低本底放射性探测器的测量方法与蒙卡模拟

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江门中微子实验JUNO(Jiangmen Underground Neutrino Observatory)的核心探测器是一个大型液闪探测器,利用2万吨的高纯液体闪烁体探测反应堆发出的中微子信号,对作为靶物质的液体闪烁体的238U和232Th放射性活度的基本要求小于10-15g/g。而工厂生产出来的液体闪烁体的天然放射性含量为10-12g/g-10-13g/g,所以需要对天然的液体闪烁体进行放射性纯化。那么对液体闪烁体放射性含量的测量工作,便成了JUNO液体闪烁体生产和纯化过程中质量控制的一个很重要的手段,因此需要搭建一个低本底放射性测量设备来监测液体闪烁体的放射性活度。在实验室条件下利用两个光电倍增管(XP2020)搭建了一个小型的低本底放射性测量设备,目的在摸索测量方法,为以后建造更大规模的灵敏度更高的探测器做准备。该设备通过测量238U系和232Th系中的特殊级联衰变来初步测量液体闪烁体的放射性含量。232Th衰变链中的212Bi-212Po衰变对和238U衰变链中的214Bi-214Po衰变对是非常特殊的β-α级联衰变,其中212Po半衰期是298ns,释放出的α粒子在液闪中淬灭之后的能量为1.2MeV;214Po半衰期是163μs,衰变产生的的α粒子在液闪中淬灭之后的能量为1MeV。假设232Th衰变链和238U衰变链中核素的放射性活度达到平衡状态,那么衰变链中所有核素都具有相同的活度,特殊衰变对的放射性含量便是其所对应衰变链的放射性含量,据此严格测量了该设备的灵敏度以及其探测效率。同时通过借鉴一些低本底放射性测量设备的屏蔽方法,设计了更大型的放射性测量设备,并通过Geant4模拟来确定设计方案的优劣,为以后搭建灵敏度更高的探测器做准备。
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