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

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

doi:10.1016/j.nima.2020.164823

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.