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

1 Отчет лабораторий РХМДН ОЛВЭНА и ГГНТ БНО 2010 Отчет лабораторий РХМДН ОЛВЭНА и ГГНТ БНО 2010 « Галлий-германиевый нейтринный телескоп » « Галлий-германиевый нейтринный телескоп » (Эксперимент SAGE) (Эксперимент SAGE) Номер государственной регистрации 1.7.4, Руководитель темы: В. Н. Гаврин 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. Научная сессия Ученого Совета ИЯИ РАН, 21 января 2011 г. Научная сессия Ученого Совета ИЯИ РАН, 21 января 2011 г. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин В.Н. Гаврин БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин В.Н. Гаврин

2 В эксперименте SAGE достигнута точность измерения 6% Галлий-германиевый нейтринный телескоп SAGE с января 1990 по август 2010 (20,6 лет) 200 измерений, 374 наборов данных 200 измерений, 374 наборов данных 65.4 ± 2.7 (стат.) (SNU) 65.4 ± 2.7 (стат.) (SNU) L –пик: (стат.) (SNU) K –пик: (стат.) (SNU) Все 200 ежемесячных измерений по времени экспозиции Все 200 ежемесячных измерений по времени экспозиции Предварительно За 8 мес 2010 Предварительный результат: SAGE имеет самое длительное непрерывное время измерений среди солнечных нейтринных экспериментов Измерения объединенные по годам SAGE продолжает регулярно каждые 4 недели выполнять извлечения из ~50 т Ga

3 Галлий-германиевый нейтринный телескоп * 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 кг В настоящее время в реакторах ГГНТ находится ~ кг в мишень ГГНТ. В настоящее время в реакторах ГГНТ находится ~ 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. Программа поддержания массы галлия в мишени ГГНТ на уровне ~ 50 тонн Научный руководитель : Е. П. Веретенкин Научный руководитель : Е. П. Веретенкин

4 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. В. Горбачев

5 R = pmeas/ppred = 0.87±0.05 Области допустимых параметров осцилляций из SAGE +GALLEX R = pmeas/ppred = 0.87±0.05 Области допустимых параметров осцилляций для четырёх экспериментов с источниками на галлиевых мишенях. (Δm 2, sin 2 2θ) = (2.15, 0.24) (точность по Δm 2 составляет 0.05 эВ 2, по sin 2 2θ 0.01) Значение χ2 = 1.77, Ndof = 2. Вероятность реализации с χ2/Ndof = 1.77/2 составляет 41%. 90% C.L., (1.65σ) 95% C.L., (1.96σ) 99% C.L., (2.58σ)

6 v1 [hep-ex]

7 Measurement of the absolute ν e flux at different distances from reactors ν e Ga

8 v1 [hep-ex]

9 Two-zone Ga source experiment 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 50 т металлического Ga SAGE Источник 51 Cr 3 MКи 2 зоны с одинаковой длиной пробега нейтрино от источника : зависимость от расстояния зависимость от расстояния снижение систематики снижение систематики БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин Научная сессия Ученого Совета ИЯИ РАН

10 Компьютерное моделирование калибровочного эксперимента с искусственнымисточником нейтрино 51 Cr калибровочного эксперимента с искусственнымисточником нейтрино 51 Cr активностью 3 МКи на двухзонной галлиевой мишени Ответственный: В. В. Горбачев Ответственный: В. В. Горбачев Скорости захвата в двух зонах мишени в зависимости от параметра Δm 2 (красная и малиновая кривые). Отношение скоростей захвата показано синим цветом. Разница в первых минимуме и максимуме достигает примерно 2/3 от величины sin 2 2θ: на рисунке параметр sin 2 2θ=0.30 и разница составляет 0.20 (20 %). экспозиция ат 71 Ge в конце облучения ат 71 Ge в счетчике Ск. обр, сут -1 в начале эксп.Ист/С, 1Ист/С, Σ Ожидаемые скорости захвата нейтрино от 3 МКи источника 51 Cr в каждой зоне мишени. Скорость образования 71 Ge в мишени от Солнца постоянна и составляет ат. в сутки в 1 т галлия Скорость образования 71 Ge в мишени от Солнца постоянна и составляет ат. в сутки в 1 т галлия За 10 суток от Солнца накопится 1.18 ат. 71 Ge в 8 т галлия и 6.20 ат. в 42 т галлия. За 10 суток от Солнца накопится 1.18 ат. 71 Ge в 8 т галлия и 6.20 ат. в 42 т галлия.

11 Ожидаемые статистические ошибки для серии облучений 2-х зонной галлиевой мишени 51 Cr 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 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 При полной эффективности извлечения ~0.53 ожидаемое суммарное количество накопленных атомов 71 Ge и их статистические ошибки составят: 840 ± 3.7% (стат.) ат. в каждой зоне мишени 840 ± 3.7% (стат.) ат. в каждой зоне мишени 1680 ± 2.6% (стат.) ат. в обеих зонах мишени 1680 ± 2.6% (стат.) ат. в обеих зонах мишени При систематической неопределенности ± 2.6% : При систематической неопределенности ± 2.6% : 840 ± 4.5% (стат.+ сист.) ат. 840 ± 4.5% (стат.+ сист.) ат ± 3.7% (стат.+ сист.) ат.

12 Что сделано Ответственный:Е. П. Веретенкин Ответственный: Е. П. Веретенкин 1.Выбор реактора БН-600 Белоярской АЭС, г. Заречный БН-600 Белоярской АЭС, г. Заречный СМ-3 НИИАР, г. Дмитровград СМ-3 НИИАР, г. Дмитровград Картограмма реактора СМ – ловушка тепловых нейтронов с облучаемыми мишенями; 2 – специальные тепловыделяющая сборка (ТВС) с экспериментальными каналами (облучательные позиции активной зоны); 3 – экспериментальные каналы в бериллиевом отражателе; 4 – рабочие ТВС; 5 – компенсирующие органы с топливными подвесками

13 БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин В.Н. Гаврин БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин В.Н. Гаврин Научная сессия Ученого Совета ИЯИ РАН 21 январь 2011г

14 БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин В.Н. Гаврин БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин В.Н. Гаврин Научная сессия Ученого Совета ИЯИ РАН 21 январь 2011 Научная сессия Ученого Совета ИЯИ РАН 21 январь 2011

15 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 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. Ответственный : Е. П. Веретенкин Ответственный : Е. П. Веретенкин

16 Предварительная схема эксперимента

17 Галлий-германиевый нейтринный телескоп Дополнительные каналы системы регистрации распадов 71 Ge 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, внешне окруженного плотно прилегающими брусками вольфрама 10×10×234мм. Сверху кристалл просматривается 4 ФЭУ. Аппаратная стойка системы регистрации Пропорциональный счетчик YCT с углеродным катодом, материал супразил, анодная нить –вольфрам

18 СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТА С 2-хЗОННОЙ МИШЕНЬЮ Ответственный :Д.Н.Абдурашитов 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)

19 СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТА С 2-хЗОННОЙ МИШЕНЬЮ Ответственный :Д.Н.Абдурашитов 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)

20 Спектрометр быстрых нейтронов (тема ). 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. 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.

21 Спектрометр быстрых нейтронов (тема ). 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. 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. 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 эффективности регистрации быстрых нейтронов с энергией 14 МэВ и от источника Am-Be. Измерение световыхода сцинтиллятора от протонов отдачи с энергиeй 14 МэВ. 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/ 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

22 Электронный детектор солнечных нейтрино реального времени Детектор LiF В 2010 г. в лаборатории ГГНТ продолжены работы по исследованию сцинтилляцион- ных свойств кристаллов LiF, как номинально чистых, так и легированных. В 2010 г. в лаборатории ГГНТ продолжены работы по исследованию сцинтилляцион- ных 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 г/г. 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 г/г. 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 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 План на 2011 г. Иследование температурного хода интенсивности сцинтилляционного отклика кристаллов LiF в диапазоне температур от комнатной до жидкого азота. 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 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. Измерение собственного фона крупногабаритного кристалла LiF(W) в низкофоновых условиях. Руководитель : Д.Н. Абдурашитов