Optimization of the JUNO liquid scintillator composition using a Daya Bay antineutrino detector

A. Abusleme, T. Adam, S. Ahmad, S. Aiello, M. Akram, N. Ali, F. P. An, G. P. An, Q. An, G. Andronico, N. Anfimov, V. Antonelli, T. Antoshkina, B. Asavapibhop, J. P.A.M. de André, A. Babic, A. B. Balantekin, W. Baldini, M. Baldoncini, H. R. BandA. Barresi, E. Baussan, M. Bellato, E. Bernieri, D. Biare, T. Birkenfeld, M. Bishai, S. Blin, D. Blum, S. Blyth, C. Bordereau, A. Brigatti, R. Brugnera, A. Budano, P. Burgbacher, M. Buscemi, S. Bussino, J. Busto, I. Butorov, A. Cabrera, H. Cai, X. Cai, Y. K. Cai, Z. Y. Cai, A. Cammi, A. Campeny, C. Y. Cao, G. F. Cao, J. Cao, R. Caruso, C. Cerna, J. F. Chang, Y. Chang, H. S. Chen, P. A. Chen, P. P. Chen, S. M. Chen, S. J. Chen, X. R. Chen, Y. W. Chen, Y. X. Chen, Y. Chen, Z. Chen, J. Cheng, Y. P. Cheng, Z. K. Cheng, A. Chepurnov, J. J. Cherwinka, F. Chiarello, D. Chiesa, P. Chimenti, M. C. Chu, A. Chukanov, A. Chuvashova, C. Clementi, B. Clerbaux, S. Conforti Di Lorenzo, D. Corti, S. Costa, F. Dal Corso, J. P. Cummings, O. Dalager, C. De La Taille, F. S. Deng, J. W. Deng, Z. Deng, Z. Y. Deng, W. Depnering, M. Diaz, X. F. Ding, Y. Y. Ding, B. Dirgantara, S. Dmitrievsky, M. V. Diwan, T. Dohnal, G. Donchenko, J. M. Dong, D. Dornic, E. Doroshkevich, J. Dove, M. Dracos, F. Druillole, S. X. Du, S. Dusini, M. Dvorak, D. A. Dwyer, T. Enqvist, H. Enzmann, A. Fabbri, L. Fajt, D. H. Fan, L. Fan, C. Fang, J. Fang, A. Fatkina, D. Fedoseev, V. Fekete, L. C. Feng, Q. C. Feng, G. Fiorentini, R. Ford, A. Formozov, A. Fournier, S. Franke, J. P. Gallo, H. N. Gan, F. Gao, A. Garfagnini, A. Göttel, C. Genster, M. Giammarchi, A. Giaz, N. Giudice, F. Giuliani, M. Gonchar, G. H. Gong, H. Gong, O. Gorchakov, Y. Gornushkin, M. Grassi, C. Grewing, M. Gromov, V. Gromov, M. H. Gu, W. Q. Gu, X. F. Gu, Y. Gu, M. Y. Guan, N. Guardone, M. Gul, C. Guo, J. Y. Guo, L. Guo, W. L. Guo, X. H. Guo, Y. H. Guo, Z. Guo, M. Haacke, R. W. Hackenburg, P. Hackspacher, C. Hagner, R. Han, Y. Han, S. Hans, M. He, W. He, K. M. Heeger, T. Heinz, Y. K. Heng, R. Herrera, A. Higuera, D. J. Hong, Y. K. Hor, S. J. Hou, Y. B. Hsiung, B. Z. Hu, H. Hu, J. R. Hu, J. Hu, S. Y. Hu, T. Hu, Z. J. Hu, C. H. Huang, G. H. Huang, H. X. Huang, Q. H. Huang, W. H. Huang, X. T. Huang, Y. B. Huang, P. Huber, J. Q. Hui, L. Huo, W. J. Huo, C. Huss, S. Hussain, A. Insolia, A. Ioannisian, D. Ioannisyan, R. Isocrate, D. E. Jaffe, K. L. Jen, X. L. Ji, X. P. Ji, X. Z. Ji, H. H. Jia, J. J. Jia, S. Y. Jian, D. Jiang, X. S. Jiang, R. Y. Jin, X. P. Jing, R. A. Johnson, C. Jollet, D. Jones, J. Joutsenvaara, S. Jungthawan, L. Kalousis, P. Kampmann, L. Kang, M. Karagounis, N. Kazarian, S. H. Kettell, A. Khan, W. Khan, K. Khosonthongkee, P. Kinz, S. Kohn, D. Korablev, K. Kouzakov, M. Kramer, A. Krasnoperov, S. Krokhaleva, Z. Krumshteyn, A. Kruth, N. Kutovskiy, P. Kuusiniemi, B. Lachacinski, T. Lachenmaier, C. Landini, T. J. Langford, J. Lee, J. H.C. Lee, F. Lefevre, L. Lei, R. Lei, R. Leitner, J. Leung, D. M. Li, F. Li, H. T. Li, H. L. Li, J. Li, J. J. Li, J. Q. Li, K. J. Li, M. Z. Li, N. Li, Q. J. Li, R. H. Li, S. C. Li, S. F. Li, S. J. Li, T. Li, W. D. Li, W. G. Li, X. M. Li, X. N. Li, X. L. Li, X. Q. Li, Y. Li, Y. F. Li, Z. B. Li, Z. Y. Li, H. Liang, J. J. Liang, D. Liebau, A. Limphirat, S. Limpijumnong, C. J. Lin, G. L. Lin, S. X. Lin, T. Lin, Y. H. Lin, J. J. Ling, J. M. Link, I. Lippi, L. Littenberg, B. R. Littlejohn, F. Liu, H. Liu, H. B. Liu, H. D. Liu, H. J. Liu, H. T. Liu, J. C. Liu, J. L. Liu, M. Liu, Q. Liu, R. X. Liu, S. Y. Liu, S. B. Liu, S. L. Liu, X. W. Liu, Y. Liu, A. Lokhov, P. Lombardi, K. Loo, S. Lorenz, C. Lu, H. Q. Lu, J. B. Lu, J. G. Lu, S. X. Lu, X. X. Lu, B. Lubsandorzhiev, S. Lubsandorzhiev, L. Ludhova, K. B. Luk, F. J. Luo, G. Luo, P. W. Luo, S. Luo, W. M. Luo, V. Lyashuk, Q. M. Ma, S. Ma, X. B. Ma, X. Y. Ma, Y. Q. Ma, Y. Malyshkin, F. Mantovani, Y. J. Mao, S. M. Mari, F. Marini, S. Marium, C. Marshall, C. Martellini, G. Martin-Chassard, D. A.Martinez Caicedo, A. Martini, J. Martino, D. Mayilyan, K. T. McDonald, R. D. McKeown, A. Müller, G. Meng, I. Mednieks, Y. Meng, A. Meregaglia, E. Meroni, D. Meyhöfer, M. Mezzetto, J. Miller, L. Miramonti, S. Monforte, P. Montini, M. Montuschi, N. Morozov, P. Muralidharan, J. Napolitano, M. Nastasi, D. V. Naumov, E. Naumova, I. Nemchenok, A. Nikolaev, F. P. Ning, Z. Ning, H. Nunokawa, L. Oberauer, J. P. Ochoa-Ricoux, A. Olshevskiy, F. Ortica, H. R. Pan, A. Paoloni, J. Park, N. Parkalian, S. Parmeggiano, S. Patton, T. Payupol, V. Pec, D. Pedretti, Y. T. Pei, N. Pelliccia, A. G. Peng, H. P. Peng, J. C. Peng, F. Perrot, P. A. Petitjean, L. F.Pineres Rico, A. Popov, P. Poussot, W. Pratumwan, E. Previtali, C. S.J. Pun, F. Z. Qi, M. Qi, S. Qian, X. Qian, X. H. Qian, H. Qiao, Z. H. Qin, S. K. Qiu, M. Rajput, G. Ranucci, N. Raper, A. Re, H. Rebber, A. Rebii, B. Ren, J. Ren, C. M. Reveco, T. Rezinko, B. Ricci, M. Robens, M. Roche, N. Rodphai, L. Rohwer, A. Romani, R. Rosero, B. Roskovec, C. Roth, X. C. Ruan, X. D. Ruan, S. Rujirawat, A. Rybnikov, A. Sadovsky, P. Saggese, G. Salamanna, A. Sangka, N. Sanguansak, U. Sawangwit, J. Sawatzki, F. Sawy, M. Schever, J. Schuler, C. Schwab, K. Schweizer, D. Selivanov, A. Selyunin, A. Serafini, G. Settanta, M. Settimo, M. Shahzad, G. Shi, J. Y. Shi, Y. J. Shi, V. Shutov, A. Sidorenkov, F. Šimkovic, C. Sirignano, J. Siripak, M. Sisti, M. Slupecki, M. Smirnov, O. Smirnov, T. Sogo-Bezerra, J. Songwadhana, B. Soonthornthum, A. Sotnikov, O. Sramek, W. Sreethawong, A. Stahl, L. Stanco, K. Stankevich, D. Štefánik, H. Steiger, H. Steiner, J. Steinmann, M. Stender, V. Strati, A. Studenikin, G. X. Sun, L. T. Sun, J. L. Sun, S. F. Sun, X. L. Sun, Y. J. Sun, Y. Z. Sun, N. Suwonjandee, M. Szelezniak, J. Tang, Q. Tang, X. Tang, A. Tietzsch, I. Tkachev, T. Tmej, K. Treskov, G. Troni, W. Trzaska, W. H. Tse, C. E. Tull, C. Tuve, S. van Waasen, J. van den Boom, N. Vassilopoulos, V. Vedin, G. Verde, M. Vialkov, B. Viaud, B. Viren, C. Volpe, V. Vorobel, L. Votano, P. Walker, C. Wang, C. H. Wang, E. Wang, G. L. Wang, J. Wang, K. Y. Wang, L. Wang, M. F. Wang, M. Wang, N. Y. Wang, R. G. Wang, S. G. Wang, W. Wang, W. S. Wang, X. Wang, X. Y. Wang, Y. Wang, Y. F. Wang, Y. G. Wang, Y. M. Wang, Y. Q. Wang, Z. Wang, Z. M. Wang, Z. Y. Wang, A. Watcharangkool, H. Y. Wei, L. H. Wei, W. Wei, Y. D. Wei, L. J. Wen, K. Whisnant, C. G. White, C. Wiebusch, S. C.F. Wong, H. L.H. Wong, B. Wonsak, E. Worcester, C. H. Wu, D. R. Wu, F. L. Wu, Q. Wu, W. J. Wu, Z. Wu, M. Wurm, J. Wurtz, C. Wysotzki, Y. F. Xi, D. M. Xia, Y. G. Xie, Z. Q. Xie, Z. Z. Xing, D. L. Xu, F. R. Xu, H. K. Xu, J. L. Xu, J. Xu, M. H. Xu, T. Xu, Y. Xu, T. Xue, B. J. Yan, X. B. Yan, Y. P. Yan, A. B. Yang, C. G. Yang, H. Yang, J. Yang, L. Yang, X. Y. Yang, Y. F. Yang, Y. Z. Yang, H. F. Yao, Z. Yasin, J. X. Ye, M. Ye, U. Yegin, M. Yeh, F. Yermia, P. H. Yi, Z. Y. You, B. L. Young, B. X. Yu, C. X. Yu, C. Y. Yu, H. Z. Yu, M. Yu, X. H. Yu, Z. Y. Yu, C. Z. Yuan, Y. Yuan, Z. X. Yuan, Z. Y. Yuan, B. B. Yue, N. Zafar, A. Zambanini, P. Zeng, S. Zeng, T. X. Zeng, Y. D. Zeng, L. Zhan, C. Zhang, F. Y. Zhang, G. Q. Zhang, H. H. Zhang, H. Q. Zhang, J. Zhang, J. B. Zhang, J. W. Zhang, P. Zhang, Q. M. Zhang, T. Zhang, X. M. Zhang, X. T. Zhang, Y. Zhang, Y. H. Zhang, Y. M. Zhang, Y. P. Zhang, Y. X. Zhang, Y. Y. Zhang, Z. J. Zhang, Z. P. Zhang, Z. Y. Zhang, F. Y. Zhao, J. Zhao, R. Zhao, S. J. Zhao, T. C. Zhao, D. Q. Zheng, H. Zheng, M. S. Zheng, Y. H. Zheng, W. R. Zhong, J. Zhou, L. Zhou, N. Zhou, S. Zhou, X. Zhou, J. Zhu, K. J. Zhu, H. L. Zhuang, L. Zong, J. H. Zou

Research output: Contribution to journalArticlepeer-review

Abstract

To maximize the light yield of the liquid scintillator (LS) for the Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), a 20 t LS sample was produced in a pilot plant at Daya Bay. The optical properties of the new LS in various compositions were studied by replacing the gadolinium-loaded LS in one antineutrino detector. The concentrations of the fluor, PPO, and the wavelength shifter, bis-MSB, were increased in 12 steps from 0.5 g/L and <0.01 mg/L to 4 g/L and 13 mg/L, respectively. The numbers of total detected photoelectrons suggest that, with the optically purified solvent, the bis-MSB concentration does not need to be more than 4 mg/L. To bridge the one order of magnitude in the detector size difference between Daya Bay and JUNO, the Daya Bay data were used to tune the parameters of a newly developed optical model. Then, the model and tuned parameters were used in the JUNO simulation. This enabled to determine the optimal composition for the JUNO LS: purified solvent LAB with 2.5 g/L PPO, and 1 to 4 mg/L bis-MSB.

Keywords

  • Light yield
  • Liquid scintillator
  • Neutrino

ASJC Scopus subject areas

  • Nuclear and High Energy Physics
  • Instrumentation

Fingerprint

Dive into the research topics of 'Optimization of the JUNO liquid scintillator composition using a Daya Bay antineutrino detector'. Together they form a unique fingerprint.

Cite this