8 Z 4, pp. 830∼834

(1)

8 Z 4, pp. 830∼834

RENO ú n ÞV R ËQ ß e È û s ÚM ; c" e PMTU U 6 8 ý ö n ÚP X ì Ä A 0V Ä

ö

¶ B ç ¡g ` @ · ») ç g ` @ · »< Y >

z @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ x 9 Ä ºÅ Ò èw n ½ ¨ è, F g Å Ò 500-757

(2010¸ 5 Z 4 31{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2010¸ 6 Z 4 30{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2010¸ 8 Z 4 9{ 9 > F S X & ñ )

RENO × æ$ í p Ø ¦ l Â Ò¾ ¡ §× æ PMT x 9 Õ ª t t @ /(holder) H Ó o^ \ { t l M :ë H \ % i < Æ& h î ß

&

ñ $ í s 9 כ ¹ . : r 7 Hë H \ " f H PMT Ó o^ ? /\ " f ¦& ñ | ¨ c Ã º e H t t @ /_ [ O > ü < Â Ò§ 4 ´ òõ \ ¦ r Ó

ý

t Y Us ô Ç Ê ê\ , s \ ¦ z ´] j ] j ¦ Â Ò§ 4 ` ¦ 8 £ ¤& ñ # Ó o^ ? / PMT_ % i < Æ& h ¸| ` ¦ K $ 3 % i .

Ùþ

d#Q: ×æ$ípØ¦l, PMT, PMT tt@/, ÂÒ§4

Physical Analysis of the PMT Holder in the RENO Neutrino Detector

S. H. Song · S. H. Kim · J. Y. Kim

^∗

Department of Physics and Institute for the Universe & Elementary Particles, Chonnam National University, Kwangju 500-757

(Received 31 May, 2010 : revised 30 June, 2010 : accepted 9 August, 2010)

The PMT and the PMT holder of the RENO detector need to have mechanical stability because it is immersed in a liquid. In this research, we had simulated the holder design and its buyoancy in order to have stability in the buffer detector. Also, we fabricated the holder and evaluated its physical condition.

PACS numbers: 13.15.+g, 14.60.Pq

Keywords: RENO detector, PMT, PMT holder, Buyoancy

I. " e Â ] Ø

RENOz ´+ « > É r [ j> ¿ º P : Ð y © § 4 ô Ç × æ$ í p ~ ½ ÓØ ¦

|

¾ Ó_ % ò F g " é ¶ § 4 µ 1 Ï è H % \ " f Ó ü t o < Æ_ þ j@ / ' a d

× æ$ í p 1 l x ¨ 8 © Ã º\ ¦ 8 £ ¤& ñ H “ [ j> & h Ã ºï r _

µ 1 Ï| õ < Æ z ´+ « >”s . " é ¶ Ð\ " f ~ ½ ÓØ ¦ ÷ & H ì ø Í× æ$ í p

_ 1 l x © Ã º(θ

¹³

)\ ¦ 8 £ ¤& ñ # Ä ºÅ Ò Ò q t$ í q \ ¦ s K

H z ´ o \ ¦ ] j/ B N ½ + É > S \ s [1–3]. s Qô Ç " é ¶ × æ

$ í

p z ´+ « >` ¦ 0 Aô Ç t ' a8 £ ¤ r [ O Ð" f á Ô| ½ ÓÛ ¼_ Double CHOOZ ü < × æ² D G _ Daya Bay\ " f z ´+ « >` ¦ 0 Aô Ç ' V , s | [ O

× æ \ e [4–9].

s

Qô Ç z ´+ « >\ " f H F g \ _ ô Ç ì ø Í6 £ x ñ\ ¦ Ø ¦

l 0 AK " f Å Ò Ð F g 7 £ x C ' a(Photomultiplier Tube:

∗E-mail: [email protected]

PMT)` ¦ 6 x ô Ç . PMT\ ¦ í < Êô Ç ' V , ? /\ [ O u ÷ & H

¸ H Ø ¦[ O q H ¦$ í 0 p x _ íp [ j z ´+ « >l ½ ¨[ þ t s . s

Qô Ç Ø ¦[ O q \ ¦ î r6 x H X < H Ø ¦ r [ O _ & ñ S X ô Ç ½ © [ O

q x 9 & ñ S X ô Ç ¸& ñ r Û ¼% 7 s 9 Ã º Ô ¦ . × æ$ í p

ì ø Í6 £ x s & h # Q ¸ ½ r ç ß 1 l x î ß X <s ' S \ 1 p q s 9 כ ¹ô Ç כ ` ¦ Ò q

ty K Ð ¸ ½ 1 l x î ß ¸ H l l [ þ t s î ß & ñ & h Ü ¼ Ð î r6 x ÷ &

#

Q ô Ç .

:

£

¤ y p W 1³ 1 Ï ¸{ 9 \ e H ! Q( Ø ¦ l _ F g G ' p" f PMT H íp [ j z ´+ « >l ½ ¨s # Q" f & ñ S X ô Ç 0 Au ü < Ó o^ \

"

f_ î ß & ñ & h 1 l x s 9 כ ¹ . " é ¶: x+ þ A ! Q( \ [ O u ) a PMT \ " f_ X <s S \ 1 p q É r é ß { 9 PMT { 9 & ñ 0 Au _

PMT\ ¦ × æd Ü ¼ Ð Å Ò PMT_ X <s ü <_ ' aº $ í ` ¦

¦ 9 # X <s S \ 1 p q s s À Ò# Qt Ù ¼ Ð PMT_ Ó o^ ? /\

"

f_ î ß & ñ $ í É r 9 כ ¹Ô ¦ . : r 7 Hë H \ " f H PMT

-830-

(2)

Fig. 1. RENO detector configuration. Left side is total configuration and buffer is focused in the right side.

Ó

o^ ? /\ " f ¦& ñ | ¨ c Ã º e ¸2 ¤ holder _ [ O > ü < Â Ò§ 4 ´ òõ

\

¦ r Ó ý t Y Us ô Ç Ê ê\ , s \ ¦ z ´] j ] j K " f Â Ò§ 4 ` ¦ 8 £ ¤& ñ

# î ß & ñ $ í ` ¦ ¨ î % i [10].

II. ß e È û s ÚM ; c" e PMT8 ý V R Ë õ m Í כ r ÇV

%

i Z Ô æ õ \ " f µ 1 ÏÒ q t H F g \ ¦ Ø ¦ H X < 9 כ ¹ô Ç PMT _ % i ½ + É x 9 [ O u \ @ /K " f [ O " î ô Ç .

1. ß e È û s ÚM ; c" e PMT8 ý V R Ë

1) RENO Ø ¦ l

×

æ$ í p \ ¦ ' a8 £ ¤ H Ø ¦ l \ ¦ Ä ºÅ Ò õ ° ú É r ü @Â Ò_ C

â ñ Ð Â Ò' ì r o r v l 0 AK " f Å Ò Ð ' V , ` ¦ s 6 x ô

Ç t / B N ç ß \ [ O u ô Ç . Fig. 1\ t \ [ O u ÷ & ¦ e

H Ø ¦ l ^ ¸_ þ v x 9 PMT [ O u | ¨ c ! Q( Ø ¦ l \ ¦

· p . ~ ½ ÓØ ¦ ) a ì ø Í× æ$ í p flux H t / B N ç ß _ Ø ¦ l \

¸² ú 9, × æ$ í p ª $ í ü < ì ø Í6 £ x # ª ü < × æ

$ í

Ð Ô æ õ ÷ & H % i Z ì ø Í6 £ x s Ò q t$ í ) a . s ì ø Í6 £ x` ¦ S \ 1

p

q l 0 AK " f H ª _ © èY > õ & ñ \ " f ~ ½ ÓØ ¦ H y

õ × æ$ í Ù þ \ í S \ ÷ &# Q Ò q t$ í ÷ & H r ç ß t ) a ; s

y ` ¦ 1 l x r & h Ü ¼ Ð F g G ' p" f\ _ K " f ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º e

. s Qô Ç ì ø Í6 £ x _ > h¥ Æ ¸ Fig. 2\ ? /# Q4 R e .

2) RENO Ø ¦ l ½ ¨$ í

Fig. 1 \ " f Ð1 p w s Ø ¦ l H ß ¼w n = 6 x l ? /_ ¿ , y

H 5 gü < # l " f Ò q t$ í ÷ & H F g \ ¦ ~ Ã Î [ þ t s l 0 Aô Ç F g

Fig. 2. Concept of Inverse Beta Decay in the target.

G '

p" f Â Ò Ã Ì ) a ! Q( Ð s À Ò# Q4 R e . ¿ x 9 y H 5 g

H y s r F g Ü ¼ Ð ¨ 8 | ¨ c Ã º e ¸2 ¤ $ 3 F gÓ ü t| 9

Ð ½ ¨$ í ÷ &# Qe . ¿ É r Fig. 2 \ " f Ð H כ % ! 3 × æ$ í _

í S \ ` ¦ 0 Aô Ç Gd < ÊÄ » ) a Ó o^ $ 3 F gÓ ü t| 9 Ð G 0 >t ¦, y

H 5 g H Ó o^ $ 3 F gÓ ü t| 9 Ðë ß G 0 >t 9 s [ þ t É r Û ¼J $ Y U Û

¼F | 9 _ ! Q( ? /\ [ O u ) a . ¢ ¸ô Ç ! Q( ü @Â Ò\ H q Ð

Ø ¦ l Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q e . ! Q( H 6 mm ¿ ºa _ Û ¼_ o Û

¼ ^ o = Ð ] j ÷ & 9 p W 1³ 1 Ï ¸{ 9 (mineral oil) Ð G 0 > .

!

Q( # 4 \ H 8 ú x 354 > h_ PMT [ O u ) a . s PMT

\

¦ : x # B Ä º É r [ jl _ y n C ¸ Ø ¦ ½ + É Ã º e .

2. ß e È û s ÚM ; c" e PMT8 ý כ r ÇV

1) PMT C \ P x 9 PMT holder

f

â 5.4 m Z } s 5.8 m_ ! Q( \ [ O u | ¨ c 354 > h PMT

H " é ¶: x _ { (60> h), # 4 (234> h), © Â Ò(60> h)\ y y C

u ) a . PMT ¦& ñ ÷ &l 0 AK " f H ! Q( # 4 \ - + þ

A_ C e ¦(baffle)` ¦ Â Ò Ã Ì # Õ ª C e ¦ \ PMT\ ¦ y

H holder\ ¦ Â Ò Ã Ì H ~ ½ ÓZ O s . Fig. 1_ ! Q( Â Òì r \ " f PMT Â Ò Ã Ì ¸_ þ v` ¦ ^ ¦ Ã º e . ¢ ¸ô Ç Fig. 3\ " f H PMT _

C \ P ` ¦ 7 á § 8 " î S X y ^ ¦ Ã º e H ¨ î ¸s .

!

Q( _ { \ @ /ô Ç PMT C \ P É r y H 5 g_ t t @ /

6> hs ¦ Õ ª s \ PMT\ ¦ C \ P l 0 AK " f 6½ ¨% i Ü ¼

Ð ì r o ÷ &# Q e . × æd \ " f / B M \ " f Â Ò' U ´s É r

"

é

¶+ þ A_ C e ¦ s ô Ç½ ¨% i \ 4> hm 8 ú x 24 > h Ð C u ÷ &# Q e

. ! Q( \ ¦ í < Êô Ç PMT holder H Û ¼_ o Û ¼ ^ o = Ð ÷ &# Q e

;& ñ Â Òì r É r Õ ªa Ë >\ " f ? /t · ú § ¤t ë ß 1 l x{ 9 > C u

) a . s Â Òì r É r y H 5 g_ t t @ / \ O t ë ß { õ _

: x{ 9 $ í ` ¦ 0 AK " f 1 l x{ 9 ô Ç C e ¦ _ + þ Ad Ü ¼ Ð 1 l x{ 9 ô Ç ~ ½ Ó Z O

Ü ¼ Ð C u ) a .

(3)

Fig. 3. The PMT array in the buffer detector.

Fig. 4. The features of the PMT and PMT holder.

Õ

ªo ¦ # 4 Â Òì r É r 1 > h\ P _ C e ¦ \ 9> h_ PMT [ O u

÷

& 9, y PMT C e ¦ \ P s # 4 ` ¦ " f 26> h [ O u ) a .

s

Qô Ç ! Q( x 9 PMT C u H z ´] j Ø ¦ l _ [ O > ¸

`

¦ ½ ÓÜ ¼ Ð [ jx 9 y Ðô Ç Ê ê Geant4\ ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð H GLG4Sim` ¦ 6 x # í ß r Ó ý t Y Us ` ¦ Ã º' # [ O >

% i .

¾ ÓÊ ê © l ç ß æ ¼# | 9 PMT H PMT holder Ð ¦& ñ ) a .

PMT _ î ß & ñ & h Ó ü t o & h 0 A ¸| É r Ø ¦ l \ ¦ [ O u #

&

ñ S X ô Ç X <s ' \ ¦ 2 [1 p q H X < × æ כ ¹ô Ç כ ¹ ès . í ß r Ó

ý

t Y Us x 9 Ã ºu K $ 3 Ü ¼ Ð & ñ # PMT ½ ¨ ¸ H Ø ¦ l

] j | ¨ c M : PMT holder [ O > ½ ©ï r _ 7 £ x s 9 כ ¹ 9, s © \ " f H s Qô Ç [ O > \ ¦ : x K " f PMT_ Ó ü t o & h

o\ ¦ \ V8 £ ¤ # PMTü < PMT holder_ î ß $ í ` ¦ ¨ î

% i .

2) PMT _ Â Ò§ 4 x 9 t t @ /_ [ O >

Mineral Oil Ð G 0 >t H ! Q( ? /Â Ò\ PMT [ O u ) a

. PMT H Õ ªa Ë >õ ° ú É r ¸ ª s . PMT H { 9 & ñ ß ¼l \ ¦

° ú

H $ 3 F g ^ ? /\ " f y ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð [ þ t # Q ¸ H ¸ H F g` ¦ Ö s 5

g l 0 AK " f ^ ¦2 ¤ ô Ç Ä »o ' a _ ¸+ þ AÜ ¼ Ð ½ ¨ ¸ ª _ @ /

ª F G(cathode)\ ¦ ° ú ¦ e . PMT ? /Â Ò H / B N s .

Table 1. Mechanical factor of stainless steel.

Material STS 304

Mass Density(g/cm

³

) 7.93

Young’s Modulus (kgf/mm

²

) 21109.5

Poisson’s Ratio 0.3

Yield Strength(kgf/mm

²

) 0.3 Ultimate Strength(kgf/mm

²

) 20.9

/ B

N` ¦ : x K " f F g H dinode \ ¸² ú # 7 £ x; ¤ õ & ñ ` ¦

2 ; . s Qô Ç PMT_ / B N ½ ¨ ¸ H Ä »^ ? /\ " f > r F ½ + É M : Â

Ò§ 4 ` ¦ ~ Ã Î> ) a . PMT holder H Û ¼J $ Y UÛ ¼Û ¼ 9 F | 9 _ buffer \ ¦& ñ l 0 AK " f baffle\ ¦& ñ ) a . Holder H PMT\ ¦ { 9 & ñ 0 Au \ 0 Au r & ¦& ñ 9, ¢ ¸ô Ç PMT

° ú

H Â Ò§ 4 ` ¦ © W½ + É ë ß ô Ç ½ ¨ ¸s # Q ô Ç .

III. PMT holder8 ý m ¹ ÅV R ËA 0V Ä õ m Í ¼I í Ä; c 8 ý X ¢ ì Å ü; d ¤

PMT holder _ CAE ½ ¨ ¸K $ 3 ` ¦ : x # y © $ í ( + þ A) x 9 y

© ¸(6 £ x§ 4 ) 8 £ ¤ \ " f î ß $ í ` ¦ ¨ î < ÊÜ ¼ Ð+ PMT [ O u Ê

ê\ µ 1 ÏÒ q t| ¨ c Ã º e H ë H ] j& h [ þ t` ¦ \ [ O > \ ì ø Í% ò 9, s _ õ Ð PMT holder_ Ò re ¦ ] j x 9 z ´] j ] j

`

¦ Ã º' % i .

1. m ¹ ÅV R Ë A 0V Ä{ ¢¨ | õ m Í U ê s0 n É

1) K $ 3 ¸4 S q

½

¨ ¸K $ 3 ` ¦ 0 Aô Ç PMT holder H f â 25 cm Z } s 30 cm ½ ¨ ¸ ª _ PMT\ ¦ ; ¤ 3 cm ¿ ºa 2 mm_ Û ¼J $ Y UÛ ¼ Û

¼ 9 plate\ ¦ s 6 x # d ¦ ½ ¨ ¸\ ¦ ë ß [ þ t # Q ! Q( # 4 _ baf- fle \ Â Ò Ã Ì # ¦& ñ H ½ ¨ ¸s . s Qô Ç y y _ ½ ¨ ¸ Ó

ü

t[ þ t É r Fig. 4 \ " fü < ° ú s y ½ ¨ ¸Ó ü t _ + þ AI ü < â > ¸|

`

¦ ´ ú Æ Ò# Q ½ ¨ ¸Ó ü t _ s Ý ¼, Â Ò§ 4 ` ¦ ~ Ã Î H ½ ¨ ¸Ó ü t _ & h ½ + Ë ô

Ç + þ AI \ ¦ ë ß [ þ t _ ½ ¨ ¸Ó ü t _ + þ A` ¦ þ j è o ¸2 ¤ ¦ e

. PMT ¦& ñ d ¦ _ F | 9 Ð H STS 304 _ Stainless_ è F

s 9 © [ j Ó ü t$ í u H Table 1 \ ? /% 3 .

σ = 1

√ r

_o

(σ

x

− σ

y

)

²

+ (σ

y

− σ

z

)

²

(1)

(4)

2) K $ 3 ~ ½ ÓZ O

{ 9

ì ø Í& h ½ ¨ ¸K $ 3 _ ~ ½ ÓZ O É r Õ ªo ¦ K $ 3 õ \ @ / ô

Ç 6 £ x§ 4 ¨ î \ ¦ z ´r # 3 l q ³ ð ½ Ó4 ¤ î ß Ö ¦` ¦ ë ß 7 á ¤ ½ + É Ã

º e H þ j è F K5 Å q ó ø ÍF ¿ ºa \ ¦ ¸Ø ¦ < ÊÜ ¼ Ð+ K $ 3

`

¦ ¢ - a « Ñô Ç . þ j& h o · ú ¦o 7 £ §` ¦ s 6 x ô Ç þ j& h oK

$ 3

(Optimization Analysis)` ¦ z ´r t · ú § ¦ { 9 ì ø Í& h + þ

A& ñ & h K $ 3 (Linear Static Analysis)ë ß ` ¦ Ã º' % i . K

$ 3

` ¦ 0 Aô Ç ½ ¨5 Å q ¸| É r, ! Q( \ ¦& ñ ) a baffle s ½ ¨ ¸& h Ü ¼

Ð î ß H ] j\ " f Fig. 5\ " fü < ° ú s C e ¦ \ ] X

H F K5 Å q ó ø ÍF _ { é ß = å Q Â Ò\ @ /K 4 Ä » ¸ ¸¿ º\ ¦

½

¨5 Å q % i .

þ

j@ /6 £ x§ 4 É r þ j H @ /Â Òì r _ s : r ½ ¨\ " f F « Ñ_ ½ Ó4 ¤ y

© ¸ x 9 þ j@ / © y © ¸ü < q §÷ &# Q 6 x ÷ & H Von Mises

¸| d \ _ K ? /% 3 . Von Mises ¸| d É r Å Ò6 £ x§ 4 _

# Q " combinations critical° ú כ\ ¸² ú ½ Ó4 ¤ ô Ç

H ¸| d Ü ¼ Ð" f Von Mises H " é ¶ A s ¸| d ` ¦ ç ß é ß ô

Ç Ã º < Æ& h ç ß é ß o\ ¦ 0 AK " f ] jî ß % i Ü ¼ , Ê ê\ + þ A\

-t # Q " { 9 & ñ ô Ç ° ú כ\ ¸² ú ½ + É M : ½ Ó4 ¤ s { 9 # Qè ß H

¸| õ ° ú É r _ p \ ¦ H כ ` ¦ 7 £ x" î % i . s Qô Ç Von Mises 6 £ x§ 4 É r d (1)õ ° ú s è q Ã º e .

2. PMT holder8 ý ¼I í Ä; c 8 ý X ¢ ì Å ü; d ¤

1) ¦& ñ & h x 9 ü @§ 4 _ { 9 § 4

PMT holder _ 6 £ x§ 4

¹

K $ 3 \ " f 6 £ x§ 4 ì r í_ í ß K $ 3 ` ¦ 0

Aô Ç ¸× ¼K $ 3 & h ` ¦ t & ñ ô Ç . Fig.5_ ¢ , aA á ¤ Õ ªa Ë >\ ¸× ¼

&

h \ è ß Õ ªÓ ü t } © Õ ªo × ¼\ ¦ ? /% 3 . s Õ ªo × ¼_ Ä

»ô Çכ ¹ è[ þ t _ Ä »ô Çכ ¹ èK $ 3 \ _ K " f 6 £ x§ 4 K $ 3 ` ¦ Ã º' ô

Ç . s 6 £ x§ 4 K $ 3 \ " f ¦& ñ & h ` ¦ ] jô Ç` ¦ C e ¦ \ Å Ò% 3 Ü ¼ 9, Â Ò§ 4 s © ¾ Óô Ç H כ ` ¦ s 6 x # ¦& ñ & h \ @ /K " f

r ¸F ' pà Ô\ ¦ ° ú ¸2 ¤ % i . r ¸F ' pà Ô_ j Ë µ É r PMT ü

< holder ° ú H Â Òx \ K { © H Â Ò§ 4 ° ú כÜ ¼ Ð % i .

56N _ j Ë µ` ¦ ¿ º Â Òì r Ü ¼ Ð ¾ º# Q y 23N j Ë µÜ ¼ Ð ì r C

%

i . ¸F ' pà Ô j Ë µ_ ì r C Fig. 5_ ¸ É rA á ¤ Õ ªa Ë >\

?

/# Q4 R e .

Fig. 5. The features of the mesh grid(left) and force distribution of frame(right) in the pre-analysis.

Fig. 6. The features of distribution of Von Mises’s stress(left) and displacement(right) in analysis.

2) 6 £ x§ 4 x 9 0 A

¦& ñ & h ` ¦ ] jô Ç # Ò q tl H + þ A§ 4 (6 £ x§ 4 ) x 9 0 A ì r í

\

@ /ô Ç ° ú כs Fig. 6\ ? /# Q4 R e . Õ ªa Ë >\ " f K $ 3

õ \ @ /ô Ç Ã ºu & h ³ ð & ³ É r Õ ªa Ë >_ oÛ ¼\ " f ^ ¦ Ã º e

. Von Mises 6 £ x§ 4 ì r í\ @ /ô Ç õ Fig. 5 ¢ , aA á ¤ Õ ª a Ë

>\ ? /# Q4 R e . þ j@ /6 £ x§ 4 É r ∼ 10

⁷

Pa _ 6 £ x§ 4 ° ú כ Ü

H 6 £ x§ 4 ° ú כ[ þ t s . K $ 3 _ l : r É r j Ë µ[ þ t _ % i < Æ& h ç H+ þ A` ¦

4 R" f j Ë µ_ | 9 × æ ¸\ ¦ ¸× ¼\ ¦ : x K " f Ã º§ 4 ° ú כ` ¦ ¸ ú H כ s

Ç . 0 A³ ð & ³\ " f H C e ¦ _ 4> h_ ¦& ñ & h s 0 A \ O

H כ Ü ¼ Ð # holder ¸F ' pà Ô\ ¦ ~ Ã Î " f 0 A Ð 0 A\ ¦ ô

Ç . s ° ú כ` ¦ : x K " f PMT_ Ó o^ ? / Â Ò§ 4 ° ú כ` ¦ Æ Ò& ñ

%

i . Table 2\ Õ ªa Ë >\ " f · p oÛ ¼t Ã º\ ¦ · p K

$ 3 ° ú כ\ @ /ô Ç ° ú כ` ¦ & ñ o # Z ~ ¤ .

IV. + s ÇÊ Ý õ m Í º8 ý

1. ö n Ú Ò ×; c" e8 ý ì Å üS ë s ¤X N Ë

A Fig. 7\ Ó ü t5 Å q \ " f_ 0 A| ¾ Ó 8 £ ¤& ñ ¸_ þ v s

?

/# Q4 R e . ½ ¨ ¸K $ 3 á Ô ÐÕ ªÏ þ ` ¦ : x K " f \ V8 £ ¤ ) a PMT holder _ Ó ü t5 Å q \ " f_ 0 A\ ¦ z ´^ 8 £ ¤& ñ % i . × ¼! 3 : x \ PMT\ ¦ [ jh Aô Ç holder\ ¦ × ¼! 3 : x \ P \ ë ß [ þ t # Q C e ¦ \

(5)

Table 2. The result of the ANSYS analysis for PMT holder.

Value

analysis

Value

measured

Item range

Von Mises(Pa) Max 6.902 × 10

⁷

Min 1.331 × 10

⁴

Displacement(mm) Max 0.7 2.1

Min 0 0.2

Fig. 7. The buyoance test for PMT and holder in the water. Left side is PMT and holder immmersed in the water. Right side is the setup feature.

# 0.01 mm_ ì r K 0 p x` ¦ s ß ¼ Ð> s t \ ¦ Â Ò Ã Ì

7 _ Ä º8 £ ¤ Õ ªa Ë >\ " f Ð# . s Û ¼à Ô ÐÚ Ô Ã Ðg Ë > É r Ó ü t s G

0 >t " f PMT Â Ò§ 4 ` ¦ ~ Ã ÎÜ ¼ " f ` ¦ ° ú M : 0 Aë ß

p

u ` ¦ 9, Ó ü t s r t Û ¼à Ô ÐÚ Ô r " é ¶ 0 Au

Ð ¸2 ¤ % i .

Table 2 \ 8 £ ¤& ñ õ ü < K $ 3 ° ú כs ? /# Q4 R e . 8 £ ¤

&

ñ õ Ó ü t s G 0 >| 9 M : 2.07 mm, Ó ü t` ¦ õ ü M : 1.96 mm Ð Û

¼J $ Y UÛ ¼_ ò ø Í$ í # 3 0 A î ß \ " f ] j o Ð r4 ¤H d` ¦ · ú Ã º e

H ° ú כs t ë ß z ´] j ë ß [ þ t # Q holder_ Û ¼J $ Y UÛ ¼F | 9 s K

$ 3 r ¦ 9÷ &% 3 ~ 1 3 l u ^ m ¦ 6 x] X ) a s 6 £ § Ü ¼ Ð ] j

÷ &% 3 l M :ë H \ z ´] j ¸4 S q` ¦ & ñ S X > ½ ¨ & ³ t H 3 l w

£ ¤ \ " f q §& h î ß & ñ ) a õ \ ¦ Ð כ É r holder _ ½ ¨

¸ j Ë µ` ¦ ¸ ú ì r C ¸2 ¤ % i Ü ¼ 9, PMT holder Ð" f_

%

i ½ + É` ¦ Ø æì r y ½ + É Ã º e 6 £ §` ¦ · ú ¤ .

2. ! a( a5 8 0ù m Ç; c 8 ý X ¢ PMT mX N ËV R ËA 0V Ä

· ú

¡] X \ " f 7 H _ ô Ç Â Ò§ 4 É r PMT\ ¦ \ 0 >ø ß B | 9 ` ¦ Ó ü t Ð

"

f Ã º' % i . Õ ª Q z ´] j ] j ÷ & H ! Q( Ø ¦ l ? /_ B

"

f H 0 A\ " f > í ß ÷ & 9, 8 £ ¤& ñ ) a ° ú כ Ð ç ß É r õ u

Ð \ V8 £ ¤| ¨ c כ s Ù ¼ Ð z ´] j_ â Ä º ¸ 8 î ß & ñ & h PMT holder ] j | ¨ c כ Ü ¼ Ð ¦ 9 ) a .

V. + s Ç Â ] Ø

&

³F H Õ ª1 l x î ß r + « >] j ÷ &# Q [ O > ) a PMT holder

ç ß _ [ O > â ` ¦ # ¸ ª s 7 # Q & t ë ß > á ¤ ° ú É r F

| 9 _ 1 l x{ 9 ½ ¨ ¸+ þ AI _ á ÔY Ue ` ¦ 4 R" f 1 l x{ 9 ô Ç $ í 0 p x` ¦

| 9 כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ÷ & 9, { 9 ì ø Í& h : r Ü ¼ Ð

1) PMT holder _ ½ ¨ ¸K $ 3 x 9 ] j z ´+ « >` ¦ : x K " f PMT ! Q( ? /\ " f î ß & ñ & h $ í 0 p x` ¦ | 9 כ s .

2) PMT _ î ß & ñ & h $ í 0 p x` ¦ : x K " f PMT ý a³ ðX <s _

¦& ñ & h î ß & ñ $ í \ ¦ S X Ð % i .

P

c p 8 ý ò k >

s

7 Hë H É r 2008¸ & ñ Â Ò( §¹ ¢ ¤ & h " é ¶ Â Ò)_ F " é ¶ Ü ¼ Ð ô

Ç² D G < ÆÕ ü t < É ª F é ß _ t " é ¶` ¦ ~ Ã Î Ã º' ) a ½ ¨e [KRF- 2008-314-C00070].

Y

c p w Ã U Ø ô

[1] J. K. Ahn et al., “RENO:An Experiment for Neutrino Oscillation Parameter θ

13

Using Re- actor Neutrinos at Yonggwang” [http://arxiv.

org/abs/1003.1391].

[2] S. B. Kim, AIP Conf. Proc. 981, 205 (2008).

[3] S. B. Kim, A Feasibility Study for Reactor Neutrino Detector Facility, Seoul National University (2005).

[4] For JPARC, see http://j-parc.jp/index-e.html.

[5] For T2K information, see http://jnusrv01.kek.

jp/public /t2k/index.html.

[6] K. Anderson, et al., White paper report on using nu- clear reactors to search for a value of θ

13

[arXiv:hep- ex/0402041].

[7] For the Double CHOOZ project, see http://double chooze.ln2p3.fr/.

[8] For Daya Bay experiment, see http://dayawane.

ihep.ac.cn/.

[9] S. H. Song et al., Sae Mulli 59, 129 (2009).

[10] Nivak Engineering Co., A Subcontracting Contrac-

tion for Reactor Neutrino Detector(2009).

8 Z 4, pp. 830∼834

8 Z 4, pp. 830∼834

RENO ú n ÞV R ËQ  ß e È û s ÚM ; c" e PMTU U 6 8 ý ö n ÚP X ì Ä A 0V Ä

ö

¶ B ç ¡g ` @ ·  ») ç g ` @ ·  »< Y >



 z  @ / < Æ § Ó ü t o  < Æõ  x 9 Ä ºÅ Ò èw n    ½ ¨ è, F g Å Ò 500-757

(2010¸  5 Z 4 31{ 9  ~ Ã Î6 £ §, 2010¸  6 Z 4 30{ 9  Ã º& ñ  : r ~ Ã Î6 £ §, 2010¸  8 Z 4 9{ 9  > F  S X & ñ )

RENO ×  æ$ í p     Ø  ¦ l  Â Ò¾ ¡ §×  æ PMT x 9 Õ ª t t @ /(holder)  H Ó  o^ \  {   t l  M :ë  H \  % i  < Æ& h î ß 

&

ñ $ í s   9 כ ¹  .  : r  7 Hë  H \ " f  H PMT  Ó  o^ ? /\ " f  ¦& ñ | ¨ c Ã º e    H t t @ /_  [ O > ü < Â Ò§ 4 ´ òõ \  ¦ r  Ó

ý

t Y Us   ô  Ç Ê ê\ , s \  ¦ z ´] j ] j    ¦ Â Ò§ 4 `  ¦ 8 £ ¤& ñ #  Ó  o^ ? / PMT_  % i  < Æ& h  ¸| `  ¦ K $ 3 % i  .

Physical Analysis of the PMT Holder in the RENO Neutrino Detector

S. H. Song · S. H. Kim · J. Y. Kim

Department of Physics and Institute for the Universe & Elementary Particles, Chonnam National University, Kwangju 500-757

(Received 31 May, 2010 : revised 30 June, 2010 : accepted 9 August, 2010)

I. " e Â ] Ø

RENOz ´+ « > É r [ j>  ¿ º   P : Ð y © § 4 ô  Ç ×  æ$ í p   ~ ½ ÓØ  ¦

|

¾ Ó_  % ò F g " é ¶  § 4 µ 1 Ï   è   H % \ " f Ó ü t o  < Æ_  þ j@ /  ' a d  



  ×  æ$ í p     1 l x  ¨ 8   © Ã º\  ¦ 8 £ ¤& ñ   H “ [ j> & h Ã ºï  r _

 µ 1 Ï| õ  < Æ z ´+ « >”s  . " é ¶   Ð\ " f ~ ½ ÓØ  ¦ ÷ &  H ì ø Í×  æ$ í p 



_    1 l x  © Ã º(θ

)\  ¦ 8 £ ¤& ñ #  Ä ºÅ Ò Ò q t$ í   q \  ¦ s K 

  H z ´ o \  ¦ ] j/ B N ½ + É >  S \  s   [1–3]. s  Qô  Ç " é ¶  ×  æ

$ í

p  z ´+ « >`  ¦ 0 Aô  Ç t    ' a8 £ ¤ r [ O  Ð" f á Ô| ½ ÓÛ ¼_  Double CHOOZ ü < ×  æ² D G _  Daya Bay\ " f z ´+ « >`  ¦ 0 Aô  Ç ' V , s  | [ O

×  æ \  e    [4–9].

s

 Qô  Ç z ´+ « >\ " f  H F g  \  _ ô  Ç ì ø Í6 £ x   ñ\  ¦   Ø  ¦

l  0 AK " f Å Ò Ð F g   7 £ x C   ' a(Photomultiplier Tube:

PMT)`  ¦  6 x ô  Ç . PMT\  ¦  í < Êô  Ç ' V , ? /\  [ O u ÷ &  H



¸  H   Ø  ¦[ O q   H  ¦$ í 0 p x _   íp [ j z ´+ « >l ½ ¨[ þ t s  . s 



Qô  Ç   Ø  ¦[ O q \  ¦ î  r6 x   H X <  H   Ø  ¦ r [ O _  & ñ S X  ô  Ç ½ ©  [ O

q  x 9 & ñ S X  ô  Ç  ¸& ñ r Û ¼% 7 s   9 Ã º Ô  ¦     . ×  æ$ í p 



ì ø Í6 £ x s  & h # Q  ¸ ½ r ç ß 1 l x î ß  X <s '  S \ 1 p q s   9 כ ¹ô  Ç  כ `  ¦ Ò q

ty  K  Ð   ¸ ½ 1 l x î ß   ¸  H l l [ þ t s  î ß & ñ & h Ü ¼ Ð î  r6 x ÷ &

#

Q  ô  Ç .

:

£

¤ y  p W 1³ 1 Ï  ¸{ 9 \     e    H ! Q(   Ø  ¦ l _  F g G ' p" f PMT  H  íp [ j z ´+ « >l ½ ¨s # Q" f & ñ S X  ô  Ç 0 Au ü < Ó  o^ \ 

"

f_  î ß & ñ & h    1 l x s   9 כ ¹  . " é ¶:  x+ þ A ! Q( \  [ O u   ) a PMT \ " f_  X <s   S \ 1 p q É r é ß { 9 PMT    { 9 & ñ 0 Au  _

 PMT\  ¦ ×  æd  Ü ¼ Ð Å Ò  PMT_  X <s  ü <_   ' aº  $ í `  ¦



¦ 9 #  X <s   S \ 1 p q s  s À Ò# Qt Ù ¼ Ð PMT_  Ó  o^ ? /\ 

"

f_  î ß & ñ $ í  É r  9 כ ¹Ô  ¦     .  : r  7 Hë  H \ " f  H PMT 

-830-

Fig. 1. RENO detector configuration. Left side is total configuration and buffer is focused in the right side.

Ó 

o^ ? /\ " f  ¦& ñ | ¨ c Ã º e   ¸2  ¤ holder _  [ O > ü < Â Ò§ 4 ´ òõ 

\

 ¦ r Ó ý t Y Us   ô  Ç Ê ê\ , s \  ¦ z ´] j ] j  K " f Â Ò§ 4 `  ¦ 8 £ ¤& ñ

#  î ß & ñ $ í `  ¦ ¨ î  % i   [10].

II. ß e È û s ÚM ; c" e PMT8 ý  V R Ë õ m Í כ r ÇV 

%

i Z Ô  æ õ \ " f µ 1 ÏÒ q t   H F g  \  ¦   Ø  ¦   H X <  9 כ ¹ô  Ç PMT _  % i ½ + É x 9 [ O u \  @ /K " f [ O " î ô  Ç .

1. ß e È û s ÚM ; c" e PMT8 ý  V R Ë

1) RENO   Ø  ¦ l 

×

 æ$ í p  \  ¦  ' a8 £ ¤   H   Ø  ¦ l \  ¦ Ä ºÅ Ò  õ  ° ú  É r ü @Â Ò_  C

 â   ñ Ð Â Ò'  ì  r o r v l  0 AK " f Å Ò Ð ' V , `  ¦ s 6 x ô

 Ç t  / B N ç ß \  [ O u ô  Ç . Fig. 1\  t  \  [ O u ÷ & ¦ e  



 H   Ø  ¦ l    ^  ¸_ þ v x 9 PMT [ O u  | ¨ c ! Q(   Ø  ¦ l \  ¦ 

 · p . ~ ½ ÓØ  ¦ ) a ì ø Í×  æ$ í p   flux  H t  / B N ç ß _    Ø  ¦ l \ 



¸² ú   9, ×  æ$ í p    ª $ í  ü < ì ø Í6 £ x #   ª    ü < ×  æ

$ í

  Ð Ô  æ õ ÷ &  H % i Z  ì ø Í6 £ x s  Ò q t$ í  ) a . s  ì ø Í6 £ x`  ¦ S \  1

p

q l  0 AK " f  H  ª    _   ©  èY > õ & ñ \ " f ~ ½ ÓØ  ¦   H y  

RENO ú n ÞV R ËQ ß e È û s ÚM ; c" e PMTU U 6 8 ý ö n ÚP X ì Ä A 0V Ä

¶ B ç ¡g ` @ · ») ç g ` @ · »< Y >

z @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ x 9 Ä ºÅ Ò èw n ½ ¨ è, F g Å Ò 500-757

(2010¸ 5 Z 4 31{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2010¸ 6 Z 4 30{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2010¸ 8 Z 4 9{ 9 > F S X & ñ )

RENO × æ$ í p Ø ¦ l Â Ò¾ ¡ §× æ PMT x 9 Õ ª t t @ /(holder) H Ó o^ \ { t l M :ë H \ % i < Æ& h î ß

ñ $ í s 9 כ ¹ . : r 7 Hë H \ " f H PMT Ó o^ ? /\ " f ¦& ñ | ¨ c Ã º e H t t @ /_ [ O > ü < Â Ò§ 4 ´ òõ \ ¦ r Ó

t Y Us ô Ç Ê ê\ , s \ ¦ z ´] j ] j ¦ Â Ò§ 4 ` ¦ 8 £ ¤& ñ # Ó o^ ? / PMT_ % i < Æ& h ¸| ` ¦ K $ 3 % i .

RENOz ´+ « > É r [ j> ¿ º P : Ð y © § 4 ô Ç × æ$ í p ~ ½ ÓØ ¦

¾ Ó_ % ò F g " é ¶ § 4 µ 1 Ï è H % \ " f Ó ü t o < Æ_ þ j@ / ' a d

× æ$ í p 1 l x ¨ 8 © Ã º\ ¦ 8 £ ¤& ñ H “ [ j> & h Ã ºï r _

µ 1 Ï| õ < Æ z ´+ « >”s . " é ¶ Ð\ " f ~ ½ ÓØ ¦ ÷ & H ì ø Í× æ$ í p

_ 1 l x © Ã º(θ

)\ ¦ 8 £ ¤& ñ # Ä ºÅ Ò Ò q t$ í q \ ¦ s K

H z ´ o \ ¦ ] j/ B N ½ + É > S \ s [1–3]. s Qô Ç " é ¶ × æ

p z ´+ « >` ¦ 0 Aô Ç t ' a8 £ ¤ r [ O Ð" f á Ô| ½ ÓÛ ¼_ Double CHOOZ ü < × æ² D G _ Daya Bay\ " f z ´+ « >` ¦ 0 Aô Ç ' V , s | [ O

× æ \ e [4–9].

Qô Ç z ´+ « >\ " f H F g \ _ ô Ç ì ø Í6 £ x ñ\ ¦ Ø ¦

l 0 AK " f Å Ò Ð F g 7 £ x C ' a(Photomultiplier Tube:

PMT)` ¦ 6 x ô Ç . PMT\ ¦ í < Êô Ç ' V , ? /\ [ O u ÷ & H

¸ H Ø ¦[ O q H ¦$ í 0 p x _ íp [ j z ´+ « >l ½ ¨[ þ t s . s

Qô Ç Ø ¦[ O q \ ¦ î r6 x H X < H Ø ¦ r [ O _ & ñ S X ô Ç ½ © [ O

q x 9 & ñ S X ô Ç ¸& ñ r Û ¼% 7 s 9 Ã º Ô ¦ . × æ$ í p

ì ø Í6 £ x s & h # Q ¸ ½ r ç ß 1 l x î ß X <s ' S \ 1 p q s 9 כ ¹ô Ç כ ` ¦ Ò q

ty K Ð ¸ ½ 1 l x î ß ¸ H l l [ þ t s î ß & ñ & h Ü ¼ Ð î r6 x ÷ &

Q ô Ç .

¤ y p W 1³ 1 Ï ¸{ 9 \ e H ! Q( Ø ¦ l _ F g G ' p" f PMT H íp [ j z ´+ « >l ½ ¨s # Q" f & ñ S X ô Ç 0 Au ü < Ó o^ \

f_ î ß & ñ & h 1 l x s 9 כ ¹ . " é ¶: x+ þ A ! Q( \ [ O u ) a PMT \ " f_ X <s S \ 1 p q É r é ß { 9 PMT { 9 & ñ 0 Au _

PMT\ ¦ × æd Ü ¼ Ð Å Ò PMT_ X <s ü <_ ' aº $ í ` ¦

¦ 9 # X <s S \ 1 p q s s À Ò# Qt Ù ¼ Ð PMT_ Ó o^ ? /\

f_ î ß & ñ $ í É r 9 כ ¹Ô ¦ . : r 7 Hë H \ " f H PMT

Ó

o^ ? /\ " f ¦& ñ | ¨ c Ã º e ¸2 ¤ holder _ [ O > ü < Â Ò§ 4 ´ òõ

¦ r Ó ý t Y Us ô Ç Ê ê\ , s \ ¦ z ´] j ] j K " f Â Ò§ 4 ` ¦ 8 £ ¤& ñ

# î ß & ñ $ í ` ¦ ¨ î % i [10].

II. ß e È û s ÚM ; c" e PMT8 ý V R Ë õ m Í כ r ÇV

i Z Ô æ õ \ " f µ 1 ÏÒ q t H F g \ ¦ Ø ¦ H X < 9 כ ¹ô Ç PMT _ % i ½ + É x 9 [ O u \ @ /K " f [ O " î ô Ç .

1. ß e È û s ÚM ; c" e PMT8 ý V R Ë

1) RENO Ø ¦ l

æ$ í p \ ¦ ' a8 £ ¤ H Ø ¦ l \ ¦ Ä ºÅ Ò õ ° ú É r ü @Â Ò_ C

â ñ Ð Â Ò' ì r o r v l 0 AK " f Å Ò Ð ' V , ` ¦ s 6 x ô

Ç t / B N ç ß \ [ O u ô Ç . Fig. 1\ t \ [ O u ÷ & ¦ e

H Ø ¦ l ^ ¸_ þ v x 9 PMT [ O u | ¨ c ! Q( Ø ¦ l \ ¦

· p . ~ ½ ÓØ ¦ ) a ì ø Í× æ$ í p flux H t / B N ç ß _ Ø ¦ l \

¸² ú 9, × æ$ í p ª $ í ü < ì ø Í6 £ x # ª ü < × æ

Ð Ô æ õ ÷ & H % i Z ì ø Í6 £ x s Ò q t$ í ) a . s ì ø Í6 £ x` ¦ S \ 1

q l 0 AK " f H ª _ © èY > õ & ñ \ " f ~ ½ ÓØ ¦ H y

õ × æ$ í Ù þ \ í S \ ÷ &# Q Ò q t$ í ÷ & H r ç ß t ) a ; s

y ` ¦ 1 l x r & h Ü ¼ Ð F g G ' p" f\ _ K " f ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º e

. s Qô Ç ì ø Í6 £ x _ > h¥ Æ ¸ Fig. 2\ ? /# Q4 R e .

2) RENO Ø ¦ l ½ ¨$ í

Fig. 1 \ " f Ð1 p w s Ø ¦ l H ß ¼w n = 6 x l ? /_ ¿ , y

H 5 gü < # l " f Ò q t$ í ÷ & H F g \ ¦ ~ Ã Î [ þ t s l 0 Aô Ç F g

p" f Â Ò Ã Ì ) a ! Q( Ð s À Ò# Q4 R e . ¿ x 9 y H 5 g

H y s r F g Ü ¼ Ð ¨ 8 | ¨ c Ã º e ¸2 ¤ $ 3 F gÓ ü t| 9

Ð ½ ¨$ í ÷ &# Qe . ¿ É r Fig. 2 \ " f Ð H כ % ! 3 × æ$ í _

í S \ ` ¦ 0 Aô Ç Gd < ÊÄ » ) a Ó o^ $ 3 F gÓ ü t| 9 Ð G 0 >t ¦, y

H 5 g H Ó o^ $ 3 F gÓ ü t| 9 Ðë ß G 0 >t 9 s [ þ t É r Û ¼J $ Y U Û

¼F | 9 _ ! Q( ? /\ [ O u ) a . ¢ ¸ô Ç ! Q( ü @Â Ò\ H q Ð

Ø ¦ l Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q e . ! Q( H 6 mm ¿ ºa _ Û ¼_ o Û

¼ ^ o = Ð ] j ÷ & 9 p W 1³ 1 Ï ¸{ 9 (mineral oil) Ð G 0 > .

Q( # 4 \ H 8 ú x 354 > h_ PMT [ O u ) a . s PMT

¦ : x # B Ä º É r [ jl _ y n C ¸ Ø ¦ ½ + É Ã º e .

2. ß e È û s ÚM ; c" e PMT8 ý כ r ÇV

1) PMT C \ P x 9 PMT holder

f

â 5.4 m Z } s 5.8 m_ ! Q( \ [ O u | ¨ c 354 > h PMT

H " é ¶: x _ { (60> h), # 4 (234> h), © Â Ò(60> h)\ y y C

u ) a . PMT ¦& ñ ÷ &l 0 AK " f H ! Q( # 4 \ - + þ

A_ C e ¦(baffle)` ¦ Â Ò Ã Ì # Õ ª C e ¦ \ PMT\ ¦ y

H holder\ ¦ Â Ò Ã Ì H ~ ½ ÓZ O s . Fig. 1_ ! Q( Â Òì r \ " f PMT Â Ò Ã Ì ¸_ þ v` ¦ ^ ¦ Ã º e . ¢ ¸ô Ç Fig. 3\ " f H PMT _

C \ P ` ¦ 7 á § 8 " î S X y ^ ¦ Ã º e H ¨ î ¸s .

Q( _ { \ @ /ô Ç PMT C \ P É r y H 5 g_ t t @ /

6> hs ¦ Õ ª s \ PMT\ ¦ C \ P l 0 AK " f 6½ ¨% i Ü ¼

Ð ì r o ÷ &# Q e . × æd \ " f / B M \ " f Â Ò' U ´s É r

¶+ þ A_ C e ¦ s ô Ç½ ¨% i \ 4> hm 8 ú x 24 > h Ð C u ÷ &# Q e

. ! Q( \ ¦ í < Êô Ç PMT holder H Û ¼_ o Û ¼ ^ o = Ð ÷ &# Q e

;& ñ Â Òì r É r Õ ªa Ë >\ " f ? /t · ú § ¤t ë ß 1 l x{ 9 > C u

) a . s Â Òì r É r y H 5 g_ t t @ / \ O t ë ß { õ _

: x{ 9 $ í ` ¦ 0 AK " f 1 l x{ 9 ô Ç C e ¦ _ + þ Ad Ü ¼ Ð 1 l x{ 9 ô Ç ~ ½ Ó Z O

Ü ¼ Ð C u ) a .