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中子俘获诱导的核反冲作为反应堆处 CE$\nu$NS 测量的本底

高能物理 - 实验 2024-03-19 v2 核实验 仪器与探测器

摘要

核反应堆是 CEν\nuNS(相干弹性中微子-核散射)搜寻的一个有前景的中微子源。然而,反应堆现场也伴随高通量环境中子。中子俘获诱导的核反冲可产生一个谱,对于硅或锗探测器中的核反应堆测量,该谱在反冲能量 \lesssim\,100\,eV 时与 CEν\nuNS 信号强烈重叠。对于提供中等中微子通量的低功率研究堆,这一本底可能尤为关键。在本工作中,我们量化了该本底的影响,并表明,对于距 1\,MW 反应堆 10\,m 处的测量,有效热中子通量应保持在 \sim~7×\times~104^{-4}\,n/cm2^2s 以下,方可在 100~kg\,yr 曝光时间内用锗探测器以至少 5σ\sigma 水平测得 CEν\nuNS 事件。该通量相当于海平面通量的 60%,但需在名义上的高通量(反应堆)环境中实现。改进的探测器分辨率有助于测量,但热通量是实验灵敏度的关键参数。对于硅探测器,约束甚至更强,热中子通量必须低近一个数量级。该约束凸显了未来低阈值 CEν\nuNS 搜寻需要有效的热中子缓减策略。特别地,中子俘获诱导的本底可通过标记俘获后退激伽马射线的主动 veto 系统高效降低。

关键词

引用

@article{arxiv.2212.14148,
  title  = {Neutron capture-induced nuclear recoils as background for CE$\nu$NS~measurements at reactors},
  author = {A. J. Biffl and A. Gevorgian and K. Harris and A. N. Villano},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2212.14148},
  year   = {2024}
}

备注

7 pages, 3 figures, 1 table