利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的電子反中微子可以測定具有重大物理意義的參數(shù)——中微子混合角 θ13。中國廣東省大亞灣地區(qū)的大亞灣核電站與嶺澳核電站是進(jìn)行這一實驗的最佳場所。首先是功率大,能夠提供強(qiáng)的中微子流;其次是緊臨高山,適合建立地下實驗室以屏蔽宇宙射線對實驗的干擾。在全世界的反應(yīng)堆中,同時具備這兩個條件的極為少見。
大亞灣在深圳市區(qū)以東約50公里,在香港東北約55公里。大亞灣核電站與嶺澳核電站相距約1公里,目前共有四個反應(yīng)堆,每個核電站各兩個,總熱功率為11.6GW,世界排名第十。2010年與2011年嶺澳二期的兩個反應(yīng)堆將分別開始發(fā)電,屆時將成為世界第二大的反應(yīng)堆群。緊靠反應(yīng)堆即有較高的山,在距反應(yīng)堆300到500米外,山高達(dá)到100米以上;在距反應(yīng)堆約2公里(振蕩極大值)處山高約400米。山體由整體的花崗石構(gòu)成,很適于隧道開鑿和建立較大的地下實驗室。
大亞灣中微子實驗的目標(biāo)是將sin22θ13測量到0.01或更高的精度,這比上面提到的CHOOZ給出的靈敏度高了一個量級以上。實驗利用電子反中微子在大型液體閃爍體探測器中的反β衰變反應(yīng)來測量反應(yīng)堆中微子。比較遠(yuǎn)近探測器測得的中微子通量和能譜,就可以知道中微子是否發(fā)生了振蕩,進(jìn)而確定振蕩參數(shù)θ13。如果存在振蕩,在遠(yuǎn)探測器看到的中微子通量將比預(yù)期要少;同時,由于不同能量的中微子振蕩幾率不一樣,測得的能譜將發(fā)生有規(guī)律的變形。反β衰變反應(yīng)是電子反中微子被氫核俘獲,生成一個正電子和一個中子。中微子的能量幾乎全由正電子帶走,在液體閃爍體內(nèi)有1MeV~8MeV的能量沉積。生成的中子經(jīng)慢化后在液體閃爍體中摻雜的釓元素上被俘獲,以伽馬光子的形式放出約8MeV的能量,比正電子信號平均慢30微秒。正電子信號與中子信號在能量與時間上的符合可以干凈地辨認(rèn)出中微子與其它本底。其間最嚴(yán)重的本底干擾來自于宇宙線,因此需要盡量將探測器置于較深的地下。
由于大亞灣有兩個反應(yīng)堆群,需要兩個近探測器分別對它們進(jìn)行測量。大亞灣近點探測器距離反應(yīng)堆約360米,嶺澳近點探測器距反應(yīng)堆約500米,遠(yuǎn)探測器離大亞灣反應(yīng)堆1900米,離嶺澳反應(yīng)堆1600米。還有一個中點實驗站也可放置探測器進(jìn)行測量,以改變實驗的系統(tǒng)誤差,檢驗結(jié)果的可靠性。實驗站之間用水平隧道相連,可以方便地在不同實驗站之間移動探測器。從隧道入口處到大亞灣近點實驗站則采用有坡度的隧道,以將探測器置于更深的地下,減小宇宙線本底的影響。