Отчет лабораторий РХМДН ОЛВЭНА и ГГНТ БНО 2010 « Галлий-германиевый нейтринный телескоп »

БНО ИЯИ РАН
В.Н. Гаврин
Научная сессия
Ученого Совета ИЯИ РАН,
21 января 2011 г.
Отчет лабораторий
РХМДН ОЛВЭНА и ГГНТ БНО
2010
« Галлий-германиевый нейтринный телескоп »
(Эксперимент SAGE)
Номер государственной регистрации
Руководитель темы:
В. Н. Гаврин
1.7.4, 01.2.00 305503
Исполнители:
Д.Н.Абдурашитов, c.н.с., к.ф.м.н.; Л.И.Белоус, инж.;
Е.П. Веретенкин, с.н.с.; В.В. Горбачёв, с.н.с., к.ф.м.н.; П.П. Гуркина, вед.инж.;
Ю.Н.Евдокимов, нач. сл.; С.М.Ештокин, гл.инж.уст.ГГНТ; О.А.Жорова, ст.инж-технолог;
Т.В. Ибрагимова, н.с.; А.В. Калихов, н.с.; Т.В. Кнодель, н.с., к.х.н.; Б.А.Комаров, вед.инж.;
И.Н. Мирмов, с.н.с., к.т.н.; Н.А.Тимофеевская, ст.инж.-технолог;
Н.Г. Хайрнасов, вед. инж.-технолог; А.А. Шихин, н.с.; В.Э. Янц, н.с.
Галлий-германиевый нейтринный телескоп
SAGE имеет самое длительное непрерывное время измерений среди солнечных нейтринных экспериментов
SAGE с января 1990 по август 2010 (20,6 лет)
200 измерений, 374 наборов данных
В эксперименте SAGE достигнута точность измерения 6%
Предварительный результат:
L –пик: 66.9
K –пик: 64.2
+4.1
+3.6
-4.0(стат.)
(SNU)
-3.5 (стат.) (SNU)
Все 200 ежемесячных измерений по времени экспозиции
2.7
65.4 2.7
(stat)22.6.8 (syst) SNU
3.7
65.4 3.9
SNU
Измерения объединенные по годам
За 8 мес
2010
65.4 ± 2.7 (стат.) (SNU)
SAGE продолжает регулярно
каждые 4 недели выполнять
извлечения из ~50 т Ga
Галлий-германиевый нейтринный телескоп
Программа поддержания массы галлия в мишени ГГНТ на уровне ~ 50 тонн
Научный руководитель : Е. П. Веретенкин
* В 2010 году на участке регенерации были переработаны растворы
с общим содержанием галлия 1825 кг и получено 1750 кг чернового галлия.
Технологический выход галлия составил 96.0 %.
* Глубокая очистка чернового галлия до металла осуществляется
в ООО «Юнимет» на договорной основе. В 2010 году было переработано 593 кг
чернового галлия и получено 560 кг галлия высокой чистоты. Технологический
выход галлия составил 94.5%.
* В декабре 2010 года произведена загрузка галлия в количестве 2471.22 кг
в мишень ГГНТ. В настоящее время в реакторах ГГНТ находится ~ 49846 кг
Основные задачи проекта на 2011 год:
Проведение регенерации 2500 кг галлия
.
Для осуществления Программы по поддержанию массы в мишени телескопа
необходимо в ближайшие 2-3 года обеспечить скорость регенерации не менее
2000 кг –3000 кг галлия в год
.
Галлий-германиевый нейтринный
телескоп
Калибровочный эксперимент с
искусственным источником нейтрино на основе
радионуклида 51Cr на двухзонной галлиевой
мишени
Ответственные исполнители: Е. П. Веретенкин, Д.Н.Абдурашитов,
В. Горбачев
В.
Области допустимых параметров осцилляций из SAGE +GALLEX
R = pmeas/ppred = 0.87±0.05
90% C.L., (1.65σ)
95% C.L., (1.96σ)
99% C.L., (2.58σ)
Области допустимых параметров осцилляций для четырёх экспериментов
с источниками на галлиевых мишенях.
(Δm2, sin22θ) = (2.15, 0.24) (точность по Δm2 составляет 0.05 эВ2, по sin22θ − 0.01)
Значение χ2 = 1.77, Ndof = 2.
Вероятность реализации с χ2/Ndof = 1.77/2 составляет 41%.
1101.2755v1 [hep-ex]
νe ↔ νe
νe ↔ νe
Ga
Measurement of the absolute νe flux at different distances from reactors
1101.2755v1 [hep-ex]
БНО ИЯИ РАН
В.Н. Гаврин
Two-zone Ga source experiment
50 т металлического Ga SAGE
Источник 51Cr 3 MКи
2 зоны с одинаковой длиной пробега
нейтрино от источника :
Научная сессия Ученого Совета ИЯИ РАН
зависимость
от расстояния
снижение систематики
Внутренняя зона: 8 т Ga
Внешняя зона: 42 т Ga
Ожидаемая скорость захвата 65 атом/день для каждой зоны
Ожидаемая неопределенность для каждой зоны 5% и ~4%
для всей мишени
Компьютерное моделирование
калибровочного эксперимента с искусственнымисточником нейтрино 51Cr
активностью 3 МКи на двухзонной галлиевой мишени
Ответственный: В. В. Горбачев
ат71Ge
ат71Ge в Ск. обр, сут-1
экспозиция в конце счетчике в начале эксп. Ист/С, 1 Ист/С, 2
облучения
1
417.4
221.2
67.9
353.7
67.3
2
325.0
172.3
52.8
275.4
52.4
3
253.1
134.1
41.1
214.5
40.8
4
197.0
104.4
32.0
166.9
31.8
5
153.4
81.3
24.9
130.3
24.7
6
119.4
63.3
19.4
101.2
19.3
7
93.0
49.3
15.2
78.8
15.0
8
72.4
38.4
11.8
61.4
11.7
9
56.3
29.9
9.17
47.7
9.1
10
43.9
23.2
7.14
37.2
7.1
Σ
Скорости захвата в двух зонах мишени в зависимости
от параметра Δm2 (красная и малиновая кривые).
Отношение скоростей захвата показано синим
цветом. Разница в первых минимуме и максимуме
достигает примерно 2/3 от величины sin22θ: на
рисунке параметр sin22θ=0.30 и разница составляет
0.20 (20 %).
1730.9
917.4
146.7
27.9
Ожидаемые скорости захвата нейтрино от 3 МКи
источника 51Cr в каждой зоне мишени.
Скорость образования 71Ge в мишени от Солнца
постоянна и составляет 0.0197 ат. в сутки в 1 т галлия
За 10 суток от Солнца накопится 1.18 ат. 71Ge в 8 т
галлия и 6.20 ат. в 42 т галлия.
Ожидаемые статистические ошибки для серии облучений 2-х
зонной галлиевой мишени
51Cr источником с активностью 3МКи

При скорости захвата в начале первого облучения
~ 65 ат. в сутки в каждой зоне мишени
 При серии из 10 облучений 2-х зонной галлиевой мишени :
3 облучения по 9 дней и 7 по 14 дней каждое (с продолжительностью
счета каждого извлечения ~ 150 дней)
 При полной эффективности извлечения ~0.53
ожидаемое суммарное количество накопленных атомов 71Ge и их
статистические ошибки составят:
840 ± 3.7% (стат.) ат. в каждой зоне мишени
1680 ± 2.6% (стат.) ат. в обеих зонах мишени
 При систематической неопределенности ± 2.6% :
840 ± 4.5% (стат.+ сист.) ат.
1680 ± 3.7% (стат.+ сист.) ат.
Что сделано
Ответственный: Е. П. Веретенкин
1.Выбор реактора
 БН-600 Белоярской АЭС , г. Заречный
 СМ-3 НИИАР, г. Дмитровград

1
1 – ловушка тепловых нейтронов
с облучаемыми мишенями;
2 – специальные тепловыделяющая
сборка (ТВС) с экспериментальными
каналами (облучательные позиции
активной зоны);
2
3
3 – экспериментальные каналы в
бериллиевом отражателе;
4
4 – рабочие ТВС;
5
5 – компенсирующие органы с
топливными подвесками
Картограмма реактора СМ
Научная сессия Ученого Совета ИЯИ РАН
21 январь 2011г
БНО ИЯИ РАН
В.Н. Гаврин
Научная сессия Ученого Совета ИЯИ РАН
21 январь 2011
БНО ИЯИ РАН
В.Н. Гаврин
Ответственный : Е. П. Веретенкин
• Выбрана окончательная схема облучения мишени из обогащенного хрома- 50
высокопоточном исследовательском реакторе СМ
• Хромовая мишень будет изготовлена из хрома-50 с обогащением 97%.
Обогащение хрома планируется провести по центрифужной технологии на
Сибирском химическом комбинате. В результате будет получено около 3 кг
хрома-50 необходимого обогащения в форме окиси хрома.
• Изготовление хромовых мишеней для облучения будет выполнено в ЗАО
«Полема», г.Тула. Металлический хром будет получен из окиси хрома
электрохимическим методом, и из него будут сформированы стержни
диаметром 8 мм и длиной 95 мм в количестве 81 шт. общей массой 2700 граммов.
• Стержни из металлического хрома будут размещены в 27 ячейках центральной
нейтронной ловушки реактора СМ и облучены в течение 54 эффективных суток
(63 календарных). На момент окончания облучения расчетная величина средней
активности мишени составит 113 620 Ки/г, а суммарная активность 3,06 МКи.
• После облучения хромовые стержни будут помещены в сепаратор из 85
тонкостенных калибровочных нержавеющих трубок (4 трубки после сборки
останутся пустыми) диаметром 8,5 мм с толщиной стенки 0,1 мм, расположенных
в корпусе из нержавеющей стали диаметром 90 мм. После приварки крышки
сепаратор будет помещен в вольфрамовую защиту с наружным диаметром
152 мм и высотой 175 мм.
Предварительная схема эксперимента
Галлий-германиевый нейтринный телескоп
Дополнительные каналы системы регистрации распадов 71Ge ГГНТ
Ответственный : Д.Н.Абдурашитов
Разработка проекта пассивной и активной защит дополнительных 10-ти счетных каналов ГГНТ
Пассивная защита:
Внутренний слой – медь, 24мм
Средний слой - свинец, 210мм
Наружн. слой - сталь, 55мм.
Крышка – сталь 250мм, медь 32мм
Активная защита:
счетчики помещаются в колодец
кристалла NaI (230×230 мм),
заключенного в медную оболочку,
Аппаратная стойка
внешне окруженного плотно
прилегающими брусками
системы регистрации
вольфрама 10×10×234мм.
Сверху кристалл просматривается 4 ФЭУ.
Пропорциональный счетчик YCT с
углеродным катодом, материал супразил,
анодная нить –вольфрам
СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТА С 2-хЗОННОЙ МИШЕНЬЮ
Ответственный : Д.Н.Абдурашитов
Результаты 2010:
- Проведена предварительная оценка возможности
использования материалов пассивной защиты (медь,
свинец, вольфрам), длительное время находящихся в
подземных условиях ГГНТ
- Проведен анализ возможности построения счетной
системы из модулей, имеющихся в распоряжении ГГНТ
- Рассмотрены варианты активной защита NaI
Планы 2011:
-Продолжение работ по проектированию и
изготовлению дополнительной системы сбора данных
ГГНТ (8 счетных каналов)
-Продолжение работ по созданию программ сбора
данных и калибровки 8-ми дополнительных счетных
каналов
-Продолжение работ по проектированию и
изготовлению пассивной и активной защит
дополнительных 8-ми счетных каналов ГГНТ
Изготовление 20-ти н. ф. счетчиков модели «Янц» из в.
ч. Кварца
(И.Н. Мирмов и В.Э.Янц)
СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТА С 2-хЗОННОЙ МИШЕНЬЮ
Ответственный : Д.Н.Абдурашитов
Результаты 2010:
- Проведена предварительная оценка возможности
использования материалов пассивной защиты (медь,
свинец, вольфрам), длительное время хранящихся в
подземных условиях ГГНТ
- Проведен анализ возможности построения счетной
системы из модулей, имеющихся в распоряжении ГГНТ
- Рассмотрены варианты активной защита NaI
Планы 2011:
-Продолжение работ по проектированию и
изготовлению дополнительной системы сбора данных
ГГНТ (8 счетных каналов)
-Продолжение работ по созданию программ сбора
данных и калибровки 8-ми дополнительных счетных
каналов
-Продолжение работ по проектированию и
изготовлению пассивной и активной защит
дополнительных 8-ми счетных каналов ГГНТ
Изготовление 20-ти н. ф. счетчиков модели «Янц» из в.
ч. Кварца
(И.Н. Мирмов и В.Э.Янц)
Спектрометр быстрых нейтронов (тема 01.2.00 305505).
Руководитель : Д.Н. Абдурашитов
В лаборатории РХМДН был разработан перспективный спектрометр быстрых
нейтронов полного поглощения на основе сегментированной органической
среды.
Пилотный вариант детектора выполнен из 16 секций, каждая из которых
представляет собой кварцевую трубку, заполненную сцинтиллятором на основе
уайтспирита в объеме 80 мл. Каждая секция просматри-вается с торцов двумя
ФЭУ. В пилотной версии вместо захвата тепловых нейтронов используется
режим «квази-захвата». Триггер в этом режиме формируется по быстрым (в
интервале менее 30 нс) совпадениям вспышек в 3-х и более сработавших
секциях. Таким образом, из всех событий рассеяния нейтрона в детекторе
производится выборка таких событий, когда нейтрон теряет 90% и более от
своей первоначальной энергии. Отклик детектора на нейтроны с энергией 14
МэВ имеет форму достаточно острого (FWHM~30%) пика.
•
В 2010 г. проведено детальное моделирование функции отклика захватного детектора
простой геометрии использованием пакета GEANT-IV. Выработаны рекомендации по
преимущественному использованию некоторых режимов работы детектора.
•
В 2010 г. по соглашению с Национальным институтом стандартов (НИСТ), США,
пилотный вариант детектора отправлен в НИСТ для проведения детальных измерений
формы отклика и эффективности.
Спектрометр быстрых нейтронов (тема 01.2.00 305505).
Руководитель : Д.Н. Абдурашитов
•
План на 2011г.
Исследование факторов систематической неопределенности при
измерении энергии нейтрона (неоднородность светосбора в отдельных
секциях, нестабильность высокого напряжения и пр.); оценка их вклада в
энергетическое разрешение.
•
Набор функций отклика детектора на нейтроны с энергией
14 МэВ и от источника Am-Be.
•
Измерение эффективности регистрации быстрых нейтронов
с энергией 14 МэВ и от источника Am-Be.
•
Измерение световыхода сцинтиллятора от протонов отдачи
с энергиeй 14 МэВ.
В 2010 г. опубликованы и направлены в печать следующие работы:
1. Д.Н. Абдурашитов и др. (5 соавторов), «Функция отклика захватного детектора
быстрых нейтронов простой геометрии», Препринт ИЯИ РАН, 1280/2010
2. J. N. Abdurashitov et al (6 co-authors), “Simulation of low background high efficiency
capture gated fast neutron spectrometer”, Oral presentation in 18-th International Seminar on
Interaction of Neutrons with Nuclei (ISINN-18), Dubna, June 2010; to be published
Электронный детектор солнечных нейтрино реального времени
Детектор LiF
Руководитель : Д.Н. Абдурашитов
В 2010 г. в лаборатории ГГНТ продолжены работы по исследованию сцинтилляционных свойств кристаллов LiF, как номинально чистых, так и легированных.
Был измерен световыход крупногабаритного кристалла LiF(W) массой 18 кг при
комнатной температуре, который составил 1.5% от световыхода NaI(Tl).
Было проведено также предварительное измерение фона указанного кристалла в
течение 2-х месяцев. На основе фонового измерения был поставлен предел на
содержание элементов радиоактивных рядов U/Th в кристалле на уровне 10-11 г/г.
План на 2011 г.
•
•
•
Иследование температурного хода интенсивности сцинтилляционного
отклика кристаллов LiF в диапазоне температур от комнатной до
жидкого азота.
Измерение концентрации U/Th/K в различных образцах кристаллов LiF
и сырья на низкофоновых ППД в подземных условиях.
Измерение собственного фона крупногабаритного кристалла LiF(W) в
низкофоновых условиях.
В 2010г. опубликован препринт:
Д.Н. Абдурашитов, В.Н. Гаврин «О возможности
применения сцинтилляционных кристаллов LiF в экспериментах по поиску частиц темной
материи», Препринт ИЯИ РАН, 1272/2010