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本文从参与大亚湾反应堆中微子实验的前期研究背景出发,介绍了一种改进的光衰减长度测量系统的设计和实现,并通过对线性直链烷基苯(以下简称LAB)样品的制备、光衰减长度测量以及实验结果的分析,深入地研究了LAB作为液体闪烁体溶剂的光吸收问题,改善了LAB的光衰减长度,从而使得工业化生产的LAB产品基本满足了大亚湾中微子物理实验的严格要求。
线性直链烷基苯(LAB)是一种新型的液体闪烁体溶剂,化学式是C6H5CnH2n+1(n=10-13)。LAB作为液闪溶剂具有很多吸引人的优点:如高质子含量(13%)、化学结构稳定、闪点高(130℃)、光产额高、透明度好、无毒、无污染,而且成本价格相对较低等。大亚湾反应堆中微子实验已经将LAB作为液闪溶剂。
大约200吨普通的LAB和200吨掺有0.1%Gd的LAB将作为中心探测器的核心部分,被用到大亚湾中微子试验中。中心探测器为三层结构,其中最里层的是掺Gd的液体闪烁体,作为和反电子中微子反应的靶物质(质子);中间层是普通的液体闪烁体,是能量沉积层。中心探测器将安装在隧道里,大约运行取数三年。为了保证整个中微子实验的高精度要求,国际协作组对液闪的质量提出了很高的要求。尤其是在光学吸收性质方面,要求在350-450nm的光波范围内,其光衰减长度要大于10米。
纯净的LAB因为其结构性质相对单一,几乎不吸收波长在350-450nm之间的光,所以高纯度的LAB能够满足中微子物理实验的使用要求。然而目前LAB供应商(南京烷基苯厂)所生产的LAB主要是用于洗涤剂,按照现行的生产工艺流程,其光衰减长度并不能满足大亚湾反应堆中微子的需求指标。为了实现上述目标,比较可行的途径之一就是通过适度改进制备工艺流程,生产400吨符合大亚湾实验严格要求的LAB产品。
在本毕业论文的研究工作中,主要思路是测量、分析不同LAB样品的光衰减长度,探讨导致不同LAB样品光衰减长度产生差异的内在原因;然后结合实际的生产工艺技术,进一步改进生产流程,控制影响LAB光衰减长度的杂质组分及含量,为生产出符合大亚湾中微子实验要求的LAB产品奠定实验基础。
首先,设计、研制了一个改进型的液体光衰减长度测量系统。该系统采用NI公司的PCI-6221多功能数据采集卡作为数据采集和信号输出的载体,由基于LABVIEW平台自行开发的控制软件完成整个系统的控制。控制系统实现了电动平移台水平位置的调节、LED组的开关控制,液位传感器的数据读取,电磁阀的开关控制等功能,操作简单,可靠性高。而后,选用了多种不同粒径的氧化铝粉末、硅胶粉末等吸附剂对LAB进行了过滤和纯化,测量与分析了包括未过滤LAB在内不同样品的光衰减长度和化学组分。测量实验的结果表明,不同LAB样品的光衰减长度存在着较为明显的差异,经过吸附剂过滤的LAB样品的光衰减长度明显优于没经过任何处理的LAB样品。通过进一步分析不同样品之间的化学成分,得出了相关样品内部存在的化学杂质组分是导致光衰减长度差异的主要原因这一结论。在此基础上,与LAB生产厂家共同协商,进一步改善了相关的生产工艺流程,从而使得最终生产的LAB产品满足了大亚湾中微子物理实验的严格要求。