STUDIES OF REACTOR ELECTRON NEUTRINO MAGNETIC MOMENT AND RADIATIVE DECAY M-C simulation Experiment Measurement Magnetic moment Radiative decay Theory calculation Experiment Measurement Magnetic moment Radiative decay
electron neutrino flux Simulation of reactor electron neutrino flux 核材料 裂变产物核 中子 反应堆结构材料 中子输运 建立反应堆几何模型 EC衰变核生成概率 电子中微子通量 建立物理模型 丰中子核 电子反中微子的发射过程 －衰变 EC EC 电子中微子的发射过程 丰中子核 －衰变 稳定核 偶－偶核 稳定核
M－C模拟——反应堆 电子中微子来源 裂变产物核 反应堆结构材料核 直接裂变产物核 Z 104Tc 18m 103Tc 50s 104Ru stable 103Ru 39d 104Rh 42s 103Rh 104Pd 裂变产物核 －衰变 n EC － N 直接裂变 生成核 裂变产物核 反应堆结构材料核 7E-10 - 3E-10 <3E-8 235U Y(Z, N)×PEC (Per fission) 1.7E-6 1.3E-5 239Pu 1E-7 1.2E-8 6.0 1.26 128I 4E-8 0.3 0.88 110Ag 1E-9 1.7 1.9 108Ag 7E-8 0.4 1.15 104Rh <1E-5 0.2 87Sr 1.4E-5 0.005 0.53 86Rb Y(Z, N) PEC(%) QEC(MeV) 直接裂变产物核
M－C模拟——反应堆 电子中微子来源 中子活化的 裂变产物核 QEC(MeV) σn (barns) PEC(%) Y(Z, N) (Per fission) Y(Z, N)×PEC 235U 239Pu 104Rh 1.15 146 0.4 3.2 6.8 1.3E-4 2.7E-4 110Ag 0.88 89 0.3 0.03 1.1 9E-7 3.3E-5 122Sb 1.62 6.2 2.2 0.012 0.043 2.6E-6 1.0E-5 128I 1.26 6.0 0.12 0.52 6.9E-5 3.1E-4
各体元内，不同核素的中子俘获几率百分比： 反应堆电子中微子通量M－C模拟 ——物理模型 结构材料核发出电子 中微子的总通量： 各体元内，不同核素的中子俘获几率百分比： 各结构材料核的贡献： 50Cr, 54Fe, 58Ni, 112Sn 反应堆结构材料核被中子活化 51Cr + e- 51V + νe 55Fe + e- 55Mn + νe 59Ni + e- 59Co + νe 113Sn + e- 113In + νe
反应堆电子中微子通量M－C模拟 ——几何模型 核燃料: UO2 ; 235U富集度 : 3 %; 燃料棒高度: 400cm; 50Cr in RC , SS & Zr-alloy; 54Fe in RC , SS & Zr-alloy; 58Ni in RC , SS& Zr-alloy; 112Sn in Zr-alloy; 核燃料: UO2 ; 235U富集度 : 3 %; 燃料棒高度: 400cm; 燃料棒半径: 18.4cm;
反应堆电子中微子通量M－C模拟 ——几何模型 钢筋混凝土4967吨、不锈钢1040吨、锆－2合金33吨 50Cr --0.95%; 54Fe --4.2%; 58Ni --6.3%; 112Sn --0%. 50Cr --0.01%; 54Fe --0.1%; 58Ni --0.63%; 112Sn --0%. 50Cr --0.005%; 54Fe –0.006%; 58Ni --0.34%; 112Sn –0.01%.
反应堆电子中微子通量M－C模拟 ——模拟过程 源中子抽样 Watt 裂变谱： 热中子诱发: a＝0.988 b＝2.249 中子通量估算 事件记录
Simulation result 裂变中子全部被屏蔽体吸收 在探测器位置，由51Cr通过EC衰变发出的电子中微子通量为：4.0×109cm-2s-1 模型检验—— 临界计算结果为： k-eff＝1.0252±0.0002
Data analysis for reactor electron neutrino magnetic moment 标准模型： mν = 0 反应堆中微子实验结果： 扩展 Particle Data Group 推荐实验结果(2002, BEACOM99,shape)： n < 1.5×10－10B TEXONO实验结果(2003)： n < 1.3×10－10B
数据分析物理基础——中微子磁矩 中微子电子散射 反冲电子谱表达式 中微子磁矩拟合表达式
实验数据分析——中微子磁矩 Nsm(E)和Nmm(E) 时间平均 A0－Aoff＝2.5×109 cm－2s－1 t2 t3 t4 t1 t0 Reactor on Aoff Aon Reactor off b) 日期 中微子通量 时间平均 t0： 2001年9月8日； t1： 2001年10月8日； t2： 2001年11月14日； t3： 2001年12月18日； t4： 2002年1月15日； A0－Aoff＝2.5×109 cm－2s－1
数据分析物理基础——中微子磁矩 Nsm(E)和Nmm(E) 入射电子中微子： 通量：2.5×109cm-2s-1 能量： 747keV 探测器： 材料：HPGe 质量：1.054kg
实验数据分析——数据处理流程图 否 是 读第一个文档 date.rz Standard cut (PSD, cosmic-veto, anticompton) 能量刻度 存单个谱Ni(E) 是否读下一个文档？ 读下一个文档 将完成刻度的能谱相加ΣNi(E) 调入各个文档的测量实时间Ti 对Ti进行死时间修正(ai)、随机修正(bi, ci) 能谱归一化处理 n(E)=ΣNi(E)/ ΣTiai bici 结束 实验数据分析——数据处理流程图
归一化处理后的Non(E)和Nbkg(E) 实验数据分析 ——谱数据处理 归一化处理后的Non(E)和Nbkg(E) Non(E)－Nbkg(E)
实验数据分析 ——中微子磁矩拟合
Particle Data Group 推荐实验结果(2002, REFFELT85)： 数据分析物理基础——中微子衰变 Particle Data Group 推荐实验结果(2002, REFFELT85)： tc.m/ mn > 7×109s/eV 反应堆实验结果(Reins 74) tc.m/ mn > 300 s/eV (C.L. 90%) 反应堆实验结果(Oberauer 87 ) tc.m/ mn > 22 s/eV (右旋狄喇克中微子，C.L. 68%) tc.m/ mn > 38 s/eV (马约喇纳中微子，C.L. 68%) tc.m/ mn > 59 s/eV (左旋狄喇克中微子，C.L. 68%)
数据分析物理基础——中微子衰变 衰变模式 衰变寿命(c.m./m) 实验数据拟合
数据分析物理基础 ——中微子衰变 能量范围：0～6MeV
数据分析物理基础 ——中微子衰变 Non(E)－Nbkg(E)
数据分析物理基础 ——中微子衰变 h＝－0.055±0.061 t/mn≥1.3 s·eV－1 (C.L. 68%)
Conclusion M-C模拟计算结果表明，在探测器位置，由51Cr发出的电子中微子通量为4.0×109cm2s-1； 在模拟计算基础上,对实验数据进行了分析, 给出了基于反应堆的电子中微子磁矩及衰变寿命的限值： t/mn≥1.3 s·eV－1 (C.L. 68%)
Physics potential 71Ga(ne, e－)71Ge 115In 176Yb 100Mo 160Gd 82Se 靶材料 核素 天然丰度 （％） 靶核数n (1027) SNU 55Fe 51Cr 59Ni X(ne, e－)Y 事件率 （记数/天） Gallium 71Ga 39.89 33.7 431.4 457.3 3943 0.037 0.039 0.336 Indian 115In 95.7 49.9 8.9 30.2 42.6 0.026 0.088 0.124 Ytterbium 176Yb 12.7 4.3 24 779 7827 0.009 0.292 2.939 Molybdenum 100Mo 9.63 5.8 106 438 928 0.053 0.220 0.465 71Ga(ne, e－)71Ge 115In 176Yb 100Mo 160Gd 82Se