Проект 1.3. «Литий-бериллиевый нейтринный эксперимент»

Проект 1.3. «Литий-бериллиевый нейтринный эксперимент»

Разработать литиевый метод регистрации солнечных нейтрино, разработать базовый модуль литиевого детектора, который станет первым модулем полномасштабного литиевого детектора на 10 тонн лития. Приступить к созданию пилотной установки литиевого детектора на основе базового модуля.

1. 
   Основные и важнейшие результаты работы по Проекту в 2005 году
   

m²=7.9(+0.6/-0.5)x10^-5 eV² и tg²= 0.40+0.10/-0.07 при этом эксперимент KamLAND допускает оба знака для разности квадратов масс m₁₂² , а данные экспериментов с солнечными нейтрино совместимы только с положительным знаком этой величины. Окончательное решение этого вопроса требует проверки в прямом эксперименте, что в настоящее время не представляется возможным. Однако есть возможность исследовать этот вопрос косвенным путем – через сравнение прецизионных данных по измерению угла смешивания для нейтрино и антинейтрино. Данные экспериментов с солнечными нейтрино потенциально могут содержать новые явления, до сих пор не учтенные теоретическими моделями. Если это так, то они должны проявиться в различии получаемых результатов в этих двух классах различных экспериментов (A.Kopylov “About the sign of m₁₂² .”, arXiv:hep-ph/0411031). Поэтому становится актуальным прецизионное измерение угла смешивания в экспериментах с солнечными нейтрино и с антинейтрино от реактора. Чтобы измерить прецизионно угол смешивания для антинейтрино необходимо измерить эффект на расстоянии от реактора, соответствующему максимальному эффекту от осцилляций (минимуму скорости захвата антинейтрино протоном мишени). Это соответствует примерно 50-60 км от реактора в зависимости от точного выбора диапазона измеряемых энергий. При этом показано (H.Minakata et al., hep-ph/0407326), что для мощности реактора примерно 20 ГВт можно рассчитывать получить точность примерно 3%. В экспериментах с солнечными нейтрино необходимо измерить прецизионно энергетический спектр от рассеяния pp-нейтрино на электроне (такие проекты сейчас разрабатываются) и, помимо этого, измерить эффект от бериллиевых нейтрино (с погрешностью примерно 10%) и от CNO нейтрино (с погрешностью примерно 30%).

Измерение потока бериллиевых нейтрино с точностью примерно 10% по-видимому будет выполнено в ближайшие 5-10 лет на создаваемых в настоящее время установках (Borexino и др.).

Измерение потока CNO нейтрино требует более высокой чувствительности и представляется маловероятным, что эта задача будет решена в ближайшем будущем с помощью электронных детекторов. Здесь снова может быть полезен радиохимический метод. Нами показано, что точность измерения 10% на литиевом детекторе позволяет определить поток нейтрино от CNO цикла с погрешностью примерно 30% , т.е. как раз то, что требуется для прецизионного (точность порядка 1%) измерения угла смешивания для солнечных нейтрино. Такую точность можно получить с 10 тоннами лития в качестве мишени за 4 года эксперимента. Показано также, что заявленная точность 10% может быть получена при использовании для счета бериллия-7 низкофонового гамма спектрометра с использованием германиевых детекторов высокой чистоты; при этом счет идет по гамма линии 478 кэВ, наблюдаемой в 10.4 % случаев распада бериллия-7 на возбужденный уровень лития-7. Эффективность счета по такой методике невысока (примерно 8%), но она достаточна для получения требуемой статистики.

По результатам работы на стендовых установках было доказано, что бериллий извлекается из лития в термостатическом режиме. Продемонстрировано влияние примесей (натрий, калий) на процесс извлечения, тем самым обоснована необходимость использования лития высокой чистоты.

Были разработаны конструкция фильтрующего элемента для эффективного извлечения бериллия из металлического лития и конструкция прогреваемого разъемного соединения, которые используются нами по настоящее время.

Продолжаются измерения содержания урана и тория в образце лития высокой чистоты массой 30 кг. Используется низкофоновый гамма спектрометр на основе кристалла NaI(Tl) диаметром 300 мм и высотой 200 мм в защите от окружающего гамма фона. Согласно предварительным результатам измерений верхний предел на содержание урана-238 (по висмуту-214) и тория-232 (по таллию-208) составляет 10^-8 г/г .

2. 
   Публикации:
   

Lithium experiment on solar neutrinos to weight the CNO cycle

Опубликована в журнале «Ядерная физика» Vol. 67, No. 6, 2004, pp. 1204 -1209

A.Kopylov

“About the sign of of m₁₂².”

arXiv:hep-ph/041103

Популярная статья в журнале «Природа»

А.Копылов

«Солнечные нейтрино: новые результаты»

Опубликована в февральском (2004 г.) номере журнала «Природа».

Руководитель чл.-к. О.Г.Ряжская

В течение 14 лет поиска нейтринных всплесков от коллапсирующих звезд на Детекторе большого объёма (LVD, ИЯИ РАН - Италия) гравитационных коллапсов в Галактике и Магеллановых облаках не обнаружено. С учётом данных детекторов «Коллапс»(1977, ИЯИ РАН), БПСТ(1978, ИЯИ РАН), LSD(1984, ИЯИ РАН - Италия) и LVD(1991) верхний предел частоты коллапсов в Галактике меньше одного события за 12 лет на 90% уровне достоверности. (ИЯИ РАН)

N. Agafonova, V. Dadykin, E. Dobrynina, R. Enikeev, V. Korchagin, V.V. Kuznetsov, A. Malgin, V.Ryasny, O. Ryazhskaya, V. Talochkin, V. Yakushev, G. Zatsepin. (LVD Collaboration) Study of the effect of neutrino oscillation on the supernova neutrino signal with the LVD detector. LVD Coll.- Proc. of the 8th International Workshop on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP), September 6-10, 2003 Seattle WA USA Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 138 (2005) 115-118 ;

Н.Ю. Агафонова, В.В. Бояркин, Е.А. Добрынина, В.В. Кузнецов, А.С. Мальгин, О.Г.Ряжская, В.Ф. Якушев (Коллаборация LVD). Измерение удельного выхода нейтронов, генерируемых мюонами, с помощью подземного детектора LVD. Известия АН, Сер. Физ. Т.69№3, 2005, с. 400-402;

O.G. Ryazhskaya,L.V. Volkova and G.T. Zatsepin. Direct cosmic ray muons and atmospheric neutrinos. Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.),143 (2005) 527.

O.Ryazhskaya et all. CNGS beam monitor with the LVD detector - LVD Coll.- Proc. of the 8th International Workshop on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP), September 6-10, 2003 Seattle WA USA Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 138 (2005) 424-426O.

Ryazhskaya et all. Search for neutrino burst from collapsing objects with LVD - LVD Coll.- Proc. of the XXI International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics, Paris, France, 14-19 June 2004. Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 143 (2005) 540 ;

O.Ryazhskaya et all. Study of the muon-induced neutron background with the LVD detector - LVD Coll.- Proc. of the XXI International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics, Paris, France, 14-19 June 2004. Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 143 (2005) 518 ;

Проект 1.5 «Международные проекты по физике нейтрино»

Руководитель: ак. Г.Т.Зацепин, ак. В.А.Матвеев
а) Эксперименты GERDA, Double-Chooz, CAST

Проект GERDA - эксперимент по поиску двойного безнейтринного распада 76Ge.

Этот распад возможен при наличии свойств нейтрино не известных ранее - нейтрино является майорановской частицей с массой не равной нулю и существуют как правые, так и левые нейтрино.

Обнаружение двойного безнейтринного распада позволит также измерить массу нейтрино.

Результаты предыдущих экспериментов по поиску двойного безнейтринного распада 76Ge (эксперимент Гайдельберг- Москва) содержат указания на существование такого распада.

В настоящее время для реализации эксперимента GERDA организована международная коллаборация, в состав которой входят российские исследовательские институты: ИЯИ РАН (9человек), ИТЭФ(6 человек) и Курчатовский институт(10 человек), а также ОИЯИ.

Проект одобрен INFN и ApPEC, обеспечен финансами и будет строиться в холле А подземной лаборатории Гран-Сассо (Италия). В 2005 году создавался технический проект, начат тендерный процесс.

Вклад России – детекторы из обогащенного германия, принадлежащие КИ, ИТЭФ, ИЯИ РАН, в настоящее время перемещены в Гран-Сассо.

Работы поддержаны грантом: GAP CRDF.

Разработана и опробована новая технология получения, очистки, хранения обогащенного германия (совместно с ФГУП «ПО «Электроихмический завод» Агенства по атомной энергии)

Произведены расчеты гамма фона от породы и криостата установки.

Разработан российский вариант установки: защита от гамма фона породы - из льда, криостат - из нержавеющей стали.

На БНО ИЯИ РАН производились измерения уровня содержания радиоактивных элементов в материалах установки, велось строительство новой низкофоновой камеры.
Публикации в 2005 году

THE GERMANIUM DETECTOR ARRAY (GERDA) FOR THE SEARCH OF NEUTRINOLESS BETA BETA DECAYS OF GE-76 AT LNGS.

ИЯИ РАН, ИФХ РАН и LNGS на экспериментальной базе в Гран-Сассо разработана технология изготовления гадолиний содержащего сцинтиллятора, изготовлена экспериментальная партия для эксперимента Double Chooz.

Исследована причина нестабильности сцинтиллятора, предложена новая комтонента сцинтиллятора – стабилизатор.

ИЯИ РАН входит в состав коллаборации Double Chooz.

Работы поддержаны грантом РФФИ.

Создан вариант гадолиниевого сцинтиллятора на основе Уайт-спирита, который может применяться в установке LVD.

Н.А.Данилов, Ю.С.Крылов, Г.В.Корпусов, Г.В.Костикова, И.Р.Барабанов, Л.Б.Безруков, В.Н.Корноухов, Г.Я.Новикова, Е.А.Янович, Н.П.Нестерова, К.Каттадори, А.ДиВакри,В.В.Якшин. Исследование экстракции индия карбоновыми кислотами с целью создания сцинтилляторов для детектирования солнечных нейтрино (для эксперимента по LENS-спектроскопии низкоэнергетических нейтрино). Радиохимия, 2005, Т.47, №5, С.445-451