超级神冈实验探测器 A 50k tons waterc detector located at lk m underground 探测器分为内外层: 一外层是直径为2米 的水,用来屏蔽环境 产生的中子,内层为 中微子探测器。 Am/ Be 39 Ikm 16
16 超级神冈实验探测器41.4 m 39.3 m A 50k tons water Č detector located at 1k m underground 1 km 探测器分为内外层： 外层是直径为 2 米 的水，用来屏蔽环境 产生的中子，内层为 中微子探测器。 中子 Am/Be
实验数据 信号:通过蒙特卡罗模拟得到 本底:无放射源状态下,实验获取数据 含中子数据:探测器置入放射源,实验获取数据 运行号放射源装置的位置(xy2z)cm 063923 35.3-70.70 063926 有无 数据存放处:data/AmBe/AmBe/06392*/ 不考虑噪音情况下的纯信号模拟数据: /data/AmBe/AmBe/mc/gamma 加入5kHz噪音的信号模拟数据: /data/AmBe/AmBe/mc/gammanoise 17
17 实验数据 运行号 063923 063926 放射源 有 无 数据存放处：/data/AmBe/AmBe/06392*/ 不考虑噪音情况下的纯信号模拟数据： /data/AmBe/AmBe/mc/gamma 装置的位置 (x,y,z) cm 35.3 -70.7 0 - - - 加入5 kHz噪音的信号模拟数据： /data/AmBe/AmBe/mc/gammanoise 信号：通过蒙特卡罗模拟得到 本底：无放射源状态下，实验获取数据 含中子数据：探测器置入放射源，实验获取数据
数据分析基本原理(1 Because of time-of-flight difference to individual pmt the PMT timings of 2. 2Mev y can not form a peak against BG 2.2MeVy f of hits Averaged bG PMT time f of hits Averaged BG PMT time 因此数据分析第一步是要做飞行时间修正以恢复信号峰。但是做飞行时间修正需要 顶点信息,而22 Mev gamma信号太弱而不能进行有效的顶点重建。解决方法是利 用已知的源的顶点代替,因为我们知道中子跑的离源不会太远(见问题1)
2.2MeV Because of time-of-flight difference to individual PMT, the PMT timings of 2.2MeV can not form a peak against BG. # of hits # of hits PMT time PMT time Averaged BG Averaged BG 数据分析基本原理（1） 因此数据分析第一步是要做飞行时间修正以恢复信号峰。但是做飞行时间修正需要 顶点信息，而2.2 MeV gamma信号太弱而不能进行有效的顶点重建。解决方法是利 用已知的源的顶点代替，因为我们知道中子跑的离源不会太远（见问题1）
数据分析基本原理(2) 分析步骤 1.利用源的顶点做飞行时间修正 2.利用10ns滑动的时间窗选出信号峰 10ns内击中数(N10)大于某个值时即认为是信号。为什么用 10ns窗呢?N10的阈值又怎么确定?见问题2和3 3.由于PMT噪音以及其它低能本底的偶然符合,利用步骤2 中的方法得到“信号”中依然含有大量本底。此时可以利用 更多信息以对信号和本底做进一步的分离。信号的特征是什 么?本底的特征又是什么?找出尽可能多的刻画这些特征的 变量。 做变量的分布图并研究变量之间的相关性,找出甄别能力大 的几个变量来。然后利用这些变量来构建神经网络
数据分析基本原理（2） 1. 利用源的顶点做飞行时间修正 分析步骤： 2. 利用10 ns滑动的时间窗选出信号峰 10ns内击中数(N10) 大于某个值时即认为是信号。为什么用 10ns窗呢？N10的阈值又怎么确定？见问题2和3。 3. 由于PMT噪音以及其它低能本底的偶然符合，利用步骤2 中的方法得到“信号”中依然含有大量本底。此时可以利用 更多信息以对信号和本底做进一步的分离。信号的特征是什 么？本底的特征又是什么？找出尽可能多的刻画这些特征的 变量。 做变量的分布图并研究变量之间的相关性，找出甄别能力大 的几个变量来。然后利用这些变量来构建神经网络
E Elast. Xsec. [barn] 基本问题 3 Mev 2281521E+00 2 MeV 2903645E+00 1 MeV 4246104E+00 1.右表是中子在不同能量下弹性散射的截面,又知中子被水中50o0234510 质子俘获的截面是03barn。试根据这些数据估算一个3MeV20y96470 中子在俘获前离源的平均距离,以证实利用源的顶点来做飞行 100 keV 1274229E+01 时间修正的合理性。 4kev16295501 20 keV 1809567E+01 提示:中子首先要慢化变成热中子,热中子在被俘获前还要发生 10 keV 1918418E+01 多次弹性碰撞(这一点从俘获截面和弹性散射截面数值上可以看4wy1933 出来)。因此中子离源的直线距离并不简单地等于平均自由程。2。201001 此时的热中子是做随机游动( random walk),唯一可求的是方均 1kev2030269E01 根距离,所得结果比平均自由程小得多,可参见费曼物理学讲义 500eV 2036926E+01 第一卷41章。类似的推理可以估算慢化阶段中子跑的距离。 200eV 2040944E+0 2.利用纯信号数据研究22MeⅤ gamma信号的基本特征: 100eV 2042288E40 1)做击中数的分布2)电荷值分布 50 eV 2042960E+01 3)T-TOF的分布,注意其宽度,以验证10ns窗的合理性 20 eV 2043364E+01 并解释分布的左右不对称。 10eV|2043499E401 3.研究N10的阙值。阈值越高,本底越少,但信号丢失的越多。520580 尝试4,5,6等不同的值,研究信噪比。假如仅根据N10,信噪比242000 能达到什么水平?试做出信号效率ⅤS本底概率的曲线 ev2043620E01 2043627E+01 4.进一步研究信号和本底的特征,尝试找出除N10之外的其它甄a2。20610 别量并利用神经网络做多元分析。再做信号效率ⅤS本底概率的0120600 曲线并同3中结果比较。 005eV 2043633E+01
20 基本问题 1. 右表是中子在不同能量下弹性散射的截面，又知中子被水中 质子俘获的截面是0.332 barn。试根据这些数据估算一个3 MeV 中子在俘获前离源的平均距离，以证实利用源的顶点来做飞行 时间修正的合理性。 提示：中子首先要慢化变成热中子，热中子在被俘获前还要发生 多次弹性碰撞（这一点从俘获截面和弹性散射截面数值上可以看 出来）。因此中子离源的直线距离并不简单地等于平均自由程。 此时的热中子是做随机游动（random walk)，唯一可求的是方均 根距离，所得结果比平均自由程小得多，可参见费曼物理学讲义 第一卷41章。类似的推理可以估算慢化阶段中子跑的距离。 2. 利用纯信号数据研究2.2 MeV gamma信号的基本特征： 1）做击中数的分布 2）电荷值分布 3）T – TOF的分布， 注意其宽度，以验证10 ns窗的合理性， 并解释分布的左右不对称。 3. 研究N10的阈值。阈值越高，本底越少，但信号丢失的越多。 尝试4，5，6等不同的值，研究信噪比。假如仅根据N10，信噪比 能达到什么水平？试做出信号效率VS本底概率的曲线。 4. 进一步研究信号和本底的特征，尝试找出除N10之外的其它甄 别量并利用神经网络做多元分析。再做信号效率VS本底概率的 曲线并同3中结果比较