RENO 실험에서 선형알킬벤젠 기반 액체섬광검출용액의 광학적 특성 연구 = Study on the Optical Properties of a Linear Alkyl Benzene-based Liquid Scintillator in the RENO

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The RENO (Reactor Experiment for Neutrino Oscillation) experiment is designed to measure the unknown neutrino mixing angle parameter Θ_(13) by using anti-neutrinos emitted from the Yonggwang nuclear power plant in Korea. The reactor anti-neutrinos are detected through the IBD (Inverse Beta Decay) process followed by neutron capture. The prompt positron annihilates and yields an ~1 MeV visible energy. After a few μsec, an ~8 MeV delayed neutron signal captured by gadolinium (Gd) is released. The RENO detector consists of four concentric cylindrical layers; from the inner to the outermost, the four layers are the target, the γ-catcher, the buffer and the veto. The target consists of an acrylic vessel holding the gadolinium-loaded liquid scintillator (GdLS). The target is surrounded by the γ-catcher, which is filled with the LS. The buffer contains MO (mineral oil). The veto is filled with pure water. If the wavelength, the concentration, and the absorption are to be optimized, having exact knowledge of the optical properties of the liquid scintillator is very important.
Based on our measurements, we calculate the attenuation length, the scattering fraction, and the absorption probability.

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RENO (Reactor Experiment for Neutrino Oscillation) 실험은 영광원자력 발전소 부근의 원자로에서 나오는 중성미자를 검출하여 진동변환상수를 측정하는 실험이다. 원전 핵반응에서 방출된 중성미자가검출기내의 양성자 표적에 충돌해 양전자와 중성자가 생성되는 역베타붕괴 (IBD, Inverse Beta Decay) 과정을 이용한다. 여기서 양전자는전자와 쌍소멸 (pair annihilation)한 후 각에너지가 ~0.511 MeV가되는 2개의 감마선을 방출한다. 한편 중성자는 수 μsec정도진행하다가 가돌리늄 (Gd)에 의해 포획되어 ~8 MeV의 에너지를방출한다. 이 두 에너지의 시간차에 의해 중성미자를 재구성할 수 있어배경사건을 효과적으로 줄일 수 있다. 검출기는 원통형으로 이루어져있는데 안쪽에서 바깥쪽으로 target, γ-catcher, buffer, veto의4영역으로 나누어지고, Gd-LS (Gd-loaded Liquid Scintillator), LS (Liquid Scintillator), mineral oil, 3차 증류수가 각각 채워진다.
액체섬광검출용액은 RENO 실험에 맞게 파장, 농도, 흡광도 등을최적화해야 하기 때문에 이들 물질의 광학적 성질을 정확히 아는 것은매우 중요하며 이 결과를 이용하여 감쇄거리 (attenuation length),산란비율 (scattering fraction), 흡수 확률 (absorption probability)을구해보았다.

참고문헌 (Reference)

1 W. Pauli, 14 : 1-, 2000

2 K. Eguchi, 92 : 071301-, 2004

3 박정식, "국내생산 LAB기반 액체섬광검출용액의 특성 연구" 한국물리학회 58 (58): 62-67, 2009

4 "http://elchem.kaist.ac.kr/vt/chemed/spec/beerslaw.htm"

5 J. K. Ahn, "hep-ex arXiv:1003. 1391"

6 William R. Leo, "Techniques for Nuclear and ParticlePhysics Experiments"