大亚湾探测器精细蒙特卡罗模拟

This project aims to establish a finest detector simulation software in the world for Daya Bay experiment. On one hand, this software can meet the requirements of physics goals in Daya Bay experiment, which can reduce the sysmatic uncertainties of theta(13) and absolute reactor neutrino flux and spectra measurements. On the other hand, the contents of this project, the gained experiences, the developed tools and methods can greatly help Jiangmen neutrino experiment which has been approved. The project includes fine simulation of energy nonlinear, energy nonuniformity, neutron scattering and capture, and PMT and electronics reponse. Through the study of this project, we expect to make the accuracy of detector simulation for Daya Bay experiment to be better than 1%.

本项目旨在为大亚湾中微子实验建立一套国际上最为精细的探测器模拟软件。一方面是为了满足大亚湾实验的物理需求，降低theta(13)和反应堆中微子绝对流强及能谱测量的系统误差。另一方面，本项目的研究内容，所积累的经验，所开发的方法和工具等，都将对已经立项的江门中微子实验探测器模拟起到巨大的帮助。本项目的研究内容包括能量非线性精细模拟，能量非均匀性精细模拟，中子散射与俘获精细模拟和PMT与电子学响应精细模拟等几个方面。通过对本项目的研究，我们期望能够使大亚湾实验探测器模拟的精度好于1%，使之处于国际领先地位。

本项目的目标是为大亚湾反应堆中微子实验建立一套国际上领先的精细探测器模拟软件，从而降低中微子振荡参数和反应堆中微子流强和能谱的测量误差，同时也为正在建造的江门中微子实验提供指导和积累经验，主要研究内容包括探测器能量响应非线性、能量非均匀性、中子散射与俘获和PMT及电子学响应精细模拟等几个研究内容。经过三年项目运行，主要研究进展包括：建立两套液闪模拟光学模型和一套PMT响应光学模型；从大亚湾实验数据中提取出液闪焠灭因子和液闪吸收重发射几率；改进Geant4中切仑科夫光产生的模拟过程；利用FADC系统记录的波形信息，大幅提高电子学模拟精度；改进Geant4对中子散射过程模拟，考虑处于束缚态中质子对中子慢化过程的影响；对比实验数据和不同理论模型，挑选出与实验数据符合最好的中子与钆俘获的伽玛能谱；基于实验数据，调节了反射板反射率和不同粒子的液闪发光时间常数，使模拟与数据符合。通过以上研究和努力，我们最终使模拟与实验数据在以上各个研究内容都能够符合在1%水平，达到了预期指标。所得结果已经发表并应用在反应堆中微子流强和能谱精确测量中，已发表两篇合作组文章，绝对探测效率误差从1.8%降低到0.75%。此外，本项目所得部分结果已经应用于江门中微子实验探测器模拟中。