Содержание к диссертации
Введение
1.1 Солнечные нейтрино.
1.1.1 Возможные изотопы в качестве мишени сцинтилляционого детектора.
1.2 Проект LENS.
-
Yb-содержащий сцинтилляционный детектор.
-
In-содержащий сцинтилляционный детектор.
1.3 Реакторные антинейтрино. Измерение угла смешивания із.
-
Эксперимент Chooz.
-
Эксперимент Palo Verde.
-
Эксперимент KamLAND.
-
Будущие эксперименты (Double Chooz, Daya Bay, RENO).
-
Мониторинг работы реактора.
1.4 Безнейтринный двойной бета распад 2P(0v)
2. Разработка металлосодержащих (Yb,In) жидких сцинтилляционных детекторов солнечных нейтрино. Проект LENS. 2.1 Yb-содержащий жидкий органический сцинтиллятор.
-
Состав сцинтиллятора.
-
Оптические и сцинтилляционные характеристики.
-
Конструкция детектора.
-
Внутренний фон сцинтиллятора.
-
Очистка иттербия от Lu-176
2.2 Іп-содержащий жидкий органический сцинтиллятор.
-
Оптические и сцинтилляционные характеристики.
-
In-сцинтиллятор в оптических ячейках.
-
Прототип детектора солнечных нейтрино.
-
Результаты измерений на прототипе In детектора.
2.2.4.1 Бета спектр In-115.
-
Собственный фон Іп-содержащего сцинтиллятора.
-
Стабильность 1п-сцинтиллятора.
-
Фон индиевого детектора и различные варианты конструкций In детектора.
3.1 Сцинтиллятор с добавкой Gd для регистрации нейтрино от реактора
(проект Double Chooz).
-
Выбор и оптимизация состава сцинтиллятора.
-
Оптические и сцинтилляционные характеристики.
-
Стабильность.
3.2 Сцинтилляционный детектор с добавкой Gd (0.1%) для мониторирования
работы ядерных реакторов (на базе LVD счётчика).
3.2.1 Оптические и сцинтилляционные характеристики.
-
Калибровка двух счётчиков нейтронным источником Cf.
-
Стабильность сцинтиллятора.
4. Nd-содержащий жидкий органический сцинтиллятор для поиска 2p(0v) бета распада.
-
Сцинтилляционные и оптические характеристики.
-
Экспериментальный модуль с кюветой длиной 1 метр. Результаты
измерений эффективной прозрачности.
4.3 Внутренний фон сцинтиллятора. Измерение содержания радиоактивных
примесей в неодиме.
4.4 Проект полномасштабного эксперимента (12 тонн Nd-сцинтиллятора) по
поиску 2p(0v) бета распада.
Выводы.
Введение к работе
Один из разделов современной физики - физика нейтрино представляет одну из наиболее интересных и важных областей исследования современной фундаментальной науки. Нейтрино, как частица, была теоретически введена в 1930 году В.Паули, чтобы объяснить наблюдаемый непрерывный спектр электронов, получающихся в результате бета распада ядер. Позднее, в 1933 году, Э.Ферми развил первую теорию слабых взаимодействий и назвал эту частицу нейтрино. Экспериментальное обнаружение этих частиц вызывало существенные трудности, так как нейтрино не участвует в сильных взаимодействиях, у нее отсутствует электрический заряд, а масса и магнитный момент исключительно малы. Последующие измерения на ускорителе в ЦЕРНе по измерению ширины распада Z бозона показали, что три типа нейтрино с массой меньшей Mz/2 участвуют в слабых взаимодействиях, а именно ve , v^ , VT. Измерение массы нейтрино имеет важное следствие, как для физики элементарных частиц, так и астрофизики и космологии.
Попытки измерить массу нейтрино осуществляются по нескольким направлениям. Прямые измерения включают исследование границы конечного бета спектра электронов ядер изотопа трития. Хотя чувствительность, этих экспериментов резко возросла в последние годы, тем не менее, удалось только установить предел на массу нейтрино [1,2,3]. Современный предел на массу электронного нейтрино равен m(ve) < 2 эВ (95% C.L.). Косвенная информация о массе нейтрино может быть получена из осцилляционных экспериментов на реакторах и ускорителях. Если нейтрино имеет массу, то собственное нейтринное состояние, характеризующееся ароматом |vi >, может быть представлено линейной суперпозицией собственных массовых состояний |V;> /=1 где коэффициенты Uii представляют унитарную 3x3 матрицу смешивания. По мере распространения от точки рождения массовые состояния нейтрино
8 эволюционируют различно во времени, что приводит к изменению смешивания и, как результат, к новому нейтринному состоянию. В результате нейтринный пучок представляет собой осциллирующий между различными типами (ароматами) пучок нейтрино. Матрица смешивания может быть выражена через три угла смешивания 0! = 013 , 02 = гз , з = 12 и фазу 5, характеризующую СР нарушение: \уг; с\съ ^ S2S7> ~~ S\C2C7>e iS iS C\S7>
О'лС'о jjfOrtij'it^ C\S2 C\C2 J ЧЛ Vv3 7 где C!=cos i, Si = sin i И т.д.
Используя допущение, что только два массовых состояния нейтрино смешиваются, и, пренебрегая эффектом плотности среды, можно получить выражение для вероятности перехода одного аромата нейтрино в другое после прохождения расстояния L:
Р = sin2 20 sin2
ИД, j
Учёт влияния вещества среды изменяет осцилляционную картину процесса. Это изменение обусловлено влиянием MSW эффекта [4,5]. MSW эффект отражает тот факт, что электронные нейтрино в отличие от других типов нейтрино (мюонных и тау) взаимодействуют с электронами вещества, как через нейтральные, так и заряженные токи. Это отличие в определённых условиях может приводить к резонансному усилению перехода электронных нейтрино в мюонные, что имеет место в случае распространения солнечных нейтрино от центра звезды к её поверхности.
Исследование нейтринных осцилляции проводится, как с естественными источниками нейтрино (солнце, вспышки сверхновых, распад пионов космических лучей), так и с искусственными (ядерный реактор). Для всех этих
9 источников имеющиеся экспериментальные результаты прямо или косвенно подтверждают факт нейтринных осцилляции. Эксперименты с солнечными нейтрино, помимо изучения свойств этой частицы, несут также важную информацию о процессах, протекающих в центральной части звезды. Измерение потока нейтрино в низкоэнергетической части солнечного спектра, рр-нейтрино (< 0.4 МэВ), с погрешностью < 2%, даст ценную информацию, которая найдёт своё отражение в подтверждении стандартной солнечной модели (ССМ).
В случае, если нейтрино представляет собой массивную майорановскую частицу, существует возможность измерения абсолютной массы нейтрино в экспериментах, способных зарегистрировать безнейтринный двойной бета распад.
В ряде планируемых будущих экспериментов, предназначенных для регистрации нейтрино от Солнца, реактора и поиска 2P(0v) двойного бета распада, рассматривается применение металлосодержащих жидких сцинтилляционных детекторов. Разработка и характеристики сцинтилляторов, содержащих в своём составе растворённые элементы Yb, In, Gd, Nd с целью создания крупномасштабных нейтринных детекторов, рассматриваются в предлагаемой ниже работе.
