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Feasibility Analysis and Prototype Measurements of a Novel Approach for the Real-Time Spectroscopy of Low Energy Solar Neutrinos

Motta, Dario Giuseppe

German Title: Machbarkeitstudie und Prototype-Messungen eines neuartigen Ansatzes für die Echtzeit-Spektroskopie von niederenergetischen Sonnenneutrinos

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Postscript, English
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Abstract

The LENS project aims at the real-time spectroscopy of low energy solar neutrinos. Detection would proceed via inverse-EC to an isomeric state. The coincidence of prompt electron and delayed nuclear de-excitation gives a specific signature for background suppression. The most promising targets are Yb-176 and In-115. In both cases the detector would be modular and the target dissolved in liquid scintillators. The Yb-176 tag is difficult, because of the short delay (lifetime=50 ns) and low energy (E=72 keV) of the coincident event. The background due to statistical self-correlations of single events was investigated. This included the measurement of the fluorescence time of metal-loaded scintillators, the study of reflections from photomultipliers and the development of photon-tracing simulations. In a indium detector the background suppression requires high granularity and good energy resolution. Through measurements and simulations it was shown that the detector optical performances would not be dominated by the segmentation. As a result of these investigations, the project advanced to the pilot phase, with the construction of prototype detectors. The optical performances of prototype cells were measured, including attenuation length, energy and spatial resolution. First background results of the final LENS prototype are presented. The implications of these investigations for the feasibility of both proposed approaches is discussed.

Translation of abstract (German)

Ziel des LENS Projekts ist die Echtzeit-Spektroskopie von niederenergetischen Sonnenneutrinos. Der Neutrinonachweis erfolgt durch inverse Elektroneneinfangs-Reaktionen in einen isomeren Zustand. Die Koinzidenz zwischen promptem Elektron und verzögerter Kernabregung gibt eine spezifische Signatur zur Untergrundunterdrückung. Yb-176 und In-115 sind die aussichtsreichsten Targetisotope. In beiden Fällen wäre der Detektor modular aufgebaut und das Target-Element in Flüssigszintillatoren gelöst. Der Neutrinonachweis bei Yb-176 ist aufgrund der kurzen Verzögerung (Lebensdauer=50 ns ) und der niedrigen Energie (E=72 keV) des Koinzidenzereignisses technisch schwierig. Der Untergrund durch statistische Selbstkorrelationen einzelner Ereignisse wurde untersucht. Dies schließt die Messung der Fluoreszenzzeit von metallbeladenen Szintillatoren, die Studie von Reflektionen an Photoelektronen-Vervielfachern und die Entwicklung von photonspurverfolgenden Simulationen ein. Die Untergrundunterdrückung in einem Indium-Detektor erfordert eine hohe Granularität und gute Energieauflösung. Durch Messungen und Simulationen wurde gezeigt, dass die optischen Eigenschaften des Detektors nicht durch die Segmentierung dominiert würden. Als Ergebnis dieser Untersuchungen, konnte das LENS-Projekt mit dem Aufbau von Detektorprototypen in die Pilotphase übergehen. Die optischen Eigenschaften von Prototypzellen wurden gemessen, im einzelnen die Lichtabschwächungslänge, Energie- sowie Ortsauflösung. Erste Ergebnisse zum Untergrund des endgültigen LENS Prototypen werden vorgestellt. Die Folgerungen dieser Untersuchungen für die Machbarkeit der beiden vorgeschlagenen Nachweismethoden werden diskutiert.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Stefan Dr. (Betreuer) - Kirsten Till Dr. Prof. (Doktorvater), Schönert
Date of thesis defense: 5 May 2004
Date Deposited: 10 May 2004 12:07
Date: 2004
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Neutrinonachweis, Neutrino / Sonne, Flüssigszintillator
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