Фотодетекторы байкальского нейтринного телескопа НТ-200 и черенковского детектора Шал Тунка Похил Павел Григорьевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач современной экспериментальной физики высоких энергий, физики космических лучей и астрофизики являются изучения природных потоков нейтрино высоких энергий и первичного космического излучения в области "колена". Для решения этих задач в мире активно ведутся работы по созданию крупномасштабных нейтринных телескопов и наземных широкоугольных черенковских детекторов широких атмосферных ливней (ШАЛ).

Так, уже более пяти лет успешно работает первый и пока единственный в мире глубоководный нейтринный телескоп НТ-200 на озере Байкал (IA.Belolaptikov et al. Astroparticle Physics 7 (1997) 263). Работы над аналогичными проектами ведутся в Средиземном море - ANTARES (Amram P. et al. Ргос. of the 27^th ICRC. 2001. V.3. P.1233), NESTOR (Anasontsis E. etal. Proc. of the 25^th ICRC. 1997. V.7. P.49.) и NEMO (De Marzo С The Proc. of the 6^th Intern. "Workshop on TAUP.1999. P.433). В Антарктиде, на Южном Полюсе, на глубине 1+2 км во льду несколько лет функционирует нейтринный телескоп AMANDA (Andres Е. et al. Astroparticle Physics. 2000. V.13. P.I). Там же начаты работы по созданию гигантского детектора ICECUBE (Goldscmidt А. Ргос. of the 27^th ICRC. 2001. V.3. P. 1237.) с рабочим объемом ~1 км³. Начаты обсуждения проекта детектора GVD с таким же объемом на базе нейтринного телескопа НТ-200 на оз.Байкал (BalkanovVA. etal. Nucl. Phys. В (Proc. Suppl). 2003. V.I 18. P.363).

Регистрация черенковского излучения ШАЛ широкоугольными детекторами является одним из наиболее эффективных средств для исследования первичного космического излучения в области излома его спектра- 10¹⁴+10¹⁶ эВ. Последние 10-15 лет ознаменовались активной работой широкоугольных черенковских детекторов ШАЛ в этой области спектра. Это такие детекторы как AIROBICC (Karle A et al. Astroparticle Physics. 1995. V.3. P.321.) на Канарском острове Ла-Пальма в Испании, BLANCA (M.Cassidy et al. Ргос. of the 25 ICRC. 1997. V.5. P.189.) в США и ТУЛКА (N.Budnev et al. Proc. ofthe 27^th ICRC. 2001. V.2. P.581) в Тункинской долине в 50 км от оз.Байкал. Из этих детекторов в настоящее время только детектор ТУНКА продолжает активно работать и развиваться.

Сформулируем основные требования к фотодетекторам, используемым в нейтринных телескопах:

1. Высокая чувствительность в сине-голубой области спектра.

2. Малый уровень скоростей счета импульсов гемнового тока.

3. Чувствительность в телесном угле 2я.

4. Нечувствительность к магнитному полю Земли.

5. Высокое временное разрешение.

6. Быстрый временной отклик.

7. Хорошее однофогоэлектронное разрешение.

В случае же широкоугольных детекторов ШАЛ эти требования сводятся к следующим (Lubsandorzhiev В.К. et al. Nucl. Instrum. and Methods. 2000. VA442. P.368-373.):

1. Высокая чувствительность в сине-голубой области спектра.

2. Чувствительность в телесном угле 2п.

3. Нечувствительность к магнитному полю Земли.

4. Высокое временное разрешение.

5. Быстрый временной отклик.

6. Возможность долговременной работы в условиях светового фона ночного неба.

Одним из основньж условий успешной реализации проектов создания и эксплуатации крупномасштабных нейтринньж телескопов и черенковских детекторов широких атмосферных ливней является разработка и создание фотодетекторов и оптических модулей и регистрационных пунктов на их основе, адекватно отвечающих перечисленным выше требованиям.

Цель работы. Целью настоящей работы являлись разработка и создание ряда вакуумных фотодетекторов для Байкальского нейтринного эксперимента и черенковского детектора широких атмосферньж ливней ТУНКА, разработка и создание оптического модуля для Байкальского нейтринного телескопа НТ-200.

Работа выполнена в рамках работ по созданию нейтринного телескопа НТ-200 и широкоугольного черенковского детектора ШАЛ ТУНКА.

Научная новизна и практическая ценность работы. В ходе выполнения настоящей работы были разработаны и созданы ряд вакуумных фотодетекторов, ставших базовыми элементами Байкальского нейтринного телескопа НТ-200, наледного черенковского детектора ШАЛ и широкоугольного черенковского детектора ШАЛ ТУНКА

Основные результаты, представленные к защите.

Основными результатами, представленными к защите, являются результаты работ по разработке и созданию ряда фотодетекторов для нейтринньж экспериментов на оз. Байкал и для широкоугольных черенковских детекторов широких атмосферньж ливней.

Апробация работы. Результаты и выводы, содержащиеся в диссертации, докладьшались на межрегиональньж конференциях по физике космических лучей в г.Москве в 1994, 1996, 1998 и 2002 гг., в г.Дубне в 2000 г, Международных конференциях по физике космических лучей в 1995г. (Рим), 1997г. (Дурбан), и 2001г. (Гамбург). Результаты работ докладьшались на научных семинарах в ИЯИ РАН, НИИЯФ МГУ и ОИЯИ.

Публикации. Сущность и новизна исследований, выполненных по теме данной диссертации, изложены в статьях, опубликованных в журналах Приборы и Техника Эксперимента, Nuclear Instruments and Methods А, Известия РАН, Astroparticle Physics, Ядерная физика, Progress in Paricle and Nuclear Physics, Физика Элементарных Частиц и Атомного Ядра (ЭЧАЯ), в трудах межрегиональньж и международных конференций по физике космических лучей и физике нейтрино. Всего по теме диссертации опубликовано 25 работ из них 17 в реферируемых журналах.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Общее количество страниц составляет 183, рисунков - 67 и таблиц -5.