Geum.ru

Научно-исследовательская работа по направлениям, темам Физика элементарных частиц, физика высоких энергий, теория калибровочных полей и фундаментальных взаимодействий, космология

Вид материалаНаучно-исследовательская работа
Исследование редких распадов и процессов в низкофоновых условиях
Новый этап эксперимента по поиску 2К-захвата Kr и Xe с помощью пропорциональных счетчиков
Подобный материал:
1   ...   12   13   14   15   16   17   18   19   ...   31

Исследование редких распадов и процессов в низкофоновых условиях


Руководитель темы: Валерий Васильевич Кузьминов

Новый этап эксперимента по поиску двойного -распада 136Xe


В 2004 г. продолжались непрерывные измерения фона двух больших (рабочий объем 9.16 л) медных пропорциональных счётчиков, находящихся в низкофоновой защите из 15 см Pb + 8 см борированного полиэтилена (б.п.) + 20 см Cu. Внутренняя часть защиты, состоящая из б.п. и меди загерметизирована с помощью полиэтиленовой пленки и торцевых стенок из оргстекла, что позволило осуществить продувку полостей с детекторами парами жидкого азота.

Установка размещена в подземной лаборатории БНО ИЯИ РАН на глубине 4900 м.в.э., где поток космических лучей снижен до уровня 2.510-9 см-2с-1 . Один счётчик заполнен образцом ксенона, обогащённым по изотопу 136Xe до 93% (эффект-фон), - второй естественным ксеноном (9.2% 136Xe) с извлечёнными лёгкими изотопами (фон), не содержащим радиоактивного 85Kr. Давление ксенона в счётчиках равно 14.8 атт. Сигналы снимаются с обоих концов анодной нити и записываются цифровым осциллографом в память ПК. Вывод о величине вклада в фон исследуемого процесса двухнейтринного двойного -распада 136Xe делается на основе анализа спектра, полученного как разность (эффект + фон)-фон, в интервале 0.8-1.8 МэВ.

Исходные наборы данных, по которым строятся эти спектры, предварительно подвергаются очистке от шумовых «пробойных» и других ложных импульсов. Отбор осуществляет на основе анализа полной формы импульсов. В процессе измерений газы в счетчиках периодически меняются местами. В 2004 году проведены две серии измерений продолжительностью ~2700 часов. Информация за первые ~500 часов в каждой серии в окончательный анализ не входит, поскольку за это время происходит распад неравновесного радона, попавшего в счётчики во время процедуры смены газов с одновременной их очисткой.


Основные результаты, полученные в ходе выполнения проекта.

Проведены пять серий измерений. После отбора качественной информации чистое суммарное время измерений составило 10000 часов. Завершена разработка алгоритма анализа формы импульсов, уточнены критерии их разбраковки, подготовлены программы обработки наборов данных. Выполнена обработка данных всех пяти серий. При этом отбор полезных событий проводился с использованием нескольких критериев, которые позволяют устранить из спектра импульсы от альфа-частиц объёмного и поверхностного происхождения. Одновременно в значительной степени устраняется фон электронов от стенки корпуса. Предварительный анализ результирующих данных показал что интенсивность фона обоих счётчиков несколько меняется от серии к серии. В целом это синхронные изменения. Однако в серии №3 синхронность была статистически значимо нарушена. Поэтому на данному этапе проведения эксперимента в обработку включены данные серий 1,2,4,5. в нечётных сериях Xe-136 был в счётчике №1. в чётных – в счётчике №2. после сведения данных относящихся к одному и тому же газу в единые наборы для интервала 0.8 1.8 МэВ была получена разность числа отсчетов N = 50 70 (стат.) 30 (сист.) для 8000 часов чистого времени. Откуда следует новый предел на период полураспада Xe-136 относительно двухнейтринного двойного бета-распада T1/2 (2, 2)  4,61021 лет (90% у.д.).

Величина систематической ошибки определена в предположении возможного сдвига калибровок в наборах на 0.5 кан. В настоящее время это предположение проверяется. Если систематическую ошибку удастся устранить, будет достигнут уровень чувствительности 71021 лет.

Из этих же наборов установлен предел на безнейтринную моду на уровне T1/2 (2, 0)  3,11023 лет.

В настоящее время продолжаются измерения 5-й серии, в которых проверяются возможные источники синхронных изменений скорости счёта счётчиков. Основное предположение состоит в том, что их причиной являются изменение уровня радона в полостях защиты из-за плохой продувки или некачественной герметизации.


Публикации.
  1. A. Gangapshev, “Experimental Search for Double Beta Decay of Xe-136”, report presented at the International School on AstroParticle Physics (ISAPP-2004), L’Aquila, Italy, June28-July9,2004.


Краткое содержание работы на следующий год.

В 2005 году предполагается: 1) выполнить проверку источников систематических ошибок с целью снижения последних; 2) проверить предположения о причинах изменений фона ПС, что может позволить включить в анализ данные 3-ей серии; 3) выполнить измерения формы импульсов альфа-частиц от распада в счётчике радона и его дочерних продуктов при давлениях ксенона 2.5; 5; 8.14 атт с целью завершения построения модели импульса в счётчике высокого давления; 4) выполнить повторный завершающий анализ данных и изложить результаты в публикациях.

Новый этап эксперимента по поиску 2К-захвата 78Kr и 124Xe с помощью пропорциональных счетчиков


Завершается изготовление деталей из меди для новой низкофоновой установки с одним большим медным пропорциональным счётчиком (БМПС), в котором будет проводиться поиск 2К-захвата 78Kr. Предполагается завершить сборку установки до конца 2004 г. Закуплена плата цифрового осциллографа ЛА-н20-12PCI, предназначенного для регистрации сигналов, снимаемых с обоих концов анодной нити БМПС. Начата разработка оригинальной программы сбора данных. Начато изготовление двух высоковольтных фильтров, предназначенных для подводки высокого напряжения с обоих концов БМПС и съёма сигналов зарядочувствительными предусилителями. Проведена ревизия существующей газо-вакуумной установки, предназначенной для откачки БМПС и заполнения чистыми рабочими газами.

В рамках разработанной программной реализации метода Хартри-Фока, с учётом релятивистских поправок для K-оболочки, проведены расчёты одно- и двух- электронной фотоионизации атомов аргона и криптона. Построенные волновые функции основных и возбуждённых состояний дискретного спектра, а также волновые функций непрерывного спектра, для которых сдвиги фаз найдены с учётом собственной энергетической части, использованы для расчёта матричных элементов, входящих в сечение одно- и двухэлектронной фотоионизации. Получено, что отношение сечений двух- и одноэлектронной фотоионизации в первом неисчезающем приближении метода случайных фаз, составляет, для аргона , для криптона при полных сечениях соответственно и


Основные результаты, полученные в ходе выполнения проекта.

Завершается изготовление деталей из меди для новой низкофоновой установки с одним большим медным пропорциональным счётчиком (БМПС), в котором будет проводиться поиск 2К-захвата Kr-78. Предполагается завершить сборку установки до конца 2004 г. Закуплена плата цифрового осциллографа ЛА-н20-12PCI. Начата подготовка программ для сбора и записи информации.

Продолжалась работа по изготовлению сверхнизкофонового тестового спектрометра (СТС) на базе детектора из сверхчистого германия природного состава, использовавшегося в эксперименте IGEX. СТС предназначен для измерения содержания радиоактивных изотопов в материалах, используемых при создании новых низкофоновых установок, в частности установки для поиска 2К-захвата в Kr-78. Полностью укомплектован блок регистрирующей аппаратуры, собранный на базе модулей фирмы ORTEC. Блок включает крейт, спектрометрический усилитель, два модуля высоковольтного источника и проверочный генератор. Уточнена конструкция низкофоновой защиты. Изменено расположение и форма канала для загрузки образцов с горизонтального, прямоугольного на вертикальный, цилиндрический. Канал открывается снизу защиты. Полная масса вынимаемой части ~500 кг. Новая компоновка позволяет проводить измерения фона образцов в плоской и цилиндрической геометрии. Разработана конструкция и начато изготовление механизма перемещения съёмной части защиты, установленной на платформе, которая приводится в движение тросами с присоединенными противовесами. Запуск спектрометра предполагается осуществить в феврале 2005 г.


Публикации.
  1. N. Shubin, (7 соавторов), V. N. Gavrin, V. V. Kuzminov. “Deep purification of krypton highly enriched in Kr-78 from Kr-85 with a gas centrifuge cascade”. Proc. of VII all-Russian (International) Scientific Conference “Physical and chemical processes on selection of atoms and molecules”, Zvenigorod, October 6-10, 2003
  2. Moscow, Atominform; Moscow Region, Troitsk, RSC RF TRINITI, 2003, p.p. 11-14.


Краткое содержание работы на следующий год.

В 2005 году планируется: 1) завершение подготовительных работ и полная сборка двух установок; 2) проверка радиационной чистоты всех использованных в создании защит материалов в спектрометре с HP Ge; 3) получение точных количественных оценок содержания в них радиоактивных элементов; 4) начало систематических измерений фона БМПС, заполненного сначала ксеноном, а затем Kr-78; 5) накопление статистики в измерениях с Kr-78 за время не менее 2000 часов; 6) оценка чувствительности эксперимента; 7) моделирование фона с учётом данных о радиационной чистоте материалов; подготовка публикаций с предварительными выводами.