Программа фундаментальных исследований президиума ран 2005 года отчет москва 2006 г



жүктеу 0.89 Mb.
бет1/7
Дата27.05.2016
өлшемі0.89 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7


РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК


«Нейтринная Физика»
ПРОГРАММА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРЕЗИДИУМА РАН

2005 года


ОТЧЕТ

Москва 2006 г.




«Утверждаю»

Президент

Российской академии наук

академик Ю.С.ОСИПОВ
« » 2006 г.

Программа фундаментальных исследований

Президиума РАН 2005 года

«Нейтринная физика»
ОТЧЕТ

«Согласовано»

Академик-секретарь

Отделения ОФН……………..

Академик А.Ф.Андреев
« » 2006 г.


Координатор программы

…………………………………


академик В.А.Матвеев
« » 2006 г.


Направление 1: «Нейтринная физика»
Проект 1.1. «Галлий-германиевый нейтринный телескоп»

Руководитель: В.Н.Гаврин
Основные результаты.
На Галлий-германиевом нейтринном телескопе Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН в международном эксперименте SAGE из анализа 15-летних измерений получена скорость захвата полного потока солнечных нейтрино на металлическом галлии. Полученная величина с учётом результатов других экспериментов с солнечными нейтрино даёт прямое экспериментальное доказательство термоядерной природы энергии Солнца и наличия осцилляций нейтрино в веществе. (ИЯИ РАН).
Произведена калибровка Галлий-германиевого нейтринного телескопа Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН при помощи искусственного аргонового источника монохроматических нейтрино. Измерена скорость захвата нейтрино на металлическом галлии, оказавшаяся равной 0.79 от расчётной. Объединённый анализ результатов четырёх выполненных к настоящему времени экспериментов с искусственными источниками нейтрино на галлий-германиевых телескопах указывает на то, что величина сечения захвата нейтрино на 71Ga завышается. (ИЯИ РАН).
Разработана технология создания искусственного источника нейтрино 37Ar высокой активности.
а. Измерение потока солнечных нейтрино, калибровочный эксперимент.
В 2005 году продолжались измерения потока солнечных нейтрино на Галлий-германиевом нейтринном телескопе (ГГНТ) и анализ полученных данных. С января по ноябрь 2005 года на ГГНТ выполнено 11 измерений. Объединенный анализ данных законченных счетом измерений за 15-летний период измерений с января 1990 по январь 2005 года дает величину скорости захвата солнечных нейтрино с энергией 0.233 МЭВ на галлии, равную ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­67+5.2-4.8 SNU. В анализ данных вошли 6 измерений (апрель – сентябрь) выполненных совместно с итало-немецкой группой из коллаборации GNO. Основной целью этих измерений было непрерывное продолжение ежемесячных измерений SAGE. В этих измерениях извлечение проводилось на части (22 тонны) галлиевой мишени SAGE, не используемой в эксперименте с источником 37Ar. Извлеченные образцы доставлялись в лабораторию Гран Сассо, где выполнялся синтез и счет извлеченнных атомов 71Ge. Полученный в этих 6-ти измерениях результат 64+2422 SNU хорошо согласуется с объединенным результатом галлиевых экспериментов SAGE, GALLEX и GNO. Эти совместные измерения позволили SAGE и GNO более глубоко изучить используемые в эксперименте методы и технику друг друга и, таким образом, провести сквозную проверку используемых в обеих коллаборациях процедур.

SAGE в настоящее время единственный эксперимент, чувствительный к низкоэнергетической области спектра солнечных нейтрино. SAGE продолжает выполнение извлечений каждые четыре недели с массой галлия ~50 тонн. Одной из задач лаборатории является повышение точности в ежемесячных измерениях солнечных нейтрино. Это может быть достигнуто за счет снижения фоновых эффектов, повышения эффективности извлечений и счета извлекаемого 71Ge, и увеличения массы галлиевой мишени телескопа.



Повышение точности измерения активности нейтринного источника на

основе 37Ar калориметрическим методом.

Для того, чтобы минимизировать ошибку, связанную с неопределенностью тепловых свойств источника (теплоемкости и теплопроводности, и соответственно, скоростей нагревания и охлаждения), была выполнена калибровка калориметра двумя различными нагревателями, изготовленными из алюминия и железа и имеющими существенно различные тепловые характеристики. Тепловая мощность определялась из измерений силы тока и напряжения в цепи нагревателей. Для воспроизведения условий измерений источника перед началом каждой калибровки калориметр в течение двух суток охлаждался до комнатной температуры. В отличие от калибровочных замеров, которые производятся при постоянной мощности нагревателя, тепловая мощность источника непрерывно уменьшается в соответствии с постоянной распада 37Ar (T1/2=35.04 d). Соответствие между кривыми временных зависимостей термо э.д.с. для нагревателей и для источника достигается, если ввести коррекцию для кривой нагревателя, учитывающую распад: значение термо э.д.с. в каждой точке кривой нагревателя умножается на множитель e-t, где время t измеряется от начала измерения. Такое совмещение «хвостовых» частей кривых нагревателей и источника достигается для обоих нагревателей для любых измеряемых мощностей. Отсюда следует, что для построения калибровочной зависимости между термо э.д.с. и мощностью источника можно использовать значения термо э.д.с. в области 700-900 мин. При этом мощность источника определяется на момент начала измерения.

Было исследовано влияние на результаты калибровки калориметра неравномерности тепловых потоков от нагревателя. Для этого сравнивались данные, полученные с нагревателем, в котором нихромовая спираль была равномерно распределена по высоте нагревателя (h~12 см), с данными, когда спираль была сосредоточена в нижней части нагревателя (h~4 см). Отличий не наблюдалось.

Для определения мощности источника была использована калибровочная зависимость, полученная для алюминиевого нагревателя.



Калибровка счетных каналов системы регистрации телескопа и


пропорциональных счетчиков с использованием эталонной активности 71Ge.

Обогащенный изотоп 71Ge был получен облучением образца галлия на ускорителе НИИЯФ МГУ 10.12.04. в течение ~30 минут. Ориентировочная активность по 71Ge после распада 69Ge составила ~105/сек. Была проведена экстракция из галлия с целью извлечения германия и синтез с заполнением счётчика. Перед синтезом в пробу было внесёно 600 мкг носителя - стабильного германия.

На момент облучения активности 69 и 71 во всей мишени составляли 4.41105 с-1 и 1.13105 с-1 соответственно. Активность смеси в счетчике на 30.01.05 составила 700 с-1. Активность порции 1/100000 от исходного образца на момент 04.01.05 для установки в систему составила 4-5 мин-1.

Для проверки работы системы регистрации ГГНТ в эксперименте с 37Ar был использован пропорциональный счетчик YCT-6 с газовым составом, полученным облучением на циклотроне МГУ обогащенного изотопа 71Ge. Начальная скорость счета событий от распада 71Ge составила около 5 тыс. событий в день, что позволило проводить калибровки счетчиков обычным образом и далее проводить набор данных от 71Ge с приемлемой статистикой по каждому каналу системы с промежутком в один день. События регистрировались в нормальном режиме сбора данных на системе регистрации ГГНТ одновременно с регистрацией на независимом многоканальном анализаторе импульсов ORTEC, работающем на компьютере под управлением программы Maestro. Синхронная работа обеих систем позволила определить возможные потери событий системой регистрации ГГНТ в силу различных аппаратных или программных причин.

Сравнение фактического положения K и L пиков 71Ge с расчетными значениями, полученными из калибровочных данных с использованием стандартных программ обработки, дало очень близкое согласие результатов, что свидетельствует о высокой точности расчетов по выбору положения энергетических окон.

Сравнение предсказываемого (96%) и фактического положения границ окон для отбора событий по критерию времени нарастания импульса с использованием стандартных процедур показало очень хорошее согласие для K пика (95-98%) для разных каналов системы) и несколько заниженное ожидание (98-100%) для L пика.

Сравнение скоростей счета по разным каналам системы (с учетом фактора распада) дало одинаковый результат в пределах статистической погрешности. Скорости счета отдельно по пикам хорошо согласуются согласно формулам для вычисления эффективностей счета для данного газового наполнения.

Сравнение числа событий по каналам, зарегистрированных независимыми системами в эквивалентном энергетическом интервале с учетом мертвого времени системы регистрации ГГНТ, дало хорошо согласующийся результат.

Таким образом, данная проверка не выявила проблем в работе системы регистрации ГГНТ.

Были выполнены работы по измерению объемной эффективности всех девяти счетчиков YCT. Счетчики наполнялись газовой смесью, аналогичной той, что применяется в солнечных нейтринных ранах с добавкой небольшого количества 37Ar. После измерения активности в счетчике с помощью многоканального анализатора газовая смесь перекачивалась в счетчик YL-1 с хорошо известной объемной эффективностью (0.992), в котором измерения активности повторялись. Эффективность счетчиков YCT определялась путем сравнения измеренной активности с активностью в счетчике YL-1. В качестве дополнительной проверки были также проведены измерения эффективности счетчика YCT-6 с использованием активности 71Ge и эффективности счетчиков YCT-3 и YCT-8 с использованием активности 69Ge и совпадений на ППД. Средняя объемная эффективность пропорциональных счетчиков типа YCT (данные измерений по девяти счетчикам) равна 0.955.


Высокоточное измерение активности нейтринного источника 37Ar с

использованием пропорционального счетчика на основе методики,

разработанной на этапе №1 плана 2004 года.

В декабре 2004 года источник 37Ar был возвращен в Институт реакторных материалов (г.Заречный). Ампула источника была вскрыта дуговой сваркой в вакуумной системе, весь объем газа был откачан и перемещен для измерения активности в пропорциональные счетчики. К этому времени активность 37Ar снизилась примерно в 300 раз.

Так как удельная активность была все еще очень высока, необходимо было сделать несколько разделений объема для уменьшения скорости счета до значения, приемлемого для пропорциональных счетчиков. В проведении этих разбавлений применялся в качестве носителя Не, в связи с тем, что полный объем газа и, соответственно, давление, были очень низкими. Фракция газа, закачанная в пропорциональный счетчик, была примерно 1 к 108. Для того, чтобы быть уверенными, что газ, содержащийся в последнем объеме, полностью откачивался в счетчик, был изготовлен специальный пропорциональный счетчик с боковым отсеком, заполненным углем, на который образец аргона закачивался криогенным методом. Включая мертвый объем отсека, эффективность счета для К пика 37Ar была 59%. Несмотря на очень большое объемное разбавление, скорость счета все же была очень высокой - несколько сотен тысяч в секунду. Скорость измерялась постоянной записью импульсов от счетчика с использованием анализатора формы импульса с большой временной задержкой и затем в течение отобранного временного интервала сосчитывалось число импульсов.

Было измерено пять образцов в двух пропорциональных счетчиках с использованием разных методов разделения объема. Принимая, что период полураспада 35.04 дня, среднее взвешенное значение этих измерений дает значение мощности источника на начальное время 405.1 +/- 2.7 кКи, где неопределенность включает систематические неопределенности статистики счета, разделения объема, и эффективности счета. Так как со времени начала счета до времени проведения этих измерений прошло 287 дней, этих результат довольно чувствителен к значению периода полураспада, используемому в коррекции величины распада. Неопределенность 37Ar в новейших справочниках для этой ядерной массы задается величиной +/-0.04 дня, что ведет к дополнительной неопределенности в определении мощности источника +/-0.65%.


Публикации (в том числе находящиеся в печати).

Г.Ф.Абдуллина, Е.П.Веретенкин, В.Н.Гаврин, В.В.Горбачев, И.Н.Мирмов, В.И. Барсанов, Ю.И. Барсанов, А.А. Джанелидзе, С.Б. Злоказов, Н.А. Котельников, С.Ю. Марков, З.Н. Шакиров, Ю.С.Хомяков «Разработка конструкции и технологии изготовления источника нейтрино», ПТЭ, в печати.


В.И. Барсанов, А.А. Джанелидзе, А.А. Замятина, С.Б. Злоказов, А.В. Коренкова, Н.А. Котельников, С.Ю. Марков, В.В. Селин, З.Н. Шакиров ФГУП «Институт реакторных материалов», г. Заречный Свердловской обл. 624250; Д.Н. Абдурашитов, Е.П. Веретенкин, В.Н. Гаврин, И.Н. Мирмов, В.Э. Янц Институт ядерных исследований РАН, Москва 117312, «Технология и установка экстракции, очистки и сбора 37Ar из оксида кальция», ПТЭ, в печати.

J.N.Abdurashitov et al “The SAGE&LNGS experiment: Measurements of solar neutrinos at LNGS using gallium from SAGE”, arXiv:nucl-ex/0509031 v1, submitted to J. Astroparticle Physics (2005).


Д.Н.Абдурашитов, В.Н.Гаврин, В.В.Горбачев, Т.В.Ибрагимова, А.В.Калихов, А.А.Шихин, Метод измерения больших скоростей счета детекторов ионизирующего излучения с высокой точностью, направлено в печать в журнал «Приборы и техника эксперимента» (2005).
V.N.Gavrin for SAGE Collaboration “Present Status of the SAGE 37Ar Neutrino Source Experiment”, Proc.of the XI the Int. Workshop on Neutrino Telescopes, Feb.22-25, 2005, Venice. Italy, ed. by Milla Baldo Ceolin, 187 (2005).
V.V.Gorbachev for SAGE Collaboration “Present Status of the SAGE 37Ar Neutrino Source Experiment”, report presemted at the XIIIth Int. School on “Particles and Cosmology”, April 18-23, 2005 , Kabardino-Balkaria, Baksn Valley, Russia, to be published in Proc. of the conference (2005).
J.P.Kozlova, V.N.Gavrin, A.V. Kalikhov, I.A.Vasilenko, E.P.Veretenkin, V.I. Biberin, A.V.Govorkov, A.V. Markov, A.Y.Polyakov, N.B. Smirnov, T.J.Bowles. “Electrical properties of detector SSD GaAs”, report presemted at the XIIIth Int. School on “Particles and Cosmology”, April 18-23, 2005 , Kabardino-Balkaria, Baksn Valley, Russia, to be published in Proc. of the conference (2005).

Д.Н.Абдурашитов, Е.П.Веретенкин, В.Н.Гаврин, В.В.Горбачёв, Т.В.Ибрагимова, А.В.Калихов, И.Н.Мирмов, А.А.Шихин, В.Э.Янц, Институт ядерных исследований РАН; Москва; В.И.Барсанов, А.А.Джанелидзе, С.Б.Злоказов, С.Ю.Марков, Институт реакторных материалов, г.Заречный Свердловской обл. «Определение активности искусственного источника нейтрино на основе изотопа 37Ar», ПТЭ, в печати.


V.N.Gavrin for SAGE Collaboration “Measurement of the response of a Ga solar neutrino experiment to neutrinos from an 37Ar source“, to be published in Proc.of the 5th Int. Conference on Non-Accelerator New Physics (NANP'05), June 20-25, 2005 in Dubna, Moscow region, Russia (2005).
V.N.Gavrin for SAGE Collaboration “Measurement of the response of a Ga solar neutrino experiment to neutrinos from an 37Ar source“, to be published in Proc.of the IX Int. Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP'05), September 10-14, 2005 in Zaragoza, Spain (2005).
V.N.Gavrin for SAGE Collaboration “Measurement of the response of a Ga solar neutrino experiment to neutrinos from an 37Ar source“, to be published in Phys.Rev.C
J.N.Abdurashitov, et al “Measurement of the response o a Ga solar neutirno experiment to neutrinos from an 37Ar source”, to be published in ZhETP.
б. Увеличение массы мишени телескопа.

Для выполнения этой задачи создается технология периодического введения в галлиевую мишень телескопа металлического галлия, восстановленного из экстракционных растворов.



В 2005 году завершен монтаж и введен в эксплуатацию участок по регенерации галлия из экстракционных растворов для введения в активную часть мишени ГГНТ. Обеспечены проектные технологические параметры процесса. По состоянию на октябрь 2005 года получено 464 кг чернового галлия. По договору с ООО «Юнимет» в 2005 году получено 1571 кг галлия марки Ga-99,9999. Всего, таким образом, для увеличения галлиевой мишени наработано 5,9 тонн галлия марки Ga-99,9999, который после очистки от космогенных изотопов германия будет в 2006 году загружен в реакторы ГГНТ.
Проект 1.2. «Байкальский глубоководный нейтринный телескоп НТ-200»

Руководитель: Г.В.Домогацкий
В период зимней экспедиции на озеро Байкал завершён монтаж и введён в эксплуатацию глубоководный нейтринный телескоп НТ200+ ИЯИ РАН с эффективным объёмом 107 куб м (для регистрации событий от нейтрино с энергией порядка 10 ПэВ), что позволит Байкальскому нейтринному эксперименту сохранить на ближайшие годы лидирующие (наряду с экспериментом АМАНДА на Южном полюсе) в мире позиции в задаче исследования природного диффузного потока нейтрино в диапазоне энергий от 100 ТэВ до 100 ПэВ (ИЯИ РАН, НИИПФ ИГУ, НИИЯФ МГУ, ОИЯИ).
Задачи работ по проекту, предусмотренные на 2005-й год можно считать выполненными полностью в том смысле, что на вполне удовлетворительном уровне был проведен заключительный этап подготовки к зимней экспедиции 2005 года, что сама экспедиция на оз. Байкал проведена в оптимальные сроки, что практически в полном объеме реализована программа экспедиционных работ, основным итогом которых стало развертывание и введение в эксплуатацию нового детектора – Байкальского глубоководного нейтринного телескопа НТ-200+, что к настоящему времени установка проработала около 100 дней (живое время) в режиме совместной регистрации событий детектором НТ-200 и аппаратурой внешних гирлянд, что на вполне удовлетворительном уровне велась эксплуатация Байкальского глубоководного нейтринного телескопа НТ-200+, что осуществлялся набор и первичный анализ данных с целью изучения отклика нового детектора, проведен анализ временных и спектрометрических характеристик телескопа на основе результатов калибровок новым лазерным источником, что успешно внедряются новые программы управления установкой, обеспечивающие постоянный оперативный контроль за работой детектора в режиме удаленного доступа, что подготовлена и оборудована новая сухопутная часть трассы для прокладки в период зимней экспедиции 2006 года кабельной линии связи детектора с береговым центром управления, что для этой линии разработана и испытана новая конструкция семижильного геофизического кабеля с усиленной защитой от электрохимической коррозии, что заказ на изготовление этого кабеля размещен на производстве, что начато изготовление ремонтного комплекта глубоководных регистрирующих и управляющих модулей (а также элементов системы межмодульных кабельных коммуникаций) к зимней экспедиции 2006 года, что выполнен летний план профилактического ремонта экспедиционного оборудования.

Это означает, что Байкальский эксперимент получил, как минимум, реальную перспективу сохранения за собой на ближайшие годы лидирующих (наряду с экспериментом коллаборации АМАНДА на Южном полюсе) в мире позиций в задаче исследования природного диффузного потока нейтрино сверхвысоких энергий.

В качестве наиболее значимых физических результатов достигнутых в течении 2005г. следует отметить получение нового, наиболее сильного на сегодняшний день ограничения на интенсивность природного диффузного потока нейтрино всех типов, которое составляет E2F≤8.1 10-7 ГэВ/(см2 с стер) в диапазоне энергий от 2 104 ГэВ до 5 107 ГэВ, ограничения на поток электронных антинейтрино с энергией в области резонанса E=6.3 106 ГэВ, составляющее F≤3.3 10-20 см-2 с-1 стер-1 ГэВ-1, а также ограничения на природный поток быстрых магнитных монополей F≤5 10-17 см-2 с-1 стер-1.

Результаты работы текущего года по Байкальскому нейтринному проекту широко освещались в докладах практически на всех профильных международных конференциях и в развернутой статье в CERN Courier.


Статьи и доклады, подготовленные в рамках проекта
V.Aynutdinov et al., "Search for relativistic magnetic monopoles with the Baikal neutrino telescope NT200". 29th International Cosmic Ray Conference, (2005), Pune, India.
V.Aynutdinov et al., "Search for a diffuse flux of high-energy neutrinos with the NT200 neutrino telescope". 29th International Cosmic Ray Conference, (2005), Pune, India.
V.Aynutdinov et al., "Baikal neutrino telescope NT200+: Upgrade of data acquisition and time calibration systems". 29th International Cosmic Ray Conference, (2005), Pune, India.
V.Aynutdinov et al., "The Baikal neutrino experiment: from NT200 to NT200+". 29th International Cosmic Ray Conference, (2005), Pune, India.
V.Aynutdinov et al., "The Baikal neutrino telescope". V Int. Conf. on Non-Accelerator New Physics (NANP2005), (2005), Dubna, Russia.
V.Aynutdinov et al., "Status and new results from the Baikal detector". IX International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP2005), (2005), Zaragoza, Spain.
V.Aynutdinov et al., "Search for a diffuse flux of high-energy extra-terrestrial neutrinos with the NT200 neutrino telescope". Submitted to Astroparticle Physics, (2005) (in press).
G.V.Domogatsky, R.Wischewski. “Telescope takes next step to high-energy frontier”. CERN Courier, vol.45, №6, 24-26 (2005).
R.Wischnewski. “Status of the Baikal neutrino telescope NT200+”. II International Workshop on Very Large Volume neutrino Telescope, Catania, Italia, 8-11 November 2005.
Zh. Dzhilkibaev. “Baikal experement: main rezults obtained with the neutrino telescope NT200”. II International Workshop on Very Large Volume neutrino Telescope, Catania, Italia, 8-11 November 2005.
V.Aynutdinov. “Optical module of Baikal experement”. II International Workshop on Very Large Volume neutrino Telescope, Catania, Italia, 8-11 November 2005.


  1   2   3   4   5   6   7


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет