Программа фундаментальных исследований президиума ран 2005 года отчет москва 2006 г

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.

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 (T_1/2=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

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.

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%.

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.

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, 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.

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

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.