中微子探测器

观测中微子的实验设备
中微子探测器(Neutrino detector),是观测中微子的实验设备。中微子探测器技术可广泛用于先进反应堆、核材料生产堆、乏燃料贮存与处置等设施的保障监督与核查。[3][2][1][6]
1956年,美国科学家通过反应堆中微子实验首次检测出中微子信号。此后,法国舒兹实验等通过改进反应堆中微子探测器技术,提升中微子探测器的探测效率和置信度。20世纪80年代开始,多国在测定了反应堆主要核素的特征中微子能谱后,进行了一些以增强核安全技术手段为目的的反应堆中微子探测器实验。2002年,日本神冈反应堆中微子实验将1000吨中微子探测器部署在地下等效水深2700米处。2007年,美国小型中微子探测器桑格斯证明通过测量中微子通量和能谱可监测反应堆运行状态。[7]2012年,由中国科学家主持的大亚湾反应堆中微子探测器发现了中微子第三种振荡模式。[8]2016年,法国的中微子探测器探测出堆芯内钚含量。[7]2022年5月,中国主持的第二个大型中微子实验项目——江门中微子实验建设,其核心探测设备——中微子探测器位于地下实验大厅内44米深的水池中央。[9]截至2023年6月,中国江门中微子探测器实验装置的土建工程基本完成。2024年,该中微子探测器开始灌装液体的工作并运行取数,预计率先在全球测得关键数据。[6]
深埋地下的中微子探测器主要采用圆柱型/柱型结构、有机玻璃球体结构或气球(薄膜)结构,而海底探测器则主要采用线型结构。[4]中微子探测器加深了对于物理学的理解,寻找空间的点源(中微子天文)。[5]目前[a]提出的小型中微子探测器主要基于IBD反应进行开发,其拥有较大的反应截面、噪声本底处理相对较容易、研究比较成熟,基于CEvNS的探测技术近年来取得了很大突破,但由于噪声本底复杂,对低能中微子探测效率优势不明显。后续可针对不同本底来源进行模拟研究,并采取智能算法对数据进行训练、清洗,进一步提高本底排除能力,同时还需对探测器结构及数据获取进行进一步优化。[10]

发展历史

奥地利物理学家泡利1930年提出中微子预言后,1956年,美国科学家通过反应堆中微子实验首次检测出中微子信号。此后,法国舒兹实验等通过改进反应堆中微子探测器技术,提升中微子探测器的探测效率和置信度。20世纪80年代开始,多国在测定了反应堆主要核素的特征中微子能谱后,进行了一些以增强核安全技术手段为目的的反应堆中微子探测器实验。在各国中反应堆中微子探测器技术成为应用主流。[7]