The Daya Bay reactor neutrino experiment is a high sensitivity experiment designed to determine the last unknown neutrino mixing angle $theta_{13}$ by measuring disappearance of reactor antineutrinos emitted from six 2.9 $GW_{th}$ reactors at the Daya Bay Nuclear Power Station. There are eight identical Gd-loaded liquid scintillator detectors deployed in two near (flux-weighted baseline 512 $m$ and 561 $m$) and one far (1579 $m$) underground experimental halls to detect the inverse beta decay interaction. This dissertation describes the Daya Bay Experiment and individual contributions to this experiment. Chapter 1 reviews the history of the neutrino and the neutrino oscillation phenomena. The reactor based neutrino experiments in different times are described in this chapter in detail. It presents the motivation of the Daya Bay Experiment. In Chapter 2, the neutrino detection method and the $theta_{13}$ relative measurement method are introduced. This chapter focuses on the design of the Daya Bay Experiment, including antineutrino detector, calibration system, muon veto system and muon tagging system. Chapter 3 shows the design, development, construction, and assembly of Muon Pool PMT calibration system, and presents an algorithm of calculating the muon pool PMT timing offset values. Chapter 4 focuses on the manufacture, installation and commissioning of RPC HV system. Chapter 5 presents the analyses of the radioactive isotopes induced by comic muons. The Daya Bay detector energy response model is also described in detail. The relative rate analysis results exclude a zero value from $sin^22theta_{13}$ with a significance of 7.7 standard deviation using 139 days of data, 28909 (205308) antineutrino candidates which were recorded at the far hall (near halls) and shows $sin^22theta_{13} = 0.089pm0.011$ in a three-neutrino framework. A combined analysis of the $overline nu_e$ rates and energy spectra based on the detector energy response model improved measurement of the mixing angle $sin^22theta_{13} = 0.090^{+0.008}_{-0.009}$ by using 217 days of data, 41589 (203809 and 92912) antineutrino candidates were detected in the far hall (near halls). Also the first direct measurement of the $overline nu_e$ mass-squared difference $|Delta m^2_{ee}|= (2.59^{+0.19}_{-0.20})times10^{-3}$ $eV^2$. It is consistent with $|Delta m^2_{mumu}|$ measured by muon neutrino disappearance, supporting the three-flavor oscillation model. / Ph. D.

Im Zuge dieser Arbeit wurden die für die Dosimetrie mit BeO-OSL-Detektoren wichtigen Größen Energieansprechvermögen und Nachweiseffizienz experimentell ermittelt. Anschließend konnten die Ergebnisse genutzt werden, um ein Modell der lokalen Sättigung zur Berechnung der Effizienz für unterschiedlichste Bestrahlungsbedingungen zu generieren. Mit Hilfe des Modells lassen sich Vorhersagen zur Nachweiseffizienz für Photonen und Elektronen in dem in der Personen- und Ortsdosimetrie gängigen Energiebereich von 10 keV bis zu mehreren MeV treffen. Dabei nimmt die Effizienz für Elektronen mit sinkenden Energien kontinuierlich ab. Photonen zeigen einen ähnlichen Effekt, jedoch kommt es bei Energien im Bereich von 40-80 keV zu einem kurzen Anstieg der Effizienz mit fallender Energie, welcher sich durch die Wechselwirkungseigenschaften der Photonen erklären lässt. Die experimentellen und modellierten Nachweiseffizienzen können genutzt werden, um die Anzeige eines BeO-OSL-Detektor aus mit Strahlungstransportprogrammen ermittelten Dosiswerten zu berechnen. Auf experimentell gestützte Optimierungen von Bestrahlungsgeometrien kann so größtenteils verzichtet werden. Als Beispiel für die Anwendung der Nachweiseffizienz werden das Energieansprechvermögen für Beta-Strahler, des iBeOx-Personendosimeters sowie die Konzeption eines OSL-Ortsdosimeters aufgeführt. / In the course of this work, the experimental detection efficiency for BeO-OSL-detectors was determined for different radiation qualities. Subsequently the results were used to generate a model of local saturation for calculating the efficiency for different irradiation conditions. With the help of the model predictions for the detection efficiency for photons and electrons in the common energy range for personal and environmental dosimetry, reaching from 10 keV up to some MeV, are possible. The efficiency for electrons decreases with falling energy continuously. Photons show a similar effect, but for energies ranging from 40-80 keV the efficiency increases with decreasing energy. This can be explained by the interaction effects of the photons with the detector material. The experimental and modelled detection efficiencies can be used to calculate the display of a BeO-OSL detector from dose values determined with radiation transport programs. Three examples, the energy dependence for beta emitters, for the iBeOx personal dosimeters and the development of an environmental OSL-dosimeter are listed.

Im Zuge dieser Arbeit wurden die für die Dosimetrie mit BeO-OSL-Detektoren wichtigen Größen Energieansprechvermögen und Nachweiseffizienz experimentell ermittelt. Anschließend konnten die Ergebnisse genutzt werden, um ein Modell der lokalen Sättigung zur Berechnung der Effizienz für unterschiedlichste Bestrahlungsbedingungen zu generieren. Mit Hilfe des Modells lassen sich Vorhersagen zur Nachweiseffizienz für Photonen und Elektronen in dem in der Personen- und Ortsdosimetrie gängigen Energiebereich von 10 keV bis zu mehreren MeV treffen. Dabei nimmt die Effizienz für Elektronen mit sinkenden Energien kontinuierlich ab. Photonen zeigen einen ähnlichen Effekt, jedoch kommt es bei Energien im Bereich von 40-80 keV zu einem kurzen Anstieg der Effizienz mit fallender Energie, welcher sich durch die Wechselwirkungseigenschaften der Photonen erklären lässt. Die experimentellen und modellierten Nachweiseffizienzen können genutzt werden, um die Anzeige eines BeO-OSL-Detektor aus mit Strahlungstransportprogrammen ermittelten Dosiswerten zu berechnen. Auf experimentell gestützte Optimierungen von Bestrahlungsgeometrien kann so größtenteils verzichtet werden. Als Beispiel für die Anwendung der Nachweiseffizienz werden das Energieansprechvermögen für Beta-Strahler, des iBeOx-Personendosimeters sowie die Konzeption eines OSL-Ortsdosimeters aufgeführt.:1 Einleitung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Grundlagen zur Dosimetrie ionisierender Strahlung 2.2 Optisch Stimulierte Lumineszenz 2.3 Dosimetrie mit Hilfe der Optisch Stimulierten Lumineszenz 3 Material und Methoden 3.1 Berylliumoxiddetektoren und Dosimeter 3.2 Auswerteverfahren 3.3 Bestrahlungsmöglichkeiten 3.4 Strahlungstransportberechnungen 4 Experimentelle Ergebnisse 4.1 Rechnerisches Ansprechvermögen für BeO-OSL-Detektoren 4.2 Experimentelles Ansprechvermögen für BeO-OSL-Detektoren 4.3 Vergleich von rechnerischem und experimentellem ASV für BeO- Detektoren 4.4 Effizienz für BeO-OSL-Detektoren 5 Modellierung der Effizienz von BeO-OSL-Detektoren 5.1 Target-Modell 5.2 Berechnung der Effizienz auf Grundlage des Modells der lokalen Sättigung 5.3 Ergebnisse der Modellierung 6 Anwendungen 6.1 Ansprechvermögen für Beta-Strahler 6.2 Energieansprechvermögen des iBeOx-Personendosimeters 6.3 Konzeption eines Ortsdosimeters auf Basis des iBeOx-Dosimetriesystems 7 Zusammenfassung 8 Literaturverzeichnis A Anhang A.1 Theorie A.2 Messdaten und Ergebnisse A.3 Effizienzen für unterschiedliche Bestrahlungsgeometrien / In the course of this work, the experimental detection efficiency for BeO-OSL-detectors was determined for different radiation qualities. Subsequently the results were used to generate a model of local saturation for calculating the efficiency for different irradiation conditions. With the help of the model predictions for the detection efficiency for photons and electrons in the common energy range for personal and environmental dosimetry, reaching from 10 keV up to some MeV, are possible. The efficiency for electrons decreases with falling energy continuously. Photons show a similar effect, but for energies ranging from 40-80 keV the efficiency increases with decreasing energy. This can be explained by the interaction effects of the photons with the detector material. The experimental and modelled detection efficiencies can be used to calculate the display of a BeO-OSL detector from dose values determined with radiation transport programs. Three examples, the energy dependence for beta emitters, for the iBeOx personal dosimeters and the development of an environmental OSL-dosimeter are listed.:1 Einleitung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Grundlagen zur Dosimetrie ionisierender Strahlung 2.2 Optisch Stimulierte Lumineszenz 2.3 Dosimetrie mit Hilfe der Optisch Stimulierten Lumineszenz 3 Material und Methoden 3.1 Berylliumoxiddetektoren und Dosimeter 3.2 Auswerteverfahren 3.3 Bestrahlungsmöglichkeiten 3.4 Strahlungstransportberechnungen 4 Experimentelle Ergebnisse 4.1 Rechnerisches Ansprechvermögen für BeO-OSL-Detektoren 4.2 Experimentelles Ansprechvermögen für BeO-OSL-Detektoren 4.3 Vergleich von rechnerischem und experimentellem ASV für BeO- Detektoren 4.4 Effizienz für BeO-OSL-Detektoren 5 Modellierung der Effizienz von BeO-OSL-Detektoren 5.1 Target-Modell 5.2 Berechnung der Effizienz auf Grundlage des Modells der lokalen Sättigung 5.3 Ergebnisse der Modellierung 6 Anwendungen 6.1 Ansprechvermögen für Beta-Strahler 6.2 Energieansprechvermögen des iBeOx-Personendosimeters 6.3 Konzeption eines Ortsdosimeters auf Basis des iBeOx-Dosimetriesystems 7 Zusammenfassung 8 Literaturverzeichnis A Anhang A.1 Theorie A.2 Messdaten und Ergebnisse A.3 Effizienzen für unterschiedliche Bestrahlungsgeometrien

科学研究費補助金 研究種目:一般研究(C) 課題番号:04680228 研究代表者:青山 隆彦 研究期間:1992-1993年度