Выписка из протокола заседания межведомственной рабочей группы по научной инфраструктуре от 26 апреля 2011г. О рассмотрении материалов по проектам мега- - презентация

1 Выписка из протокола заседания межведомственной рабочей группы по научной инфраструктуре от 26 апреля 2011г. О рассмотрении материалов по проектам мега- сайенс к заседанию Правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям по вопросу «О развитии научной инфраструктуры в Российской Федерации» Заслушав и обсудив информацию…… рабочая группа решила: ……….. Рекомендовать Минобрнауки России совместно с Российской Академией наук проработать вопрос о целесообразности и возможности модернизации Байкальского глубоководного нейтринного телескопа и Баксанского подземного детектора геонейтрино

2 О создании новой нейтринной лаборатории на Калининской АЭС О нейтринных исследованиях на исследовательских реакторах О производстве изотопно-обогащенных материалов Об участии российских институтов в международных экспериментах С О Д Е Р Ж А Н И Е

3 Эксперименты на реакторах Фундаментальные и прикладные исследования на Калининской АЭС проводятся ИТЭФ и ОИЯИ: Эксперимент GEMMA - поиск магнитного момента нейтрино Эксперимент DANSS : поиск осцилляций в стерильные нейтрино контроль работы АЭС по потокам и спектрам нейтрино (задачи МАГАТЭ) Эксперименты на исследовательских реакторах: измерения потоков и спектров нейтрино и сравнение с теорией Поиск осцилляций в стерильные нейтрино

4 Задачи Лаборатории на КАЭС Создание общей базы с уникальными возможностями для : Проведения фундаментальных исследований характеристик нейтрино в реакторных экспериментах (магнитный момент, процессы рассеяния, поиск стерильных нейтрино и другие) Разработки новых методов регистрации нейтрино и создание на их основе новых нейтринных детекторов Проведения прикладных исследований внутри реакторных процессов с помощью антинейтрино для ядерной энергетики, непрерывное измерение мощности реактора и степени выгорания топлива Создания компактных детекторов антинейтрино для дистанционного контроля наработки и несанкционированного отбора плутония в процессе работы реактора в реальном времени для предотвращения распространения ядерного оружия

5 Overburden (reactor, equipment, etc.): ~70 m ~70 m of W.E. Technological room just under reactor 13.9 m 13.9 m only! /cm 2 /s Reactor #2 of the Kalinin NPP (400 km North from Moscow) Power: 3 GW th 315 ON: 315 days/yr 50 OFF: 50 days/yr JINR (Dubna) + ITEP (Moscow) GEMMA GEMMA Germanium Experiment on searching for the Magnetic Moment of the reactor Antineutrino

6 Phase-1: μ 5.8×10 –11 μ B Phases 1+2: μ 3.2×10 –11 μ B Phases 1+2+3: μ 2.9×10 –11 μ B New Phase (6kg, 10m): μ 1.0×10 –11 μ B GEMMA Results and Prospects 1.5 kg, 14m

7 Segmental solid plastic scintillator (2500 cells) Sensitive volume=1 m 3 Cu (carriage frames = -shield) Pb ( -shield) CH 2 + B (n-shield) Plast. scnt. (µ-shield)DANSS

8 Expected parameters: Sensitive volume: 1 m 3 Total mass: 13 t + lift + … Composition: 5 sections (1m × 1m × 0.2m) of (5X + 5Y) modules = 2500 cells { 1 module = 5 × 10 = 50 cells } IBD detection efficiency: ~72% Count rate: ~ 10 4 m Background: events/day Energy resolution: σ E = 4 MeV Due date: section 0 – Feb 2010 sections 1-4 lifting gear + shielding–

9 Работы на исследовательских реакторах: ИР-8, ВВР-М, СМ-3, ПИК Развитие спектрометрии реакторных антинейтрино: - измерение бета-спектров смесей осколков деления изотопов 235 U, 238 U, 239 Pu, 241 Pu - дальнейшая разработка процедуры конверсии бета-спектров. Новый эксперимент на реакторе ИР-8 в Курчатовском институте, 2012 год

10 Проект для реактора СМ-3 ПИЯФ, КИ, ИФВЭ, ВНИИАР Работы на исследовательских реакторах: ИР-8, ВВР-М, СМ-3, ПИК Поиски стерильных нейтрино Проект для реактора ПИК ПИЯФ, КИ, СПбГУ, ИФХ РАН и др. Поиск эффектов нарушения фундаментальных симметрий Поиски ЭДМ нейтрона и электрона, поиски нарушений СР- и Т-инвариантности в ядерных γ-переходах, в атомах и в молекулах

11 Centrifugal separation of isotopes Molecular Laser Isotope Selection AVLIS stands for Atomic Vapor Laser Isotope Selection Rectification technology of carbon enrichment Plasma method of isotope separation based on ion-cyclotron resonance Разделение изотопов в НИЦ «Курчатовский институт» 76Ge, 82Se, 100Mo, 116Cd, 130Xe, 150Nd

12 Проект промышленной установки Цель – 100кг Nd % 1. Испарения атомов через объем лазерного излучения. 2. Селективная фотоионизация 3. Ионизированные атомы Nd-150 собираются на коллектор электрическим полем 4. Остальные атомы (оставшиеся нейтральными) приходят на коллектор отходов. Развитие технологии обогащения Nd Мощность лазеров накачки – 1000 Вт Мощность лазеров на красителях – 500 Вт Производительность 10 г/сутки Стоимость разработки и строительства – 5 млн.$ Срок создания – 2 года Метод лазерного разделения изотопов в атомном паре (AVLIS) примеси ~ г/г

13 Преимущества: очень компактный почти монохроматический источник чистых ν e хорошо известной активности; независимые измерения скорости захвата на двух различных расстояниях от источника; плотная металлическая Ga мишень обеспечивает высокую скорость взаимодействия и хорошую статистическую точность; все процедуры хорошо изучены и применяются в солнечном эксперименте и в предыдущих экспериментах с источниками; отсутствие фона и неопределенностей, связанных с неточным знанием нейтринного спектра, обеспечат простоту интерпретации результатов Доказательства проявления нестандартных свойств нейтрино : существенное различие между величинами скоростей захвата в зонах средняя скорость захвата в обеих зонах будет значительно ниже ожидаемой скорости sin 2 (2 = 0.3 Мишень: 50 т металлического Ga Мишень: 50 т металлического Ga Массы в зонах: 8 т and 42 т Массы в зонах: 8 т and 42 т Ср. длина пробега в каждой зоне : = 55см Ср. длина пробега в каждой зоне : = 55см σ – сечение захвата{5.8× cm 2 [Bahcall] } Схема 2-зонного Ga эксперимента с 51 Cr (3MCi) источником 64.5 ат./день Скорость захвата в каждой зоне в начале 1-го облучения: 64.5 ат./день

14 Windowless Gaseous Tritium Source

15 Установка «Троицк ню-масс» является единственной установкой, позволяющей исследовать систематические эффекты в безоконном тритиевом источнике (KATRIN: начало набора статистики планируется на гг.): 1. Плазменные эффекты 2. Эффекты объёмного заряда, радиоактивкый 83 Kr, тритиевое наполнение 3. Рекомбинация электронов 4. Потери энергии электронами в протии-H 2 и тритии-T 2 5. Электрон/заряженный ион, прохождение в магнитной транспортной системе В годах планируется провести исследования по пунктам 1-4

16 В группе прорабатывается новое направление исследований – прямое измерение возможного вклада и оценка массы стерильных нейтрино в К-захвате и бета-распаде Наличие уникального спектрометра позволяет проводить оценки вклада стерильных нейтрино в кэВ-ном диапазоне масс, неосуществимые в осцилляционных экспериментах. По старым данным измерения спектра электронов в распаде трития, проведена оценка верхней границы вероятности существования тяжёлого нейтрино в диапазоне масс эВ. Статья подготовлена к публикации

17 Экспериментальный комплекс: - два детектора (Borexino, 4 кт и CTF, 1 кт), - заводы по очистке жидкостей и газов, - установки синтеза ультра чистых жидкостей, - два электронных измерительных комплекса, - вспомогательные детекторы и устройства. ОИЯИ – НИЦ КИ – ПИЯФ – НИИЯФ BOREXINO – низкофоновый экспериментальный комплекс в Гран Сассо

18 прецизионные измерения 7Be-нейтрино (862 кэВ), измерение асимметрии день/ночь потока (862 кэВ), измерение потока 8B-нейтрино с порога 3 МэВ, первое измерение pep-нейтрино (1442 кэВ), новое ограничение на потоки нейтрино CNO-цикла. BOREXINO - результаты. Солнечные нейтрино. Нейтрино от ускорителя Эксперимент ( гг.)точность (1.6 ± 0.3)×10 8 Borexino~20% (4.87 ± 0.24)×10 9 Borexino~ 5% (5.2 ± 0.2)×10 6 SNO,SK,Bx,KL ~ 4% < 7.4 × 10 8 Borexino Осцилляции в вакууме и веществе Скорость распространения нейтрино:

19 KamLand и BOREXINO - результаты. Гео-нейтрино ДетекторKamLANDBOREXINO Период набора данных ( ) 2135 дней ( ) 537 дней Расстояние детектора до АЭС 200 км1000 км Полное число зарегистрированных событий, среди которых: - событий от реакторов, - фоновые события ± ± , / – ± 0.06 Число геонейтрино / / –3.4 Скорость счета геонейтрино на 100 тонн мишени в год 2,7 +1,1 / -1, ,6 / –1.3 Потоки геонейтрино, 1/см 2 ×с (4,3 +1,2 / -1,1 ) ×10 6 (7,1 +2,9 / -2,4 ) ×10 6 W = 44 1 ТВт W р/а =(20±9) ТВт W гео-реактор

20

21 Измерение 13 в эксперименте Дая Бэй (с участием ОИЯИ) Absolute Reactor Flux: Largest uncertainty in previous measurements Relative Measurement: Multiple detectors removes absolute uncertainty First proposed by L. A. Mikaelyan and V.V. Sinev, Phys. Atomic Nucl (2000) Most precise measurement of sin 2 2θ 13 to date. sin 2 2θ 13 = ± (stat) ± (syst)

22 Эксперимент T2K - Эксперимент начал набор статистики в 2010 г. - Планируется набор данных для интегрального потока 8х10 21 протонов на мишени Вклад ИЯИ SMRD детектор SMRD Нейтринный пучок на ускорительном комплексе JPARC, Япония

23 12 May 2012Yu.Kudenko INR RAS Наблюдение осцилляций е 10 e событий зарегистрировано в СуперКамиоканде ( событий ожидались, если 13 =0) p-value = (3.2 ) sin = – для m 2 23 = 2.4x10 -3 eV 2, =0, 23 = /4 Т2К: результаты и планы Ближайшие планы - CP нарушение в лептонном секторе (измерения с нейтрино и антинейтрино) - иерархия масс - прецизионные измерения осцилляционных параметров Осцилляции μ Эффект наблюден на уровне 4.5σ sin 2 (2θ 23 )> x10 -3 < Δm 2 23 (eV 2 ) < 3.1x10 -3 (90% CL)

24

25

26 Поиски безнейтринного двойного бета-распада ИзотопQ (keV)Содержание (%)Проект 76Ge20397,8GERDA, MAJORANA 82Se29959,2SuperNEMO 100Mo30349,6MOON 130Te252934,5CUORE 136Xe24798,9EXO, KamLand-Zen, XMASS 150Nd33675,6SNO+, SuperNEMO, Borexino, Неодим ИзотопT 1/2 | |, eVПроект 76GeT 1/2 >1.2· ·10 24 < 0,8NEMO-3 130TeT 1/2 >2.8·10 24 < 0,8CUORICINO Новое поколение экспериментов – улучшение чувствительности до | |~ ,1 eV Текущие результаты

27 Установка GERDA, расположена в лаборатории Gran-Sasso. Фаза I – кг обогащенного Ge. Экспозиция (июнь 2012) – 6.1 кг.год Результат Клабдора будет превзойден весной 2013 года

28 GERDA result - 2ν2β decay of 76 Ge 2ν2β, 42 K, 40 K, 214 Bi, 39 Ar, 228 Th

29

30 DarkSide – двух фазный LAr детектор + низкофоновый комплекс Борексино Италия США Россия: НИЦ КИ, ОИЯИ, ПИЯФ, ИТЭФ, НИИЯФ МГУ

31 Создание российской экспериментальной базы - платформы нового поколения детекторов Разработка масштабных ( кг) двухфазных ксеноновых детекторов для поисков Темной материи. Проект РЭД «Российский Эмиссионный Детектор» ИТЭФ, МИФИ, КИ, ПИЯФ, НИИЯФ МГУ, ИЯФ СО, ИЯИ (?) 1-я фаза ν-N когерентное рассеяние 2-я фаза поиск Темной материи Постановка на реакторе МИФИ эксперимента по изучению рассеяния нейтронов на ядрах ксенона и определение отклика эмиссионного детектора в неизученной области энергий ядер отдачи ксенона менее 4 кэВ. Ближайшая цель

32 Dark Matter WIMP search in EDELWEISS experiment 10 кг HPGe experiment in Modane Best limit: σ(W-N) 4.4x10 8 pb, ( σ(W-N) 4.4x10 8 pb, (M W = 85 GeV, 90%CL) was obtained. To improve further this limit the problem with background is investigated.