中微子探测方法的geant4模拟及检测效率问题的若干研究

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中微子物理可以说是目前粒子物理中最热门最活跃的分支之一,因为中微子还存在众多未解之谜。自中微子假说提出以来,人们对中微子检测以及对中微子性质进行研究的实验从未间断过。目前,中微子是第一个也是唯一一个超出了标准物理模型框架的粒子,解决中微子问题具有重大的科学意义,而且极有可能成为建立超越标准物理模型的突破口。现在常用的检测中微子的方法之一,就是利用最大的人工中微子源—核反应堆产生的大量反电子中微子经过液体闪烁计数器时发生的中微子吸收反应(ve+P→e+ +n)并放出正电子和中子,在计数器内反应而形成两个快慢不等的信号,两个快慢信号所形成的延迟符合信号便是中微子特征信号,进而达到检测中微子的目的。文章的主要工作便是利用Geant4蒙特卡洛模拟来研究原子反应堆反电子中微子特征信号的检测效率最优化问题,由于检测中微子信号的关键是用液体闪烁计数器检测这两个延迟符合信号,那么液体闪烁计数器对这两个延迟符合信号的检测效率则直接影响到中微子信号的检测效率。文章通过从液体闪烁计数器的(检测层、吸收层的)层数上,各层的厚度上,中子的能量上以及掺不同的中子吸收材料这四个方面并利用Geant4蒙特卡洛模拟方法去研究检测效率的最优化问题。模拟的结果表明正电子的检测效率与(检测层、吸收层的)层数,中子吸收材料等因素无关,检测效率都接近100%;所以液体闪烁体计数器的检测效率关键在中子信号的检测上,而模拟结果表示液体闪烁体计数器层数为120、吸收层厚度为0.01mm、中子能量在10-2MeV量级内、并且掺钆的液体闪烁体计数器检测效率相对较高,模拟的检测效率可以达到80%以上。虽然文章并未在geant4里模拟延迟符合测量法,但在最后部分会提供不同材料的中子非弹和俘获的时间以及正负电子对的反应时间,以期为后继进一步研究工作做好准备。
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