Расчет потока гео-нейтрино в Баксанской нейтринной

Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
МОСКОВСКИЙФИЗИКО‐ТЕХНИЧЕСКИЙ
ИНСТИТУТ
(государственный университет)
Научный руководитель:
к.ф.-м.н. Синев Валерий Витальевич
Рецензент:
д.ф.-м.н. Болотов Владимир Николаевич





Введена Паули в 1930 г. Для объяснения
непрерывного спектра электронов при бетараспаде.
Нейтральная частица с полуцелым спином.
Участвует в слабых взаимодействиях.
Три типа нейтрино: e, m, t N = 2.984 (PDG)
Нейтрино осциллируют, т.е. превращаются
друг в друга.
Впервые зарегистрировано в 1953 г.
Райнесем и Коуэном на ядерном реакторе.
07/05/2016
2




В самом общем случае все источники
нейтрино можно разделить на 3 группы:
1.
Космические нейтрино
2.
Нейтрино от естественных источников на
Земле, возникающие в процессах бета-распада
радионуклидов
3.
Нейтрино от искусственных источников, к
ним относятся реакторные антинейтрино и
ускорительные нейтрино.
07/05/2016
3
07/05/2016
4

ne + p → e+ + n 1.8 МэВ Реакции
обратного
ne + 12C → 12B +e+ 13.88 МэВ бета-распада
ne + 12C → 12N +e- 16.8 МэВ
ne + 37Cl → 37Ar +e- 0.81 МэВ
12C
(ni, ni’)12C
+g 15.1 МэВ
ni + e- → ni’ + e-
Реакции захвата
нейтрино
ядрами
Реакции
рассеяния
нейтрино на
электронах и
ядрах
07/05/2016
5
1.Определить
полную радиоактивность.
2.Определить часть теплового потока Земли от радиоактивных элементов
(238U и 232Th)
3.Получить распределение радиоактивных элементов в Земле
4.Помочь ответить на вопрос о естественном ядерном реакторе в центре
Земли
Трудности в осуществление детектирования:
1.Несколько
сотен событий в год (даже на большом детекторе)
2.Трудность в оценке потока от 232Th (Всего 20%)
3.Сильный фон от ядерных реакторов
4.Сложно определить направление потока при малой статистике
Для расчета потоков нейтрино из недр Земли надо
использовать какую-либо модель расположения
источников нейтрино – радиоактивных изотопов.
- Модель силикатной Земли (Bulk Silicate Earth BSE)
- Модель химического состава Земли
- Предварительная Реперная Модель (PREM)
- Одномерная модель описывающая изменение
плотности в зависимости от радиуса.
8
Внешние данные необходимые для расчета:
1.Данные о плотности
2.Данные о распределение 238U и 232Th
3.Данные о толщине коры (верхней, средней, нижней)
4.Спектры антинейтрино 238U и 232Th
Алгоритмы программы:
1.Интегрирования потока от каждой точки коры
(Три слоя коры, с разрешением 2×2 градуса)
2.Расчета эффекта от гео-нейтрино в детекторе
(Сворачивание спектра с сечением взаимодействия)
Порог реакции обратного
бета распада 1.806 МэВ
07/05/2016
10
Косинус угла между
направлением нейтрино и
вылетом позитрона.
Косинус угла между
направлением нейтрино и
вылетом нейтрона.
07/05/2016
11
Таблица 7. Эффект от гео-нейтрино в детекторе массой около 1 кт
(1032 протонов) от различных слоев Земли
Слой
Кора
Верхняя Мантия
Нижняя Мантия
Ядро (радиоактивные
элементы отсутствуют)
Ядро
(при
доп.
Концентрации U 10-9
г/г)
Ядро
(при
доп.
Концентрации U 5×10-8
г/г)
ВСЕГО (событий от
всех слоев):
Эффект
мишени
протонов
в
1032
Эффект
мишени
протонов
в
1032
Эффект
мишени
протонов
40,2
1,5
6,3
40,2
1,5
6,3
40,2
1,5
6,3
0
---
----
----
0,16
-----
----
-----
6
48
48,16
54
07/05/2016
в
1032
13
В нашей работе:
1.Провели обзор существующих моделей, описывающих
строение земли
2.Рассчитали спектры гео-нейтрино
3.Провели обзор работ по расчету потока гео-нейтрино
4.Произвели расчет потока гео-нейтрино в различных точках
Земного шара
5.Произвели расчет угловых распределений продуктов реакции
в детекторе
6.Выводы
LENA
Baksan
KamLAND
SNO+
BOEXINO
Hawaii
http://igppweb.ucsd.edu/~gabi/crust2.html
f
07/05/2016
15
Благодарности:
Кафедре фундаментальных взаимодействий и космологии ИЯИ РАН и
научному руководителю:
к.ф.-м.н. Синеву Валерию Витальевичу
и рецензенту:
д.ф.-м.н. Болотову Владимир у Николаевичу