radiochemische Reinheit • Absorptionslänge • Materialverträglichkeit ... Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

7. O M O O Gd I n O O M O M C H Gd Gd Gd - Flüssigszintillator : Energietransfer g g e- C12 ´PPO • Ratengleichungen für die einzelnen Pfade Compton - Effekt ´PPO PXE C.Buck, F.X.Hartmann, D.Motta, S.Schönert, Chem.Phys.Lett.435 (2007) 252 – 256 Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

8. Gd - Flüssigszintillator : Lichtausbeute Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

9. Gd - Flüssigszintillator : Lichtausbeute • Compton Rückstreuung selektiere max. Energiedeposition in der Probe • 137Cs Quelle • Wie viel Licht erhält man pro MeV deponierter Energie ? Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

10. Gd - Flüssigszintillator : Lichtausbeute Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

11. Gd - Flüssigszintillator : Lichtausbeute Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

12. Gd - Flüssigszintillator : Lichtausbeute • Vorhersagen mit dem Modell für alle Szintillator-zusammensetzungen • Optimierung der Szintillator-eigenschaften a1 = PXE-Anteil n target Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

13. Gd - Flüssigszintillator : Lichtausbeute Optimierte Target - Lichtausbeute Vorhersage g catcher Lichtausbeute Gleiche Lichtausbeute in beiden Szintillatoren Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

14. Gd - Flüssigszintillator : Pulsform • PMT 1 : viele Photonen pro Ereignis  Start • PMT 2 : ein Photon pro Ereignis  Stop • Koinzidenzschaltung • Softwareanalyse der Pulse t(Stop)-t(Start)-Verteilung = Wahrscheinlichkeitsverteilung Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

15. Gd - Flüssigszintillator : Pulsform # Ereignisse • erste Messung mit Szintillatorstandard • fit mit einfacher Exponentialfunktion : t = 1.8 ns time [a.u.] Christoph Aberle, MPIK Heidelberg

16. Zusammenfassung • Double Chooz : Reaktorneutrinoexperiment zur Bestimmung von Q13 • Lichtausbeutemessungen  Parameter für das Energietransfermodell  Optimierung der Szintillatorzusammensetzung • Pulsformanalyse könnte Ereignisse den zwei Volumen zuordnen Christoph Aberle, MPIK Heidelberg