The starting SNO+ experiment, successor to the Sudbury Neutrino Observatory, is a neutrino detector using LAB based liquid scintillator as active medium. Situated in the SNOLab deep underground laboratory in Sudbury, Canada, the rock overburden amounts to about 6 km.w.e., providing an effective shielding against cosmic rays. The residual muon rate is 63 μ/day going through the detector volume. About 780 t of an LAB mixture inside an acrylic sphere with a 6 m radius will be observed by ≈ 9300 photomultipliers, surrounded by a ≈ 7000 t water shielding. SNO+ will be searching for low energy solar-, geo-, reactor- and supernova neutrinos, but the main goal is the observation of the neutrinoless double beta decay in Te-130. Under operating conditions, the scintillator will be cooled to about 12° C. This work investigated the effect of temperature changes on the light output of LAB based liquid scintillator in a range from -5° C to 30° C with α-particles and electrons in a small scale setup. Assuming a linear behaviour, a combined negative temperature coefficient of (−0.29 ± 0.01) %/° C is found. Considering hints for a particle type dependency, electrons show (−0.17 ± 0.02) %/° C whereas the temperature dependency seems stronger for α-particles (−0.35 ± 0.03) %/° C. A pulse shape analysis shows increased strength of a slow decay component at lower temperatures, pointing to reduced non-radiative triplet state de-excitations at lower temperatures. Furthermore, this work found upper bounds for the in-situ muon-induced isotope production via scaling calculations and simulations with Geant4 based software. For the most concerning isotope C-11, an upper limit of about 1.3 × 10^3 decays/kt/yr is found and a reduction technique, developed by the Borexino collaboration, can be effectively applied for SNO+. Also a muon reconstruction algorithm is implemented, performing reasonably well, but not good enough to improve the background reduction scheme. / Das zukünftige SNO+ experiment, Nachfolger des Sudbury Neutrino Observatory, ist ein Neutrino-Detektor mit LAB basierten Flüssigszintillator als aktivem Medium. Im SNOLab Untertagelabor (Sudbury, Kanada) gelegen, ist es durch die Felsüberdeckung von 6 km.w.e. hervorragend gegen kosmische Strahlung abgeschirmt. Die Rate der übrigen Myonen die das Detektorvolumen durchdringen beträgt ca. 63 μ/Tag. In einer Acrylkugel, mit einem Radius von 6 m, wird eine LAB Mischung von ≈ 9300 Photomultipliern beobachtet und von einer Wasserabschirmung von ≈ 7 kt umgeben. SNO+ wird nach niederenergetischen solaren-, Geo-, Reaktor- und Supernova Neutrinos suchen, aber das Hauptziel ist die Beobachtung von neutrinolosen doppelten Betazerfällen in Te-130. Unter den Betriebsbedingungen wird der Flüssigszintillator eine Temperatur von ca. 12° C annehmen. Diese Arbeit hat den Einfluss von Temperaturveränderungen in einem Bereich von -5° C to 30° C auf die erzeugte Lichtmenge untersucht. Dazu wurden α-Teilchen und Elektronen in einem kleineren Versuchaufbau beobachtet. Unter der Annahme eines linearen Verhaltens, wurde ein globaler negativer Temperaturkoeffizient von (−0.29 ± 0.01) %/° C gefunden. Unter Berücksichtigung von Hinweisen auf eine Teilchenartabhängigkeit, findet sich für Elektronen ein Koeffizient von (−0.17 ± 0.02) %/° C, wohingegen α-Teilchen eine stärkere Abhängikeit von (−0.35 ± 0.03) %/° C aufweisen. Eine Pulsformanalyse zeigt eine bei tieferen Temperaturen stärker ausgeprägte langsame Zerfallskomponente, was darauf hinweist dass die nicht-radiativen Abregungen der Triplet-Zustände bei niedrigeren Temperaturen reduziert sind. Weiterhin wurden in dieser Arbeit obere Ausschlußgrenzen für in-situ Myon-induzierte Isotopenproduktion gefunden, wozu Skalierungsrechnungen und Simulation mit auf Geant4 basierender Software benutzt wurden. Für das wichtigste Isotop C-11 wurde eine obere Grenze von 1.3 × 10^3 Ereignisse/kt/Jahr gefunden und eine Technik zur Reduzierung des Untergrundes, entwickelt von der Borexino Kollaboration, kann effektiv für SNO+ angewendet werden. Darüber hinaus wurde eine Myon Spurrekonstruktion implementiert, die sinnvolle Ergebnisse liefert, aber nicht gut genug ist um die Untergrund Reduzierung zu unterstützen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa.de:bsz:14-qucosa-212092 |
| Date | 24 October 2016 |
| Creators | Sörensen, Arnd |
| Contributors | Technische Universität Dresden, Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Prof. Dr. Kai Zuber, Prof. Dr. Kai Zuber, Prof. Dr. Soo-Bong Kim |
| Publisher | Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
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