在 Soudan 矿井利用液体闪烁探测器测量缪子诱导中子

我们报告了利用在 Soudan 矿井运行约两年的 12 升 EJ-301 液体闪烁体中子探测器，直接探测到缪子诱导的高能中子。利用放射源和宇宙线缪子，对探测器从几 MeV 到 $\sim$ 20 MeV 的能量响应进行了校准。随后，我们在 Monte Carlo 模拟中利用 Birks 定律计算了高达几百 MeV 的核反冲闪烁效率。分析了 655.1 天的曝光数据，在 4 MeV 至 50 MeV 的能量区域观测到了中子诱导的反冲事件，对应于动能高达几百 MeV 的快中子，具体取决于散射角。结合 Monte Carlo 模拟，确定缪子诱导的快中子通量为 $(2.3 \pm 0.52 (sta.) \pm 0.99 (sys.) ) \times10^{-9}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$ (E$_{n}$ $>$ 20 MeV)，与模型预测合理吻合。发现缪子通量为 ($1.65\pm 0.02 (sta.) \pm 0.1 (sys.) ) \times10^{-7}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$ (E$_{\mu}$ $>$ 1 GeV)，与其他测量结果一致。作为结果，模拟得出 Soudan 深度处的缪子诱导高能伽马射线通量为 7.08 $\times$10$^{-7}$cm$^{-2}$s$^{-1}$ (E$_{\gamma}$ $>$ 1 MeV)。