1. Summary of Various Parameters on Gd-LS 주경광 ( 전남대 ) 7 th RENO Collaboration Meeting @SNU 2007-12-21 □ 검출기 사이즈 비교 □ 여러 solvent 특성 비교 □ Cost estimation □ LAB R&D 비교 □ Ligand 사용양 □ Radiopurity & Single rates □ 기타

2. Double ChoozDaya BayRENO Target R=115cm H=245.8cm t=115cm Vol=10.21m 3, d=PC(20%)+Dodecane(80%)=0.778 무게 = R=159cm H=320cm t=159cm Vol=25.40m 3, d=0.86(LAB) 무게 = R=140cm H=320cm t=140cm Vol=19.69m 3, d=0.86(LAB) 무게 =16.9 톤 아크릴 R=115.8cm H=246.6cm t=0.8cm Vol=0.17m 3 무게 =350kg, d=1.14g/cm 3 R=160cm H=320cm t=1.0cm Vol=0.32m 3 무게 =~580kg, d= R=141.2cm H=320cm t=1.2cm Vol=0.34m 3 무게 =404.6kg, d=1.19g/cm 3 감마캣쳐 R=170.8cm H=357.4cm t=55.0cm Vol=32.74-10.38=22.36m 3 R=203.5cm H=410cm t=43.5cm Vol=53.31-25.72=27.59m 3 R=201.2cm H=440cm t=60cm Vol=55.93-20.03=35.90m 3 아크릴 R=172.0cm H=358.6cm t=1.2cm Vol=0.57m 3 무게 =1100kg, d=1.14g/cm 3 R=205cm H=410cm t=1.5cm Vol=0.79m 3 무게 =1420kg, d= R=202cm H=440cm t=0.8cm Vol=0.44 무게 =523.6kg, d=1.19g/cm 3 Buffer R=275.8cm H=567.4cm t=105.0cm Vol=135.52-33.31=102.21m 3 R=499cm H=500cm t=92cm Vol=390.93-54.10=336.83m 3 R=272cm H=580cm t=70cm Vol=134.74-56.37=78.37m 3 Stainless steel R=276.1cm H=567.7cm t=0.3cm Vol=135.89-135.52=0.37m 3 R=500cm H=500cm t=1.0cm Vol=1.57m 3 R=272.4cm H=580cm t=0.4cm Vol=0.40m 3 Veto R=326.1cm H=627.7cm t= 가로 :50cm, 세로 :60cm Vol=209.60-135.89=73.71m 3 R=372.4cm H=780cm t=100cm Vol=339.66-135.14=204.52m 3 각 실험 검출기 크기 비교

3. 여러 Solvent 에 대한 일반적 성질 화학식 H:C M.W. (g/mol) Density (g/ml) Boiling Point Flash Point Viscosity @20 도 기타 decaneC10H22 142.290.73174460.92cps 국내생산 ( 이수화학 ) 장점 dodecaneC12H262.17170.340.7493216.271 tetradecaneC14H30 198.39220.76725399 PC(=TMB)C9H121.33120.20.89(0.876)16948 인체, 환경유해성 최고. 낮은 FP 문제 LAB C6H5 (CnH2n+1) 233-2370.86275-3071305-10cps 나라, 회사마다 quality uncertainty. R&D 결과 없 음. 무해성 PXEC16H181.12210.30.9882951455.2cSt@40 생산지문제 ( 일본생산 ) MO CnH2n+2, n=10-44 ~0.8 ~110 10- 80cSt@40 Np 개수 불확실성 PC20dod80 2 0.78 PXE20dod80 1.96 0.80 >80 PC20MO80 0.857 PC40MO60 0.866

4. 여러 배합과 사용시 문제점들 실험 Safety 와 환경문제 Issue Domestic Availability Cost 기타 PC20Dod80 Daya Bay 큼 (PC) 불확실 (dod) 높음 MO 의 10 배 가격 PXE20Dod80 Double Chooz 작음 불확실 (PXE, dod) 모두 최고 높음 PXE 미국생산 중단으로 인한, quality 문제 PC20MO80 PC40MO60 Palo Verde Chooz 큼 (PC) Available 낮음 MO 의 Np, 큰 점성으로 인한 정제, LY 불확실성 등 문제 LAB100 Daya Bay(?) 없음 Yes 낮음 연구결과 없음. Prove 되지 않은 것 이 최대 걸림돌이었으나, 최근 Daya Bay 논문에 의하면, ~180 days stable  Palo Verde: PC(40%)MO(60%)PPO(3g/l)bisMSB(50mg/l) +Gd(1g/l)  Double Chooz: PXE(20%)Dod(80%)PPO(3g/l)bisMSB(50mg/l) +Gd(1g/l)  Daya Bay: PC(20%)Dod(80%)PPO(3g/l)bisMSB(50mg) + Gd(1g/l)  RENO R&D: LAB(100%)PPO(3g/l)bisMSB(50mg/l) + Gd(1g/l)

5. 정제 전 (m) ±0.2 정제 후 (m)±0.2 PXE1.01.3 Dodecane15.216.2 PC5.98.2 MO9.7N/A LAB(plastic)9.515.2 LAB(drum)7.714.7 LAB(good quality) 21 @430nm Solvent 정제 결과  Borexino: PXE(4.4m, Koch company, USA 제품 ) RENO (Fisher, 일본산 )  BNL: LAB 의 attenuation length ~20m (Petresa 제품 )

6. Cost Estimation 약품견적가격필요양 1. Aromatic PC(40%) 2500 원 /L 22240L PC(20%) 11020L PXE 36000 원 /L 11020L 2. Oil M.O.( 서진화학 )1400 원 /L 33350L+buffer M.O.(SA) 2500 원 /L 33350L+buffer Dod(SA) Dodecane( 일본 ) 24000 원 /L 114750 원 /L 44470L+buffer 3. Baseline LAB 1600 원 /L 55590L+buffer 4. Fluor PPO 210.000 원 /kg 166.7kg BPO 3.000.000 원 /kg 83.385kg 5. WLS Bis-MSB 2.000.000 원 /kg 2.7795kg POPOP 2.600.000 원 /kg 2.7795kg 6. Gd Gd 2 O 3 3700 원 /g(99.9%)-SA 23800 원 /g(99.99%)-SA 200 원 /g(99.995%)- 러시아 62.5kg GdR 3 50kg Ligand 411.000 원 /L 72L

7. Radiopurity □ Gd 2 O 3 : U/Th concentrations are lower than 2x10 -10 g/g and 3x10 -10 g/g □ The concentrations of some others elements are: Pb: 1.4x10 -6 g/g Er: 1.5x10 -7 g/g Ho: 1.1x10 -7 g/g Dy: 1.5x10 -6 g/g Eu: 2.1x10 -7 g/g Sm: 7.6x10 -8 g/g Nd: 3.3x10 -8 g/g Pr: 3.8x10 -9 g/g La: 2.3x10 -7 g/g □ The concentrations of the others elements are lower of limits of identifications Gd Powder Issue 약품견적가격필요양가격 ( 원 ) GdGd 2 O 3 3700 원 /g(99.9%) - SA 23800 원 /g(99.99%) - SA 200 원 /g(99.995%) - 러시아 62.5kg 231.250.000 1.487.500.000 12.500.000

8. LABGd(%)Ligand PPO (g/l) bis-MSB (mg/l) Solubility 기타 RENO 이수화학 0.115HR330X 소용량에는 가능하지만, 대용량에는 녹지 않음 0.1?TBP330X 녹지않음 0.12TOPO330O λ 감소 보임 0.13TOPO330O λ 감소 보임 0.16EHA330X 6EHA 까지는 녹지 않음 0.1TMHA330 시도 안함 Daya Bay JinLing Petrochemical Limited Corporation 1g/L ?TMHA3 15OPromising TOPO Oλ (not satisfying) D2EHP Oλ (not satisfying) TEP Oλ (not satisfying) BNL 20%PC+80% dodecane1g/L λ = 15m ligand 가 무엇인지 불확실 10~20%PC + LAB1g/L λ = 15m 러시아러시안 제품 0.16HR O 소용량 (LAB 50ml) RENO R&D 결과 (LAB 100ml 넘어가면 침전물 발생 ) LAB R&D 결과

9. 사용 가능한 종류 ligand 이름 Gd-(ligand) 의 결과값사용여부 Gd -diketones Acac solubility 가 낮음 DBM 430nm 에서 absorption 이 많음 BTFA 430nm 에서 absorption 이 많음 HPMBP 430nm 에서 absorption 이 많음 Carboxylic acids MVA 모든 sample 에서 침전이 생긴다 EHAsolubility not satisfying TMHA 가장 희망적, 10 배 loading 가능 O organophosphorous TOPO not satisfying DEHP not satisfying TEP ethanol(5%) 를 추가로 넣어야 함 : flashpoint 를 낮춘다 Summary of Daya Bay paper NIM-A 2007.09.044

10. GdR3 + Ligand 사용량 Gd Concentration 0.1%0.2% Sample Volume 50ml100ml150ml50ml100ml150ml GdR30.1598(g)0.3197(g)0.4796(g)0.3196(g)0.6329(g)0.9592(g) 3HR0.119ml0.238ml0.357ml0.238ml0.476ml0.714ml 6HR0.238ml0.476ml0.714ml0.476ml0.952ml1.428ml 7HR0.485ml0.969ml 9HR0.357ml0.714ml 1.428ml 10HR0.397ml0.793ml 11HR0.436ml0.873ml 1.745ml 12HR0.476ml0.952ml 1.904ml 15HR 1.190ml 18HR 1.428ml 1TOPO 0.2455(g) 2TOPO0.2454(g)0.4909(g)0.7364(g)0.4909(g)0.9818(g)1.4727(g) 3TOPO0.3682(g)0.7364(g)1.1045(g)0.73635(g)1.4727(g)2.2091(g) 4TOPO 0.9818(g) 5TOPO 1.2225(g) 0.1MTBP1.363ml2.726ml4.089ml1.363ml2.726ml4.089ml 0.2MTBP2.726ml5.452ml8.178ml2.726ml5.452ml8.178ml 1EHA 0.102ml 2EHA 0.204ml 1TMHA 0.1006(g) 2TMHA 0.2012(g)

11. Experiment SizeRadiopurity (ppt = 10 -12 g/g) Single rates (Hz) (Near/Far) Material 235U 232Th 40K Kaska 8.5/8.5 LS < 0.1 Gd-LS+Acrylic ~ 3 Acrylic 8 50 4.2 PMT=1.2, Rock=1 PMT, Rock Total ~ 5 Chooz 5 LS 0.1 10,000 Gd-LS+Acrylic =1.5 Acrylic 1 1 1,000 PMT, Rock = PMT, Rock Total = D.Chooz 10/10 LS 1 1 100 Gd-LS+Acrylic < 1 Acrylic 100 10,000 PMT, Rock Total = 2.5 Daya bay 40/40/80 LS 0.1 Gd-LS = 0.8 Acrylic Acrylic, PMT, Rock PMT, Rock Total < 50 RENO 15/15 LS 0.1 Gd-LS~0.72x2=1.44 Acrylic Acrylic, PMT, Rock PMT, Rock Total Radiopurity & Single rates between different Experiments ( 공대정박사 )

12. MockupFull Target Gamma Catcher BufferTarget Gamma Catcher Buffer Mass (kg) 131.81643.34842.2166003026360656.8 Decay Rate 238U0.00160.02040.06020.2060.3760.755 232Th0.00050.00670.01960.0670.1230.246 40K0.03410.42561.25394.2987.83715.707 Single Event Rate 238U 232Th 40K ( 이재승박사 )

13. 문서화된 내용들 □ How to use spectrometer - Preparation Cuvette - Procedure to measure attenuation length □ Radiopurity 측정을 위한 sample preparation procedure □ Gd-loading 일반적 내용 (Galina 방문 결과 요약 ) □ Gd 적정법 (Nikolay 방문 결과 요약 ) □ Gd-loading chemistry (Eugeny 방문 결과 요약 ) □ TDR-LS part □ 여러 가지 샘플에 대한 attenuation length 측정 결과표 → wiki web page 에 upload 할 예정 결론 □ 여기저기 흩어져 있는 LS 관련 숫자들의 일괄적인 통합 □ TDR LS 부분 숫자와 그림 update