大亚湾阻性板探测器离线软件研究

大亚湾反应堆中微子实验的主要科学目标是测量中微子混合角θ13 至sin22θ13<0.01 的精度。要达到如此高的实验精度，除了精确测量反应堆中微子信号外，还要求精确测量本底。大亚湾的三种主要本底来源均与宇宙线直接相关，因此实验设计了阻性板探测器与水切伦科夫探测器，构成反符合系统，共同探测宇宙线。其联合探测效率设计为99.5%，不确定度为0.25%。其中阻性板探测器有4层,地毯式覆盖，采用4选3（2）来提高探测效率和降低偶然符合。为达到实验设计指标、提高探测效率、降低系统误差，要求开发高性能的离线软件。其中刻度软件直接为物理分析提供宇宙线探测效率，从而影响宇宙线本底的测量结果；重建软件提供宇宙线的位置和径迹信息，通过空间关系排除宇宙线诱发的中子来减小其本底影响；模拟软件用于研究探测器的性能，通过与实验数据的对比和参数调节来降低系统误差，并直接影响θ13的灵敏度计算。

本课题按计划完成了大亚湾反应堆中微子实验阻性板探测器（RPC）模拟、刻度、重建软件的开发，对大亚湾的物理分析提供了支持并做出了直接的贡献。其中开发了宇宙线缪子产生子，模拟了缪子从地面到地下实验大厅的传播。基于Geant4实现了全部三个实验厅RPC探测器的几何描述和记录RPC探测单元的击中信息。实现了RPC电子学、触发和读出系统的模拟以及事例时间顺序的模拟。开发了原始数据接口软件包，读入真实的实验数据并进行解码和事例组装，同时实现了事例离线排序的功能，为中微子事例的时间关联分析提供了保证。开发了RPC层效率和模块效率刻度算法，开发了RPC模块噪声刻度算法，对刻度样本的挑选进行了深入的研究和优化。实现了探测器间相对时间延迟的刻度，为研究同时穿过多个探测器的宇宙线缪子事例提供了技术支持。开发了RPC的重建算法，针对不同类型和不同角度的宇宙线缪子事例，可以分别重建入射点位置或重建径迹，同时实现了RPC与中心探测器的径迹联合重建。开发了实时数据质量监控软件，对RPC的运行状况和性能进行及时有效的监控。利用以上新开发的离线软件重点对探测器的性能进行了长期追踪，分析RPC工作不稳定的原因并从探测器工作参数以及离线数据分析两个方面进行了改进和优化。最终利用RPC的数据提出并完成了测量快中子本底的新方法，将快中子本底误差降为原来的一半，结果直接用于大亚湾最新的中微子混合角theta13分析。