Введение к работе
Цель работы. Целью работы является изложение и защита методики, разработанной для измерения плотности потока и энергетического распределения быстрых нейтронов па уровне Ю-7 см-2 с-1 и ниже в области энергий 1-25 МэВ с использованием низкофонового спектрометра быстрых нейтронов.
Актуальность работы. В последние десятилетия бурное развитие получили масштабные неускорительные эксперименты по исследованию свойств нейтрино, по поиску частиц темной материи и процесса двойного безнейтринного /3-распада. В этих экспериментах имеют дело с очень редкими событиями, так что их невозможно проводить на поверхности земли по причине мощного фона космических лучей. За последние 40 лет было построено несколько крупных подземных лабораторий. Среди самых известных можно перечислить многоцелевые детекторы шахты Камиока в Японии, лабораторию Гран-Сассо в автомобильном тоннеле в Италии, никелевую шахту в местечке Садбэри, Канада, а также Баксанскую нейтринную обсерваторию, расположенную в горах Северного Кавказа в России. Все они расположены на глубине в несколько тысяч метров водного эквивалента, обеспечивающей подавление потока мюонов космических лучей в миллиарды раз. На такой глубине существенным становится фон окружающих горных пород, в частности, ультранизкий поток быстрых нейтронов. Планирование чувствительного подземного эксперимента и интерпретация его результатов невозможна без учета вклада фоновых быстрых нейтронов в полезный сигнал. В настоящей диссертации представлены прибор и методика, позволяющие с высокой точностью измерить фон быстрых нейтронов от горных пород.
Новизна работы. Предлагаемая методика измерения ультранизких потоков быстрых нейтронов впервые разработана и использована в применении к условиям подземных помещений глубокого заложения. Впервые измерены плотность потока и энергетическое распределение фоновых быстрых нейтронов в подземных лабораториях Баксанской нейтринной обсерватории.
Существенный личный вклад диссертанта в представляемую работу не вызывает сомнений и заключается в следующем. Абдурашитов Д.Н. совместно с Янцем В.Э. принял участие в изготовлении и сборке отдельных элементов детекторной части спектрометра. Абдурашитов совместно с соавторами Шихиным А.А. и Калиховым А.В. принял непосредственное активное участие в разработке концепции системы регистрации, основанной на двухканальном цифровом осциллоскопе, и соответствующего программного обеспечения. Абдурашитов лично разработал оригинальный алгоритм записи кадров совпадающих событий в режимах измерений
и калибровки; алгоритм позволяет измерять собствеїшьій фон детектора и фон случайных совпадений одновременно с измерением нейтронного сигнала. Абдурашитов лично разработал методику обработки и статистического анализа данных измерений. Непосредственное участие Абдурашитов совместно с Матушко А.В. принял в разработке алгоритма компьютерного моделирования, в результате которого получены функция отклика и эффективность детектора. Все измерения, представленные в диссертации, проведены под общим научным руководством и с прямым участием Аб-дурашитова. Кроме того, Абдурашитовым лично обработаны данные всех измерений, представленных в диссертации, проведен статистический их анализ и оформлены результаты.
Практическая и научная ценность работы.
-
Простая и эффективная методика, предлагаемая в данной работе, позволяет измерить плотность потока и спектр быстрых нейтронов на уровне Ю-7 см-2 с-1 и пиже в области энергий 1-25 МэВ в условиях подземных помещений с минимальными дополнительными средствами подавления 7-фона.
-
Высокая эффективность регистрации детектора, составляющая ~10% в области 1-10 МэВ, позволяет проводить измерения фона быстрых нейтронов за относительно короткий промежуток времени (1-2 недели).
-
Принципиальной отличительной особенностью методики является способность к измерению фона детектора одновременно с измерением сигнала быстрых нейтронов.
-
Другой принципиальной отличительной особенностью методики является способность к измерению плотности потока подпороговых (0-1 МэВ) нейтронов одновременно с измерением сигнала быстрых нейтронов.
-
Разработанная методика может быть применена для проведения долговременного мониторинга быстрых нейтронов в низкофоновых экспериментах, а также для паспортизации подземных помещений.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Разработан, изготовлен и успешно испытан низкофоновый детектор быстрых нейтронов на основе жидкого органического сцинтиллятора в комбинации с гелиевыми пропорциональными счетчиками.
-
Разработана и успешно испытана простая и эффективная методика измерения сверхнизких потоков быстрых нейтронов в подземных условиях.
-
Проведены измерения сверхнизких потоков быстрых нейтронов в подземном комплексе Галлий-Германиевого Нейтринного Телескопа (ГГНТ) и в НизкоФоновой Лаборатории Глубокого Заложения (НФЛГЗ) Баксапской нейтринной обсерватории (БНО), Приэльбру-сье, а также в помещениях проекта CUPP в шахте Пихасалми, Финляндия.
-
Показано, что на основе комбинации жидкого органического сцин-тиллятора с гелиевыми счетчиками и с использованием разработанной методики возможно планирование долговременного мониторинга быстрых нейтронов в низкофоновых экспериментах, а также паспортизация подземных помещений.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались па Баксапских школах «Частицы и космология» (1999, 2001); на конференциях NANP и NANPINO (ОИЯИ, Дубна, 1999, 2000); на конференции «NEUSPEC 2000» (Италия, 2000); на конференции «TAUP 2001» (Италия, 2001) на семинарах в БНО (Приэльбрусье, п. Нейтрино), ФИ АН (Москва), ИЯИ (Москва).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 82 страницах, включая 26 рисунков, 7 таблиц и список литературы, содержащий 90 наименований. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, заключения и списка литературы.
