研究目的
使用单色光测量直链烷基苯(LAB)样品的衰减长度,并研究有机杂质的影响以提高中微子探测器的光学透明度。
研究成果
使用带滤光片的单色光提高了LAB样品衰减长度测量的准确性,且观察到不同程度的改善。提出了一种估算有机杂质对衰减长度影响的方法,该方法有助于识别和消除可疑杂质,从而实现超过当前最大值25.8米的更长衰减长度,对于JUNO等中微子探测器应用,潜在可达30米或更长。
研究不足
比尔-朗伯定律假设使用理想单色光,而LED光谱可能无法完全满足这一条件,因此需要滤光片来提高准确性。杂质浓度极低且接近气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)的检测限,这使得精确测量具有挑战性。滤光片的透射率(例如Thorlabs滤光片的透射率仅为45%)可能导致光强较弱,因此需要进行参数调整。未来需要改进数据采集(DAQ)系统和滤光片以提高测量精度。
1:实验设计与方法选择:
本实验采用比尔-朗伯定律测量LAB样品的衰减长度,并通过改进单色光条件提升精度。使用LED、滤光片和光电倍增管(PMT)的装置采集光强穿过样品的衰减数据。
2:样品选择与数据来源:
制备了LAB样品(NJ42#、NJ46-R#、NJ48#、NJ49#、NJ50#),包括市售产品及改进生产工艺的高质量样品。另制备了掺杂PPO和bis-MSB的LS样品。
3:2#、NJ46-R#、NJ48#、NJ49#、NJ50#),包括市售产品及改进生产工艺的高质量样品。另制备了掺杂PPO和bis-MSB的LS样品。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包含LED(400nm、430nm、470nm)、信号发生器(AFG3102)、透镜、光阑、带通滤光片(Thorlabs FB430-10、Semrock FF01-427/10-25)、1米不锈钢管、PMT(滨松R7724)、数据采集系统、QADC(CAEN V965)及光纤光谱仪(FX2000-RD)。材料包括LAB样品、测试用高纯水及有机杂质分析样本。
4:2)、透镜、光阑、带通滤光片(Thorlabs FB430-Semrock FF01-427/10-25)、1米不锈钢管、PMT(滨松R7724)、数据采集系统、QADC(CAEN V965)及光纤光谱仪(FX2000-RD)。材料包括LAB样品、测试用高纯水及有机杂质分析样本。 实验流程与操作规范:
4. 实验流程与操作规范:装置通过LED发射脉冲光,经准直、单色化滤光后穿过管内LAB样品,由PMT测量衰减光强。记录不同液位高度的ADC值,将数据拟合至公式(6)计算衰减长度?;肪澄露任榷刂圃?.2°C以减少波动。
5:2°C以减少波动。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:基于比尔-朗伯定律(公式6)采用指数拟合计算衰减长度,运用统计方法进行误差评估,并对比有无滤光片的测量结果。
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Bandpass Filter
FB430-10
Thorlabs
Used to obtain monochromatic light at 430 nm for accurate measurements.
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Bandpass Filter
FF01-427/10-25
Semrock
Used to obtain monochromatic light at 427 nm for accurate measurements.
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PMT
R7724
Hamamatsu
Installed to receive the attenuated light and convert it to electrical signals.
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GC-MS
Q Exactive GC-MS, Trace 1310
Thermo Scientific
Used for high-precision gas chromatography-mass spectrometry to identify organic impurities in LAB samples.
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LED
400 nm, 430 nm, 470 nm wavelengths
Used as light sources to emit pulsed light at specific wavelengths for attenuation length measurements.
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Signal Generator
AFG3102
Drives the LEDs to emit pulsed light.
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QADC
V965
CAEN
Converts the signal from the PMT to an ADC channel value proportional to the signal intensity.
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Fiber Optic Spectrometer
FX2000-RD
Used to detect the light spectra of the LEDs.
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