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我们爱科学 2025年第8期 F0002-F0002,1页

作者：小科不详

江门中微子实验是目前世界上最大、最灵敏的中微子探测项目,核心探测设备--中心探测器——位于地下实验大厅内44米深的水池中央。江门中微子实验室预计在2025年8月正式运行,设计运行寿命约30年。它将成为国际中微子研究的中心之一,预示... 详细信息

江门中微子实验是目前世界上最大、最灵敏的中微子探测项目,核心探测设备--中心探测器——位于地下实验大厅内44米深的水池中央。江门中微子实验室预计在2025年8月正式运行,设计运行寿命约30年。它将成为国际中微子研究的中心之一,预示着中国在中微子研究领域处于世界领先地位。

关键词：中微子探测设备运行寿命江门中微子实验探测器领先地位中心

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江门中微子实验站位置测量方案设计与实施

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核技术 2014年第6期37卷 93-96页

作者：王铜董岚罗涛梁静刘璨马娜朱洪岩何振强柯志勇中国科学院高能物理研究所北京100049

为了对中微子质量顺序等前沿科学进行研究,江门中微子实验正在进行选址建设中。介绍了江门实验站与阳江核电站及台山核电站堆芯位置测量方案的设计与实施,采用GPS静态观测实现控制网的测量,并用LGO和自编软件对数据进行解算及坐标拟合... 详细信息

为了对中微子质量顺序等前沿科学进行研究,江门中微子实验正在进行选址建设中。介绍了江门实验站与阳江核电站及台山核电站堆芯位置测量方案的设计与实施,采用GPS静态观测实现控制网的测量,并用LGO和自编软件对数据进行解算及坐标拟合转化。通过实际测量及数据解算,最终得到的坐标精度为±70 mm,满足设计要求,证明此次江门中微子实验站位置测量方案是合理可行的。

关键词：江门中微子实验反应堆 GPS控制网距离精度

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江门中微子实验(JUNO)中心探测器结构在浮力下的整体稳定性研究

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建筑结构 2021年第20期51卷 76-81页

作者：李华峰北京市建筑设计研究院有限公司北京100045

介绍了江门中微子实验(JUNO)中心探测器主体不锈钢结构的结构体系,阐述了结构在巨大浮力作用下的整体稳定性问题及失稳模式,并针对结构的特点提出了结构整体稳定性评价标准。通过对一系列模型的稳定性分析和对比发现结构主要的失稳形式... 详细信息

介绍了江门中微子实验(JUNO)中心探测器主体不锈钢结构的结构体系,阐述了结构在巨大浮力作用下的整体稳定性问题及失稳模式,并针对结构的特点提出了结构整体稳定性评价标准。通过对一系列模型的稳定性分析和对比发现结构主要的失稳形式是有机玻璃球在浮力作用下的整体旋转上升。与不锈钢网壳刚接的撑杆的数目和位置是影响结构整体稳定性的重要因素。所有撑杆两端均铰接的方案存在提前失稳的风险。有机玻璃球的初始整体旋转、撑杆与有机玻璃球表面不完全垂直等初始缺陷会一定程度上削弱结构的整体稳定性。随着撑杆随机偏转角标准差的增加,结构整体稳定性呈缓慢降低的趋势。根据分析结果,结构考虑初始缺陷的双非线性稳定承载力系数可取3.35,满足设计要求。

关键词：江门中微子实验有机玻璃球不锈钢单层网壳稳定性浮力初始缺陷

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江门中微子实验中心探测器主体不锈钢结构设计研究

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建筑结构 2018年第20期48卷 92-97页

作者：李华峰朱忠义束伟农秦凯衡月昆王哲王毅郑延锋北京市建筑设计研究院有限公司北京100045 中国科学院高能物理研究所北京100049 中国科学院大学北京100049 浙江大学建筑工程学院杭州310058

江门中微子实验（JUNO）中心探测器主体不锈钢结构工程属于国家重大科技基础设施建设项目。首先根据工程的设计要求,以降低有机玻璃的应力水平为主要目标,在前期研讨成果基础上进一步确定主体结构体系为单层不锈钢网壳＋590个不锈钢撑... 详细信息

江门中微子实验（JUNO）中心探测器主体不锈钢结构工程属于国家重大科技基础设施建设项目。首先根据工程的设计要求,以降低有机玻璃的应力水平为主要目标,在前期研讨成果基础上进一步确定主体结构体系为单层不锈钢网壳＋590个不锈钢撑杆＋有机玻璃球＋底部支承结构。针对本工程的重点和难点,逐一对结构的稳定性、结构关键构件的内力分布、地下地震动参数分布规律、流固耦合效应、关键节点的应力状态、施工过程对结构的影响等方面展开深入的研究,完成一系列的有限元分析及力学试验研究工作。有限元分析及力学试验结果表明,通过对不锈钢撑杆的内力分布和幅值的优化设计,有机玻璃的应力水平得到了有效控制,运行工况下最大主拉应力不大于4MPa;考虑非线性及初始缺陷的结构整体稳定性系数为3.45。主体不锈钢结构具有良好的承载力和稳定性,满足设计要求。

关键词：江门中微子实验有机玻璃不锈钢单层网壳稳定性流固耦合地震响应

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江门中微子实验中心探测器有机玻璃节点应力分析方法研究

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西安理工大学学报 2018年第4期34卷 428-432页

作者：吴帅马骁妍钱小辉衡月昆李华峰荆小平侯少静中国科学院高能物理研究所北京100049 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049 北京市建筑设计研究院有限公司北京100045

中心探测器是江门中微子实验的核心探测器,其主体结构为35.4m直径的有机玻璃球壳,有机玻璃球壳上的应力水平是探测器结构设计的一个关键指标。为了准确地计算有机玻璃球连接节点上的应力,本文运用有限元仿真软件建立三维模型,采用了三... 详细信息

中心探测器是江门中微子实验的核心探测器,其主体结构为35.4m直径的有机玻璃球壳,有机玻璃球壳上的应力水平是探测器结构设计的一个关键指标。为了准确地计算有机玻璃球连接节点上的应力,本文运用有限元仿真软件建立三维模型,采用了三种建模方法进行对比研究,最终确定最优建模方法为耦合边界为圆弧的体壳耦合法。

关键词：江门中微子实验中心探测器有机玻璃应力有限元体壳耦合

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江门中微子实验PMT性能研究及防护罩透光性能测试

江门中微子实验PMT性能研究及防护罩透光性能测试

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作者：廖东豪广西大学

学位级别：硕士

江门中微子实验(Jiangmen Underground Neutrino Observatory,简称 JUNO)的主要物理目标是利用来自核电站反应堆的中微子振荡来测量中微子质量顺序。JUNO实验将在地下700米建造一个有效质量2万吨的液体闪烁体探测器用于探测反中微子,而... 详细信息

江门中微子实验(Jiangmen Underground Neutrino Observatory,简称 JUNO)的主要物理目标是利用来自核电站反应堆的中微子振荡来测量中微子质量顺序。JUNO实验将在地下700米建造一个有效质量2万吨的液体闪烁体探测器用于探测反中微子,而且要求能量分辨率达到3%/(?)。为了达到这个能量分辨率,探测器对所用光电倍增管(PMT)提出了非常苛刻的要求,计划在探测器中安装约18000支20英寸PMT以及约34000支3英寸的PMT,以实现PMT光阴极覆盖率超过75%,同时也需要PMT具有高量子效率、能量分辨率以及低噪声等性能。另外,在液体闪烁体探测器外面的大水池中计划安装约2000支20英寸PMT作为水契伦科夫探测器,用于对宇宙线μ子作反符合。事例重建也依赖于探测器的最终性能,为了提高中心探测器事例重建的精确度,探测器对PMT的电荷分辨能力以及时间分辨率都有特定的要求。对于20英寸PMT来说,电子从光阴极到达聚焦极或第一打拿极的运动轨迹较长,容易受到地磁场的影响,从而将会降低探测器的整体性能,因此计划通过电磁线圈和高磁导率材料进行地磁补偿来降低地磁场对PMT性能的影响。本文建立了 PMT测试系统包括光阴极性能和阳极信号测量系统。通过测量PMT光阴极光电流的方式,搭建了相对量子效率测试系统并进行了阴极量子效率研究以及均匀性扫描测试。针对PMT阳极信号的研究,搭建了机箱插件式以及桌面设备式的测量系统。电荷数字转换(QDC)插件式测量系统主要测量PMT的电荷谱、高压-增益以及电荷分辨率;桌面设备式的Flash ADC(简称FADC)测试系统主要通过波形数字化仪(Digitizer)采集PMT阳极波形信号,根据实验要求提取波形的相关物理信息。本文进行了单光电子谱、增益以及电荷分辨率的测试,其中也对比了两套测试系统的测量结果。结果表明了 QDC与FADC两套系统测试结果相对偏差小于10%。为了研究地磁场对PMT时间性能的影响,本文利用示波器采集PMT波形信号,通过波形处理法研究PMT在有无磁屏蔽条件下的时间性能,如渡越时间分散(TTS)、渡越时间(TT)。结果显示地磁场对时间性能影响很大,TTS与光电子数服从a+b/(?)的关系。PMT外壳为脆性材料,如果PMT在制作、运输或安装过程中玻璃外壳遭受到磨损,PMT在强大的水压下很有可能发生内爆,因此PMT外部需要加保护罩以防止冲击波的产生和破坏。本文的最后一章全面地测量了几种透明材料的透光性能,结果发现有机玻璃的透光性能更好。

关键词：江门中微子实验光电倍增管量子效率地磁场渡越时间分散透光性能

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江门中微子实验电子学电缆表皮材料的荧光研究

江门中微子实验电子学电缆表皮材料的荧光研究

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作者：李玉梅广西大学

学位级别：硕士

江门中微子实验(JUNO)是建造中的国际领先的大型实验站,通过测量反应堆中微子能谱以达到测量中微子质量顺序、精确测量中微子振荡参数的目的,同时还可以对超新星中微子、大气中微子、地球中微子等进行探测。该实验需要用到2万支20时和3.... 详细信息

江门中微子实验(JUNO)是建造中的国际领先的大型实验站,通过测量反应堆中微子能谱以达到测量中微子质量顺序、精确测量中微子振荡参数的目的,同时还可以对超新星中微子、大气中微子、地球中微子等进行探测。该实验需要用到2万支20时和3.6万支3时光电倍增管(PMT),每支PMT均通过电缆来供电和传输信号。由于宇宙线穿过水层产生的切伦科夫光,以及测量中心探测器闪烁体衰减长度的激光,会照射到PMT的电缆上。如果电缆表皮材料,具有受激发光特性,将给实验引入光本底。因此,电缆的选型不仅需要考虑其信号传输、机械性能和使用寿命等参数,还要考虑其表皮材料的受激发光特性。本论文研究多种电缆表皮的受激发光特性,为JUNO电缆的选型提供了重要依据。本论文两种方法来研究电缆表皮材料的受激发光特性,包括基于PMT的单光电子谱测试和基于荧光光谱仪的荧光光谱测试。通过对9种不同型号电缆的表皮材料进行测试分析,结果表明:(1)编号为1、2、6的电缆表皮被光激发后产生了微弱的荧光,而编号为Y2、Y3、Y4的电缆表皮产生的较强荧光峰值为360nm;(2)三种发射较强荧光电缆的绝对量子产率分别为4.80%、4.35%、3%,荧光寿命都为20ns。所有这些结果给JUNO电缆的选型提供了理论支持和技术依据。此外,本论文对北京谱仪Ⅲ(BESⅢ)中气体探测器的工作气体比分进行监测分析。主漂移室(MDC)、μ探测器和升级后的TOF端盖(ETOF)均为气体探测器,它们是BESⅢ的重要子探测器,这些气体探测器的工作气体是均是多种气体按照一定比分混合而成,影响着探测器的工作性能,因此,对气体的比分进行实时监控和稳定性研究对BESⅢ的正常运行具有重要的意义。本论文还设计了一套自动分析系统,实现对探测器的气体质量流配比进行分析,并能够在三种气体探测器中进行自动切换。在前端混气缸中分别抽取少量混合气体,通过气相色谱仪GC7890A用气相色谱法对混合气体质量比分进行实时监测与分析。GC7890A通过自身稳定性测试后,长时间监测分析混合气体质量比分,并和质量流量计设定质量流量比分相比,发现前后两者相差很小。结果表明质量流量计工作在正常状态,气体比分不会影响气体探测器(如MRPC)性能,本文设计的监测与分析系统是可行的。

关键词：江门中微子实验电子学电缆荧光特性光电倍增管荧光光谱仪北京谱仪气体探测器气体比分

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江门中微子实验亚GeV能段的精确能量重建研究

江门中微子实验亚GeV能段的精确能量重建研究

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作者：张思远广西大学

学位级别：硕士

江门中微子实验（JUNO）是目前在建的大型中微子实验,JUNO设计了三个子探测器:中心探测器（CD）,水切伦科夫探测器（WP）和顶部径迹探测器（TT）共同完成对物理事例的探测和对本底事例的排除。中心探测器将罐装20千吨液体闪烁体,建成后... 详细信息

江门中微子实验（JUNO）是目前在建的大型中微子实验,JUNO设计了三个子探测器:中心探测器（CD）,水切伦科夫探测器（WP）和顶部径迹探测器（TT）共同完成对物理事例的探测和对本底事例的排除。中心探测器将罐装20千吨液体闪烁体,建成后将会是全世界最大的液体闪烁体探测器。JUNO实验具有巨大的灵敏体积、超高的能量分辨率和较低的本底,其主要物理目标为测量中微子质量顺序。它还具备探测众多物理目标的潜能,包括:超新星中微子、太阳中微子和大气中微子等。为了测量中微子质量顺序,JUNO中心探测器的能量分辨率设计指标为3%/E（MeV）1/2能量分辨率,为了达成这一目标,JUNO设计了一套复杂的多维刻度系统,刻度系统包括四个子系统:自动刻度装置（ACU）、绕线刻度系统（CLS）、导管刻度系统（GT）和潜水艇系统（ROV）。由于JUNO尚未完成建设,因此利用模拟数据对探测器刻度性能进行分析研究是一个重要研究手段。我们使用JUNO软件框架产生并检查了五种伽马刻度源(137Cs,54Mn,60Co,40K,68Ge)的探测器模拟、电子学模拟和事例重建数据。在经过完整的模拟流程后,初步的放射源能谱拟合结果表明探测器刻度能量分辨率在1 MeV时可达3%。 JUNO众多的物理探测对象分布在不同的能区,覆盖几十keV至几十GeV,相应地,需要针对各个能段的探测特点开发精确的能量重建算法。本论文针对亚GeV能段的非径迹状事例开发了一种新颖的可见能量重建方法,考虑到20英寸光电倍增管（LPMT）及其读出电子学在亚GeV能量探测中可能出现的大电荷测量偏差（电荷非线性）,本论文提出使用光阴极面积更小但排布密集的25600支3英寸小光电倍增管（SPMT）进行亚GeV能段的能量重建。进一步地,为了避免SPMT电子学存在的电荷非线性问题,我们提出仅利用SPMT在一定电荷阈值条件下是否有过阈信号的信息进行重建,即所谓的占空比方法（OCCUPANCY）。为了检验算法的重建性能,本论文基于JUNO软件框架蒙特卡洛模拟产生了10 MeV至1 GeV的多个单能电子样本,结果表明:（1）在使用事例真实能量沉积重心作为输入时,即在假设能量沉积重心的重建无偏的理想情况下,利用本算法重建10 MeV～1 GeV电子的可见能量,其能量非均匀性低于1.5%,1 GeV电子的重建能量分辨率好于1.5%;（2）如果使用事例的重建能量沉积重心作为输入,则重建得到的能量非均匀性随着事例能量的增加而变大,1 GeV电子的重建能量非均匀性在3%以内,分辨率依然可以好于3%,满足物理探测的需求。对比以上两种情况,能量重建性能的下降主要是能量沉积重心的重建偏差和弥散导致的,因此,能量沉积重心的重建优化是未来进一步提升本算法性能的关键之一。

关键词：江门中微子实验能量重建光电倍增管占空比方法

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江门中微子实验中的多重宇宙线径迹重建

江门中微子实验中的多重宇宙线径迹重建

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作者：文义杰中国科学院大学

学位级别：硕士

江门中微子实验的首要物理目标是通过探测反应堆产生的电子反中微子决定中微子质量等级，以及精确测量振荡参数。江门实验将建造一个2万吨的液体闪烁探测器、一个水切伦科夫探测器和一个顶部探测器。宇宙线Muon穿过液闪产生多种长寿命... 详细信息

江门中微子实验的首要物理目标是通过探测反应堆产生的电子反中微子决定中微子质量等级，以及精确测量振荡参数。江门实验将建造一个2万吨的液体闪烁探测器、一个水切伦科夫探测器和一个顶部探测器。宇宙线Muon穿过液闪产生多种长寿命同位素，其中9Li/8He通过级联衰变形成关联本底，可以通过标记Muon对其后一段时间的事例进行反符合以排除本底（大亚湾），或通过重建Muon径迹进行空间上的反符合（KamLAND，Borexino）。江门实验中心探测器的Muon rate为3Hz，其中约10％为多重Muon事例，用传统的方法无法重建多条径迹。如果对全探测器进行1s的反符合，将带来30％的死时间。因此需要开发新的算法进行多重宇宙线径迹重建。\n 当宇宙线穿过液体闪烁体时，附近的光电倍增管会在短时间内收集到大量的光子，在入射点和出射点会形成局部最大电荷。本文重点介绍了局部电荷重心法重建宇宙线径迹，包括单径迹、多重径迹的重建算法，重建性能。

关键词：反应堆测试江门中微子实验宇宙线径迹重建局部电荷重心法

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江门中微子实验中基于多目视觉融合的定位方法研究

江门中微子实验中基于多目视觉融合的定位方法研究

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作者：魏瑞通东莞理工学院

学位级别：硕士

中微子的研究对解释宇宙基本物理规律和物质基本构成有重要的科学意义。江门中微子实验(Jiangmen Underground Neutrino Observatory,JUNO)通过中微子与液体闪烁体相互作用产生荧光,众多光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)和电子学... 详细信息

中微子的研究对解释宇宙基本物理规律和物质基本构成有重要的科学意义。江门中微子实验(Jiangmen Underground Neutrino Observatory,JUNO)通过中微子与液体闪烁体相互作用产生荧光,众多光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)和电子学系统对光电信号进行处理,从而探究中微子的能量分布、对中微子的质量顺序和振荡参数进行测量。为了利用标定源对PMT进行不定期的标定,需要通过超声波和视觉定位子系统完成标定源的准确定位,本文对视觉定位子系统进行研究。为了在黑暗环境下完成标定源的准确定位,提出了基于主动光源和四个交叉分布相机的视觉定位方案。标定过程中移动的标定源携带光源,根据四个相机对光源的定位,实现标定源的准确定位,定位精度30mm。主动光源发出的光经过了液体闪烁体、纯水以及空气等折射率不同的介质,这种多介质、多界面的光路使得光源在液体闪烁体的位置和在相机靶面上的成像坐标呈严重的非线性,相机的线性成像模型不再适用。为此本文提出了一种基于多介质折射模型的定位方法。首先,根据环境参数建立多介质环境下相机的折射成像模型,采用光线追迹技术实现了光源在液体闪烁体球体内部CLS(Cable Loop System,CLS)切面的二维定位。同时,引入了数据融合方法,对多个相机进行数据融合,进一步提高了二维平面的定位精度。其次,对相机立体视觉模型进行研究,在多介质折射模型的基础上,提出基于多视图折射模型的定位方法,在几何层面对四个相机进行数据融合,实现了标定源的三维空间定位。相比于此前基于Zemax模型的二维定位方法,基于多介质折射模型的定位方法解决了相机安装位姿出现偏差无法建模的问题,实现了标定源的三维定位,并提高了定位精度。最后,为了验证基于多介质折射模型定位方法的可行性和定位精度,在暗室中建立了小型多介质仿真环境。结合相机标定校准、相机位姿解算、光斑质心定位等算法实现对光源的真实物理定位。实验结果表明,对于CLS面的二维定位,单目折射模型法定位误差小于3mm,多目视觉数据融合法定位误差小于2mm;对于球体内三维定位,多视图几何法误差小于3mm。利用本文的定位方法结合在标定过程中与超声波定位方法的交叉验证能够使视觉CLS面二维定位精度在30mm以内。

关键词：江门中微子实验视觉定位多介质环境折射成像模型

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