基于ADS加速器的中微子物理理论研究

Accelerator Driven Subcritical System (ADS) reactors are being developed to find an efficient way to solve the problem of the nuclear waste and to produce energy: the China-ADS (C-ADS) project is centered on the design and the construction of such a machine. The accelerator required for this project will produce, as a by-product, a large amount of neutrinos. During phase II of this project they will be produced via muon Decay At Rest (μDAR); even during phase I, when the energy of the beam will be lower, it is still possible to produce neutrinos via Isotope Decay At Rest (IsoDAR). We want to perform a theoretical study, exploring the possibilities offered by this new accelerator in the field of neutrino physics. In particular it will be possible test the unitarity of the mixing matrix, searching for the presence of sterile neutrinos and testing definitively the anomalies which were noticed by several other experiments in the appearance and disappearance channels. In the phase II of the ADS project it will also be possible to determine the value of the CP-violating phase in the leptonic sector without the degeneracies that affect other experiments, like NOvA and T2K.

目前，中国的ADS合作组（C-ADS）正致力于设计和构建加速器驱动的次临界系统（ADS）,以寻找一种解决核废料的有效方法，并以此产生能源。而这一项目所需要的高流强加速器在运行时，会有大量的中微子作为副产品产生出来。在这一项目的第二阶段，μ子静止衰变过程（μDAR）会产生出大量的中微子，即使是在第一阶段束流能量较低时，通过同位素静止衰变过程（IsoDAR）同样可以产生中微子。我们希望展开理论研究，来探讨这一新的加速器为中微子物理研究提供的机遇，尤其是在验证混合矩阵的幺正性、探寻惰性中微子及检验中微子产生和消失道的异常现象方面，其中产生和消失道的异常已被其它实验所注意到。在ADS项目的第二阶段，本项研究还有可能确定CP破缺相位角的值，且不会像NOvA或者T2K实验一样，受到参数简并效应的影响。

这些年来，我们研究了可在ADS设施上运行的中微子实验。 在C-ADS项目的第一阶段，可以通过在靶周围放置锂7套筒（转换器）产生锂8的β衰变来产生IsoDAR中微子。我们研究了如何优化锂8产量，同时关注中子产量和转换效率。为了增加吸收截面，应将中子减速至热能；在第一个IsoDAR设计中，这是通过在目标和转换器之间放置一个调节器来实现的。我们发现该解决方案效率很低，如果将减速剂与转换器混合使用，例如使用氘化锂（LiOD）之类的化合物，转换器效率将得到显着提高。我们还研究了背景的主要来源，即快中子和锂9 /氦8衰变。与ADS靶小组合作，我们还为不需要锂7套筒的IsoDAR实验提出了一种新设计：在CMIF设施中，氘核束将与铍靶碰撞：此处锂8将由碰撞产生，而且不需要转换器，并降低了实验成本。另一方面，光束的亮度会大大降低，从而降低了实验的灵敏度。我们还考虑了背景，计算出了预期的灵敏度：与使用反应堆中微子的其他无菌中微子实验相比，在高区域仍然有可能获得竞争界限。. 当能量更高时，也可以通过μDAR产生中微子。2017年，COHERENT合作组使用μDAR中微子测量相干弹性中微子核散射（CENNS）; 从该通道可以得到有关中子半径分布的重要信息。COHERENT使用了脉冲光束，可以大大减少背景，这在ADS上是不可能的，因此应实施非常好的否决策略。或者，CSNS上的光束是脉冲的，我们可以在CSNS上运行该实验。 我们计算了CSNS可以达到的精度，以及淬火事实的不确定性如何影响最终结果。

内容获取失败，请点击重试