Potential of Core-Collapse Supernova Neutrino Detection at JUNO

JUNO is an underground neutrino observatory under construction in Jiangmen, China. It uses 20kton liquid scintillator as target, which enables it to detect supernova burst neutrinos of a large statistics for the next galactic core-collapse supernova (CCSN) and also pre-supernova neutrinos from the nearby CCSN progenitors. All flavors of supernova burst neutrinos can be detected by JUNO via several interaction channels, including inverse beta decay, elastic scattering on electron and proton, interactions on C12 nuclei, etc. This retains the possibility for JUNO to reconstruct the energy spectra of supernova burst neutrinos of all flavors. The real time monitoring systems based on FPGA and DAQ are under development in JUNO, which allow prompt alert and trigger-less data acquisition of CCSN events. The alert performances of both monitoring systems have been thoroughly studied using simulations. Moreover, once a CCSN is tagged, the system can give fast characterizations, such as directionality and light curve

Detection of the Diffuse Supernova Neutrino Background with JUNO

As an underground multi-purpose neutrino detector with 20 kton liquid scintillator, Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) is competitive with and complementary to the water-Cherenkov detectors on the search for the diffuse supernova neutrino background (DSNB). Typical supernova models predict 2-4 events per year within the optimal observation window in the JUNO detector. The dominant background is from the neutral-current (NC) interaction of atmospheric neutrinos with 12C nuclei, which surpasses the DSNB by more than one order of magnitude. We evaluated the systematic uncertainty of NC background from the spread of a variety of data-driven models and further developed a method to determine NC background within 15\% with {\it{in}} {\it{situ}} measurements after ten years of running. Besides, the NC-like backgrounds can be effectively suppressed by the intrinsic pulse-shape discrimination (PSD) capabilities of liquid scintillators. In this talk, I will present in detail the improvements on NC background uncertainty evaluation, PSD discriminator development, and finally, the potential of DSNB sensitivity in JUNO

Der Korngrenzendiffusionsprozess in nanokristallinen Nd-Fe-B-Permanentmagneten

Die Energie, die in einem Permanentmagneten „gespeichert“ werden kann, gilt als ein Maß für die Leistungsstärke eines Magneten und kann durch das maximale Energieprodukt (BH)max charakterisiert werden. Die Verwendung von Nd-Fe-B-Permanentmagneten mit höchstem (BH)max bei Raumtemperatur im Vergleich zu allen anderen existierenden Materialien, macht die permanentmagneterregten Motoren wesentlich effizienter als die induktionsbasierten Maschinen d.h. es kann die gleiche Leistung bei geringerer Masse und Volumen bereitgestellt werden. Diese Effizienz ist gerade für die mobile Anwendung wie der Elektromobilität oder den off-shore Windgeneratoren von Vorteil. Allerdings führt der negative Temperaturkoeffizient der magnetokristallinen Anisotropie zu einer starken Reduzierung der Koerzitivfeldstärke bei erhöhten Temperaturen. Da sich Permanentmagnete in der Anwendung, durch z.B. Wirbelstromverluste in den Magneten, auf Temperaturen von bis zu 180°C aufheizen, werden üblicherweise schwere Seltenerden (SSE) wie Dy oder Tb der Nd-Fe-B-Ausgangslegierung hinzugefügt, um eine (Dy,Nd)2Fe14B oder (Tb,Nd)2Fe14B-Mischphase mit erhöhtem Anisotropiefeld Ha zu erzeugen. Dies führt zu einer Reduzierung der Sättigungspolarisation Js mit zunehmendem SSE-Anteil. Weitere Aspekte sind die starken Preisschwankungen der Seltenerden (SE), die kürzlich zu einer globalen SE-Krise geführt haben, sowie die langfristige Ressourcenkritikalität speziell der SSE. Eine vielversprechende Methode den SSE-Anteil in Nd-Fe-B-Magneten zu reduzieren, ist der Korngrenzendiffusionsprozess (engl. Grain Boundary Diffusion Process, GBDP). Dieser führt im Idealfall zu einer deutlichen Erhöhung der Koerzitivfeldstärke Hc ohne die Remanenz zu reduzieren und ist im Herstellungsprozess von gesinterten mikrokristallinen Nd-Fe-B-Magneten bereits etabliert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der GBDP auf nanokristalline Magnete, die eine deutlich bessere Temperaturstabilität bei den üblichen Betriebstemperaturen und eine bessere Korrosionsbeständigkeit aufweisen, erfolgreich übertragen. Für die Herstellung von nanokristallinen Magneten kam die bereits etablierte Methode der Heißumformung zum Einsatz. Dieser Herstellungsprozess machte es möglich, verschiedene Legierungszusätze wie DyF3 aber auch selbst hergestellte niedrigschmelzende Legierungen wie Dy70Cu30 oder Dy73Ni9,5Al17,5 vor der Kompaktierung hinzuzugeben und durch die kurzen Prozesszeiten und niedrigen Prozesstemperaturen im Vergleich zum Sinterprozess eine homogene Dy-Verteilung zu vermeiden. Es hat sich gezeigt, dass bei einer anschließenden Wärmebehandlung bei 600°C eine Dy-Diffusion entlang der Korngrenzen angeregt werden kann, ohne signifikantes Kornwachstum zu induzieren. Für DyF3 zeigte sich zudem, dass die Diffusion von F entlang der Bandgrenzen eine entscheidende Rolle spielt. Die Dy-F-reichen Einschlüsse führten weiterhin zu einer Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstand und einer Reduzierung der Wirbelstromverluste. Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HR-TEM)-Untersuchungen, an Dy70Cu30-modifizerten Proben, belegen die Bildung von 5-10 nm dicken Dy-reichen Hüllen sowie eine kristallographische Orientierungsabhängigkeit der Dy-Diffusion in die Nd2Fe14B-Körner. Durch eine Reduzierung der Schmelztemperatur der niedrigschmelzenden Legierungen mittels Zugabe von Nd und durch eine Partikelfeinung mittels Planetkugelmahlens konnte zum einen die Dy-Verteilung optimiert und zum anderen die Diffusionswege deutlich verkürzt werden. Infolgedessen wurde der effektive Anstieg in Hc pro m.%Dy im Vergleich zu einer homogenen Dy-Verteilung deutlich erhöht. Eine schnellere Umformgeschwindigkeit machte es ferner möglich die Bildung von Ausscheidungen und das Kornwachstum auf ein Minimum zu reduzieren und auch die Absolutwerte in Hc zu verbessern

Der Korngrenzendiffusionsprozess in nanokristallinen Nd-Fe-B-Permanentmagneten

Die Energie, die in einem Permanentmagneten „gespeichert“ werden kann, gilt als ein Maß für die Leistungsstärke eines Magneten und kann durch das maximale Energieprodukt (BH)max charakterisiert werden. Die Verwendung von Nd-Fe-B-Permanentmagneten mit höchstem (BH)max bei Raumtemperatur im Vergleich zu allen anderen existierenden Materialien, macht die permanentmagneterregten Motoren wesentlich effizienter als die induktionsbasierten Maschinen d.h. es kann die gleiche Leistung bei geringerer Masse und Volumen bereitgestellt werden. Diese Effizienz ist gerade für die mobile Anwendung wie der Elektromobilität oder den off-shore Windgeneratoren von Vorteil. Allerdings führt der negative Temperaturkoeffizient der magnetokristallinen Anisotropie zu einer starken Reduzierung der Koerzitivfeldstärke bei erhöhten Temperaturen. Da sich Permanentmagnete in der Anwendung, durch z.B. Wirbelstromverluste in den Magneten, auf Temperaturen von bis zu 180°C aufheizen, werden üblicherweise schwere Seltenerden (SSE) wie Dy oder Tb der Nd-Fe-B-Ausgangslegierung hinzugefügt, um eine (Dy,Nd)2Fe14B oder (Tb,Nd)2Fe14B-Mischphase mit erhöhtem Anisotropiefeld Ha zu erzeugen. Dies führt zu einer Reduzierung der Sättigungspolarisation Js mit zunehmendem SSE-Anteil. Weitere Aspekte sind die starken Preisschwankungen der Seltenerden (SE), die kürzlich zu einer globalen SE-Krise geführt haben, sowie die langfristige Ressourcenkritikalität speziell der SSE. Eine vielversprechende Methode den SSE-Anteil in Nd-Fe-B-Magneten zu reduzieren, ist der Korngrenzendiffusionsprozess (engl. Grain Boundary Diffusion Process, GBDP). Dieser führt im Idealfall zu einer deutlichen Erhöhung der Koerzitivfeldstärke Hc ohne die Remanenz zu reduzieren und ist im Herstellungsprozess von gesinterten mikrokristallinen Nd-Fe-B-Magneten bereits etabliert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der GBDP auf nanokristalline Magnete, die eine deutlich bessere Temperaturstabilität bei den üblichen Betriebstemperaturen und eine bessere Korrosionsbeständigkeit aufweisen, erfolgreich übertragen. Für die Herstellung von nanokristallinen Magneten kam die bereits etablierte Methode der Heißumformung zum Einsatz. Dieser Herstellungsprozess machte es möglich, verschiedene Legierungszusätze wie DyF3 aber auch selbst hergestellte niedrigschmelzende Legierungen wie Dy70Cu30 oder Dy73Ni9,5Al17,5 vor der Kompaktierung hinzuzugeben und durch die kurzen Prozesszeiten und niedrigen Prozesstemperaturen im Vergleich zum Sinterprozess eine homogene Dy-Verteilung zu vermeiden. Es hat sich gezeigt, dass bei einer anschließenden Wärmebehandlung bei 600°C eine Dy-Diffusion entlang der Korngrenzen angeregt werden kann, ohne signifikantes Kornwachstum zu induzieren. Für DyF3 zeigte sich zudem, dass die Diffusion von F entlang der Bandgrenzen eine entscheidende Rolle spielt. Die Dy-F-reichen Einschlüsse führten weiterhin zu einer Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstand und einer Reduzierung der Wirbelstromverluste. Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HR-TEM)-Untersuchungen, an Dy70Cu30-modifizerten Proben, belegen die Bildung von 5-10 nm dicken Dy-reichen Hüllen sowie eine kristallographische Orientierungsabhängigkeit der Dy-Diffusion in die Nd2Fe14B-Körner. Durch eine Reduzierung der Schmelztemperatur der niedrigschmelzenden Legierungen mittels Zugabe von Nd und durch eine Partikelfeinung mittels Planetkugelmahlens konnte zum einen die Dy-Verteilung optimiert und zum anderen die Diffusionswege deutlich verkürzt werden. Infolgedessen wurde der effektive Anstieg in Hc pro m.%Dy im Vergleich zu einer homogenen Dy-Verteilung deutlich erhöht. Eine schnellere Umformgeschwindigkeit machte es ferner möglich die Bildung von Ausscheidungen und das Kornwachstum auf ein Minimum zu reduzieren und auch die Absolutwerte in Hc zu verbessern

Grain boundary diffusion in nanocrystalline Nd-Fe-B permanent magnets with low-melting eutectics

In order to combine the good thermal stability of nanocrystalline Nd-Fe-B magnets with the efficient grain boundary diffusion process (GBDP), low-melting eutectics have been mixed with Nd-Fe-B melt-spun ribbons, hot-compacted and subsequently die-upset. Transmission electron microscopy (TEM) analysis revealed the formation of 5–10 nm thick Dy-shells and a crystallography dependent diffusion into the individual solid grains on the nanoscale. Subsequent annealing at 600 °C leads to an enhanced diffusion but also some undesired Nd-O phases and induced grain growth depending on the annealing time, degree of deformation, strain rate and position within the sample. An optimized distribution of the low-melting eutectic was realized by milling the precursor powder and by using ternary alloys with reduced melting points. As a consequence a much higher effective increase in coercivity per wt%Dy was obtained compared to a homogeneous Dy-distribution which demonstrates the validity of this new approach

Calculation of remanence and degree of texture from EBSD orientation histograms and XRD rocking curves in Nd–Fe–B sintered magnets

Sintered Nd–Fe–B permanent magnets with different composition and texture have been characterized by electron backscattered diffraction (EBSD) and X-ray diffraction (XRD) techniques. Instead of EBSD mapping on a microscopic scale, smooth orientation histograms were obtained with the EBSD sampling method. In this method 45,000 single orientation measurements were taken with a step size of 10 µm, which is here above the average grain size of the Nd2Fe14B grains. Complementary macroscopic texture information was extracted from XRD rocking curves. In order to test the statistical reliability of the EBSD and XRD measurements, the remanences along the easy and the hard directions were calculated from this data by means of a simple approach assuming magnetically decoupled grains, identical in size, and absence of domain walls. For this, the saturation magnetization has to be approximated or one can employ the degree of texture using two different common definitions of this parameter. Both definitions are independently of the saturation magnetization. The calculated degrees of texture compare well with the magnetic measurements, which demonstrate the excellent statistical reliability of the EBSD and XRD data. Furthermore, it shows that the three assumptions above reproduce well the characteristics of sintered Nd–Fe–B magnets