Розрахунки детекторів сонячних нейтрино низьких енергій

Очікуване число реакцій захоплення нейтрино в даній області детектора складе ~ 70 подій в рік. Таким чином, кількість реакцій розсіяння приблизно на два порядки перевищує сигнал від реакцій захоплення. Для виділення реакцій захоплення із загальних даних необхідна додаткова ознака. Такою може бути процес розпаду ядра ¹³¹Cs в основний стан ¹³¹Xe шляхом електронного захоплення з випромінюванням рентгенівських квантів. Результати моделювання параметрів детектора показують, що енергетичний поріг детектора XMASS, при прийнятих початкових даних, може бути не гірше 10 кеВ. В цьому випадку рентгенівські кванти К- лінії електронного захоплення ядра ¹³¹Cs з енергією 35 кеВ надійно реєструватимуться. Таким чином, для виділення подій, відповідних реакціям захоплення нейтрино, можна скористатися затриманим збігом між миттєвим електроном, що виникає в реакції захоплення нейтрино з енергією Е_е=ЕЕ_пор, і затриманим рентгенівським квантом з енергією 35 кеВ, пов'язаним з електронним захопленням в ¹³¹Cs. Оскільки період напіврозпаду ¹³¹Cs складає 9,68 днів, то часове вікно для реєстрації збігу складе принаймні 40 днів. Основною перешкодою для реєстрації подій захоплення нейтрино, від якої немає можливості позбавитись, буде фон, що створюється реакціями розсіяння сонячних нейтрино. Випадковий збіг першої події розсіяння нейтрино з енергією в інтервалі 1070 кеВ і другої події з енергією 35 кеВ імітуватимуть ознаку реакції захоплення нейтрино. Ознакою реакції захоплення нейтрино від розпаду ⁷Be буде збіг події з енергією 510 кеВ і рентгенівського кванта К-лінії електронного захоплення ядра ¹³¹Cs з енергією 35 кеВ. Визначимо число випадкових збігів подій розсіювання нейтрино, а також зовнішнього фону у вказаних енергетичних вікнах.

Для зменшення фонових випадкових збігів необхідно локалізувати шукані події захоплення нейтрино, використовуючи просторову роздільну здатність детектора. Враховуючи, що енергетична роздільна здатність при енергії 100 кеВ складає 24%, події захоплення рр-нейтрино реєструватимуться в діапазоні енергій 1090 кеВ (10 кеВ - поріг детектора). Для подій з такими енергіями просторова роздільна здатність, згідно з модельними розрахунками, складає ~79 см. Ефект самоекранування від зовнішнього гамма-випромінювання, пов'язаного з радіоактивною забрудненістю ФЕП і конструкційних матеріалів, призводить до того, що у внутрішній області детектора зовнішній фон відсутній, і визначається тільки залишковими концентраціями радіонуклідів в самому ксеноні. Таким чином, фоном для реєстрації рр-нейтрино будуть тільки випадкові збіги сигналів від реакцій розсіяння нейтрино у області енергій 1090 кеВ. Вірогідність таких випадкових збігів розраховується за формулою

f = f₁f₂t,

де f₁ - частота першої події ознаки захоплення нейтрино, f₂ - відповідно частота другої події, ?t??- інтервал часу протягом якого шукається ланцюжок збігів (вибирається рівним 4 періоди напіврозпаду), V_r - об'єм осередку, в якому зареєстрована подія з енергією 1090 кеВ, а V_t - об'єм шару детектора, в якому розглядається подія.

На малюнку 11 представлені спектри розсіяння рр-нейтрино (заповнена сірим тоном гістограма) та ⁷Be-нейтрино. Частота подій у області енергій 1090 кеВ, тобто перша подія ознаки захоплення рр-нейтрино, складає f₁ = 1,94 відл./день/кеВ/10 т. Частота подій у області енергій 2545 кеВ, друга подія ознаки захоплення нейтрино рентгенівський квант К-лінії з енергією 35 кеВ, складає f₂ = 0,36 відл./день/кеВ/10 т, інтервал часу ?t=40 днів. Таким чином, ймовірність випадкових збігів даних сигналів дорівнює f = 4,4х10^-3 подій на день на 10 т, що в рік складе 1,62 подій на 10 тонн. Оскільки до відстані в 115 см від центру зовнішній і внутрішній фон детектора у області енергій до 100 кеВ дорівнює нулю, то для сумарної маси детектора в 17 тонн число реакцій захоплення рр-нейтрино складе 21 подію при фоні в 4 відліки.

Для ⁷Be-нейтрино фонові події даватимуть випадкові збіги відліків від зовнішнього фону в

околиці піку з енергією 510 кеВ (лінія, відповідна енергії нейтрино 862 кеВ) і реакцій розсіяння рр-нейтрино у області енергій 35 кеВ (друга подія ознаки нейтрино). Ймовірність випадкових збігів вказаних подій в даному випадку істотно залежить від відстані до центру детектора, оскільки зовнішній фон для енергій більше 500 кеВ істотно збільшується при видаленні від центру детектора. Оскільки енергія другого піку ⁷Be-нейтрино дорівнює 34 кеВ (лінія що відповідає енергії нейтрино 384 кеВ), то випадкові збіги подій розсіяння рр-нейтрино визначатимуть фон для цієї лінії. У табл. 3 представлено розрахункові дані по кількості реакцій захоплення ⁷Be-нейтрино в рік для різних сферичних шарів детектора XMASS, а також очікувана кількість фонових подій для відповідного сферичного шару (R₁ і R₂ - радіуси сфер, між якими розглядається відповідний шар ксенону). Таким чином, видно, що співвідношення сигнал/фон істотно залежить від віддаленості шару, в якому розглядається подія захоплення сонячного нейтрино, від центру детектора.

Таблиця 3 Кількість реакцій захоплення 7Be-нейтрино в рік порівняно з фоновими подіями для різних сферичних шарів детектора XMASS

Як вказувалося, першою подією ознаки нейтрино є реєстрація електрона, що вилітає з ядра при захопленні сонячного нейтрино. Другою подією ознаки нейтрино є реєстрація рентгенівського кванта, що виникає при розпаді ¹³¹Cs шлахом електронного захоплення. При розрахунках, для зниження фонових випадкових збігів сигналів, була використана можливість просторової локалізації подій в детекторі. Згідно з розрахунками, просторова роздільна здатність детектора XMASS при енергії 500 кеВ складає 12 см (залежно від відстані до центру детектора) і 69 см при енергії 50 кеВ. При оцінці числа фонових відліків (випадкових збігів, що імітують події розсіяння сонячних нейтрино) умовно вважалося, що іони цезію малорухливі і залишаються в околиці місця реакції захоплення нейтрино тривалий час. Насправді, оскільки інтервал часу, протягом якого шукається збіг двох подій ознаки нейтрино, достатньо великий - 40 днів, то утворений в результаті захоплення нейтрино іон цезію може внаслідок дифузії зміститися і, відповідно, це приведе до збільшення просторової області, в якій розглядається збіг і, отже, до збільшення фону.

Оскільки прямі дані про величину дифузії іонів цезію в рідкому ксеноні відсутні, її величину оцінено, використовуючи значення для рухливості іонів кисню та тетраметилсилану TMSi⁺ у рідкому ксеноні. Коефіцієнт дифузії D пов'язаний з рухливістю іонів співвідношенням Нернста-Ейнштейна

D = м,

де - рухливість, q - заряд, k - постійна Больцмана, Т - температура. Експериментальні дослідження з транспорту іонів у рідкому ксеноні свідчать про зменшення рухливості, і відповідно коефіцієнта дифузії позитивних і негативних іонів в порівнянні з самодифузією атомів ксенону і пов'язують це з ефектом поляризації атомів, що оточують іон. Іони рухаються в рідкому ксеноні значно повільніше, ніж атоми ксенону. В результаті поляризації утворюється іонний кластер, що складається з десятків і сотень атомів, що уповільнює його рух. Під дією електричного поля іона змінюється локальна в'язкість навколо нього. Крім того, внаслідок ефекту електрострикції виникає деформація (стягання) навколишньої рідини, що приводить до збільшення тиску і щільності рідкого ксенону в околиці іона.

Для оцінки приймемо, що рухливість іонів цезію рівна рухливості позитивних іонів TMSi⁺. При температурі 160170 К мобільність іонів TMSi⁺ у рідкому ксеноні дорівнює = 0,210^-3 см²/Bс, звідки одержуємо для коефіцієнта дифузії значення D = 0.5110^-5 см²/с.

Щільність ймовірності виявити іон на відстані r від місця реакції захоплення нейтрино через час t розраховується за формулою:

p(r,t) =

де D коефіцієнт дифузії іонів цезію в рідкому ксеноні, t час, r - відстань від точки реакції захоплення нейтрино. Таким чином, ймовірність Р того, що утворений іон цезію в наслідок дифузії в рідкому ксеноні буде виявлений всередині сфери діаметром r = 5 см (центр сфери місце утворення іона), дорівнює Р=99%. Такий результат означає, що іони мало зміщуються від місця, в якому відбулася реакція захоплення нейтрино, і тому розрахункові дані для очікуваних фонів не треба коректувати на можливе зміщення іонів цезію. При цьому мають бути прийняті заходи для попередження конвекції.

Хімічні властивості ксенону, а саме його інертність, дозволяють проводити глибоке очищення ксенону від різних домішок і, зокрема, радіонуклідів, що є таким, що визначає для зниження фону детектора. Крім того модельні розрахунки показують, що для детектора на ксеноні завдяки високій щільності (3,0 г/см³) і великому Z (Z=54) зовнішній радіоактивний фон буде ефективно режектуватися в тонкому приповерхневому шарі детектора завтовшки близько 20-30 см (30 см захисного шару з ксенону еквівалентно 4 м води). Таким чином, велика частина об'єму детектора буде робочою.

Розглянута можливість реєстрації в детекторі XMASS не тільки реакцій розсіяння нейтрино, але також і реакцій захоплення нейтрино на ¹³¹Xe. Оскільки в детекторі XMASS передбачається використовувати 23 тонни ксенону, збагаченого ізотопом ¹³¹Xe до 80%, то очікувана повна швидкість захоплення нейтрино становитиме 150 подій в рік. Ефективна швидкість рахунку буде становити 30 подій захоплення рр-нейтрино на 30 фонових подій та 25 подій захоплення ⁷Be-нейтрино на 30 фонових реакцій.

В висновках підведені підсумки дисертаційної роботи.

ВИСНОВКИ

В даній дисертації запропоновано проекти нових експериментів, призначених для реєстрації сонячних нейтрино низьких енергій. Розроблено конструкції детекторів та проведено для них моделювання очікуваних спектрометричних та фонових характеристик.

1. Проведено експериментальні дослідження параметрів чотирикратно забороненого неунікального бета-розпаду ¹¹³Cd. Визначено з значно кращою точністю, ніж в попередніх експериментах, форму спектра та період напіврозпаду ядра ¹¹³Cd, який дорівнює Т_1/2 = (7,7 ± 0,3)10¹⁵ років.

Завдяки спеціально розробленому наднизькофоновому спектрометру в даному експерименті вдалося отримати перевищення сигналу над фоном в 50 разів та внаслідок цього в 5 разів покращити точність визначення періоду напіврозпаду та визначити параметри фактора форми чотирикратно забороненого неунікального бета-переходу.

2. На наднизькофоновому спектрометрі проведено прецизійні виміри фону кристалів ¹¹⁶CdWO₄ в Солотвинській підземній лабораторії ІЯД НАН України. Визначено рівні домішок природних радіонуклідів сімейств урану й торія в сцинтиляторах ¹¹⁶CdWO₄, які становлять: питома активність ²³²Th - 17 нБк/г, що відповідає концентрації ~5·10-¹² г/г та ²²⁶Ra <7.5 нБк/г (концентрація <6·10-¹² г/г за ураном). Отримані результати свідчать, що вміст природних радіоактивних елементів в цих кристалах є одним з найнижчих з усіх відомих неорганічних сцинтиляторів, тому вони є перспективними кандидатами для експериментів з дослідження та пошуку рідких ядерних процесів, таких як подвійний безнейтринний бета-розпад та реєстрація сонячних нейтрино за допомогою реакції захоплення нейтрино на ядрі ¹¹⁶Cd.

3. Розроблено проект експерименту з використанням сцинтиляційних кристалів CdWO₄ для реєстрації реакцій захоплення сонячних нейтрино низьких енергій на ядрі ¹¹⁶Cd. Проведено розрахунки переризів захоплення нейтрино на ядрі ¹¹⁶Cd й інших ізотопах кадмію, а також на ізотопах вольфраму й кисню. Серед них переріз захоплення нейтрино є найбільшим для ¹¹⁶Cd. Швидкість реакцій захоплення, розрахована на основі стандартної сонячної моделі, для цього ізотопу дорівнює 260±65 SNU (1 SNU = 1 захоплення нейтрино на 10³⁶ атомів мішені).

Зроблено оцінку фізичних характеристик детектора з кристалами ¹¹⁶CdWO₄. Показано, що головною перевагою запропонованого проекту експерименту є можливість просторової локалізації ядерних подій всередині кристалів ¹¹⁶CdWO₄, що дозволяє значно знизити кількість фонових подій та забезпечити співвідношення ефект/фон на рівні одиниці. Для розрахованої ефективності реєстрації ~80% очікувана швидкість реєстрації реакцій захоплення ⁷Ве-нейтрино для детектора з 30 тоннами кристалів складе ~300 подій на рік.

4. Розроблено проект радіохімічного ксенон-цезієвий експеримент, заснований на використанні реакції захоплення нейтрино на ядрі ¹³¹Xe для реєстрації сонячних нейтрино. У зв'язку з низьким порогом захоплення нейтрино (352 кеВ), за допомогою даної реакції можлива реєстрація рр-нейтрино, головної складової потоку сонячних нейтрино. Проведено розрахунки переризів захоплення сонячних нейтрино на основний та збуджені рівні ¹³¹Xe. Зроблено оцінку можливих фонових подій, пов'язаних з утворенням іонів цезію завдяки захопленню нейтрино іншими ізотопами ксенону, реакціям з мюонами та реакціям, пов'язаним з радіоактивними домішками в ксеноні, а також в процесах спонтанного розпаду урану-238. Показано, що внесок фонових реакцій є незначним.

5. Розроблено концепцію радіохімічного ксенон-цезієвого детектору, яка заснована на зборі продуктів реакції - іонів ¹³¹Cs - з рідини мішені за допомогою електростатичного поля.

6. Показано, що для реакції захоплення нейтрино на ядрі ¹³¹Xe очікуваний внесок в швидкість реєстрації від рр-нейтрино складе 22%, від берилієвих нейтрино - 40%, від борних - 28%, від інших нейтрино - 10%. Таким чином, сумісно с даними хлор-аргонного, галій-германієвого та інших нейтринних експериментів, ксенон-цезієвий експеримент дасть можливість незалежного визначення головних складових потоку сонячних нейтрино та дозволить визначити чисельно потік рр- та берилієвих нейтрино.

Якщо створення детекторів прямого детектування сонячних нейтрино низьких енергій буде неможливим (з погляду на величезний фон, пов'язаний з природною радіоактивністю всіх матеріалів детектора при енергіях менше 3 МеВ), запропонований радіохімічний ксенон-цезієвий детектор може стати єдиною можливістю для чисельного визначення потоків рр- та ⁷Be-нейтрино.

7. Проведено дослідження спектрометричних та фонових характеристик сцинтиляційного детектора XMASS. На основі зроблених оціночних розрахунків параметрів детектора досліджено можливість реєстрації як реакцій розсіювання нейтрино, так і реакцій захоплення нейтрино на ядрі ¹³¹Xe у детекторі XMASS. Показано, що ефективна швидкість реєстрації захоплення нейтрино складе 30 подій захоплення рр-нейтрино та 25 подій захоплення нейтрино від розпаду ⁷Be при співвідношенні ефект/фон1.

Таким чином, показано принципову можливість реєстрації в детекторі XMASS як реакцій розсіяння сонячних нейтрино, так і реакцій захоплення нейтрино на ¹³¹Xe, тобто в одному експерименті стає можливим визначення параметрів нейтринних осциляцій при низьких енергіях, що досі не планується для жодного іншого експерименту.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. F.A.Danevich, A.Sh.Georgadze, V.V.Kobychev, B.N.Kropivyansky, V.N.Kuts, A.S.Nikolaiko, V.I.Tretyak, Yu.Zdesenko. The research of 2 decay of ¹¹⁶Cd with enriched ¹¹⁶CdWO₄ crystal scintillators // Phys. Lett. B. - 1995. - Vol. 344. - P. 72 - 78.

2. А.Ш.Георгадзе, Ф.А.Даневич, Ю.Г.Здесенко, В.В.Кобычев, Б.Н.Кропивянский, В.Н.Куц, А.С.Николайко, В.И.Третяк. Результаты исследований 2-распада ¹¹⁶Cd с помощью сцинтилляторов ¹¹⁶CdWO₄ // Ядерная Физика. - 1995. - Т. 58. - C. 1170-1179.

3. S.Ph.Burachas, F.A.Danevich, A.Sh.Georgadze, H.V.Klapdor-Kleingrothaus, V.V.Kobychev, B.N.Kropivyansky, V.N.Kuts, A.Muller, V.V.Muzalevsky, A.S.Nikolaiko, O.A.Ponkratenko, V.D.Ryzhikov, A.S.Sai, I.M.Solsky, V.I.Tretyak, Yu.G.Zdesenko. Large volume CdWO₄ crystal scintillators. // Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Research A. - 1996. - Vol. 369. - P. 164-168.

4. А.Ш.Георгадзе, Ф.А.Даневич, Ю.Г.Здесенко, В.Н.Куц, В.В.Кобычев, Б.Н.Кропивянский, А.С.Николайко, О.А.Понкратенко, В.И.Третяк. Бета-распад ¹¹³Cd. // Ядерная физика. - 1996. - T. 59. - C. 5-9.

5. А.Ш.Георгадзе, В.В.Кобычев, О.А.Понкратенко. О возможности детектирования солнечных нейтрино с помощью сцинтилляторов CdWO₄. // Ядерна фізика та енергетика. - 2007. Т.19(1). - С.151-159.

6. А.Ш.Георгадзе, Ф.А.Даневич, Ю.Г.Здесенко, В.В.Кобычев, Б.Н.Кропивянский, В.Н.Куц, В.В.Музалевский, А.С.Николайко, О.А.Понкратенко, В.И.Третяк. Оценка активностей радиоактивных примесей в кристаллах вольфрамата кадмия. // Приб. и техника эксперимента. - 1996. - T.2. - С. 45-51.

7. А.Ш.Георгадзе, Ф.А.Даневич, Ю.Г.Здесенко, В.Н.Куц, В.В.Кобычев, Б.Н.Кропивянский, В.В.Музалевский, А.С.Николайко, О.А.Понкратенко, В.И.Третяк, С.Ф.Бурачас, В.Д.Рыжиков, А.С.Сай, И.М.Сольский. Сцинтилляторы CdWO₄ большого объема // Приб. и техника эксперимента. - 1996. - № 3. - C. 48-52.

8. A.Sh.Georgadze, H.V.Klapdor-Kleingrothaus, H.Pдs, Yu.G.Zdesenko. A xenon solar neutrino detector // Astropart. Phys. - 1997. - Vol. 7. - P. 173-179.

9. A.Sh.Georgadze, H.V.Klapdor-Kleingrothaus, H.Pдs, Yu.G.Zdesenko. A xenon solar neutrino detector. // Proc. 4^th Int. Solar Нейтрино Conf., Heidelberg, Germany, 8-11 April 1997. - Max-Planck-Institut fьr Kernphysik, Heidelberg. -1997. - P. 283-291.

10. A.Sh.Georgadze, V.V.Kobychev, B.N.Kropivyansky, A.S.Nikolaiko, O.A.Ponkratenko, V.I.Tretyak, Yu.Zdesenko. Limits on Majoron modes of ¹¹⁶Cd neutrinoless 2 decay // Nucl. Phys. A. - 1998. - Vol. 643. - P. 317-328.

11. F.A.Danevich, A.Sh.Georgadze, V.V.Kobychev, A.S.Nikolaiko, O.A.Ponkratenko, V.I.Tretyak, S.Yu.Zdesenko, Yu.G.Zdesenko, P.G.Bizzeti, T.F.Fazzini, P.R.Maurenzig. Two-neutrino 2в decay of ¹¹⁶Cd and new half-life limits on 2в decay of ¹⁸⁰W and ¹⁸⁶W // Nucl. Phys. A 2003. Vol. 717. - P. 129-145.

12. A.Sh.Georgadze, H.V.Klapdor-Kleingrothaus, H.Pдs, Yu.G.Zdesenko. A xenon solar neutrino detector. // Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.). - 1999. - Vol. 70. - P. 354-357.

13. F.A.Danevich, A.Sh.Georgadze, V.V.Kobychev, B.N.Kropivyansky, A.S.Nikolaiko, O.A.Ponkratenko, V.I.Tretyak, S.Yu.Zdesenko, Yu.G.Zdesenko, P.G.Bizzeti, T.F.Fazzini, P.R.Maurenzig. New results of ¹¹⁶Cd double decay study with ¹¹⁶CdWO₄ scintillators // Phys. Rev. C. - 2000. - Vol. 62. - P. 045501(1-9).

14. A.Sh. Georgadze, O.A.Ponkratenko, V.I.Tretyak et al. Application of the event generator DECAY4 to evaluation of XMASS experiment for the low energy solar neutrinos detection. // Proc. Int. Workshop on Technique and Application of Xenon Detectors, 3-4.12.2001, Tokyo, Japan. - World Sci. - 2002. - Р. 144-164.

15. A.Sh.Georgadze, O.A.Ponkratenko, V.I.Tretyak, Yu.G.Zdesenko, Y.Koshio, S.Moriyama, M.Nakahata, Y.Suzuki. Background simulation and evaluation of the XMASS experiment for the detection of low energy solar neutrinos // Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.). - 2003. - Vol. 118. - P. 453.

16. А.Ш.Георгадзе, С.Ю.Здесенко, О.А.Понкратенко, В.И.Третяк, Ш.Морияма, М.Накахата, Й.Сузуки, Й.Кошио. О возможности регистрации солнечных нейтрино с помощью детектора на основе ксенона. // Известия Академии Наук, серия физическая. - 2003. - T. 67. - С. 1518-1525.

17. F.A.Danevich, A.Sh.Georgadze, V.V.Kobychev, B.N.Kropivyansky, A.S.Nikolaiko, O.A.Ponkratenko, V.I.Tretyak, S.Yu.Zdesenko, Yu.G.Zdesenko, P.G.Bizzeti, T.F.Fazzini, P.R.Maurenzig. Search for 2 decay of cadmium and tungsten isotopes: Final results of the Solotvina experiment. // Phys. Rev. C. - 2003. - Vol. 68. - P. 035501(1-13).

АНОТАЦІЇ

Георгадзе А.Ш. Розрахунки детекторів сонячних нейтрино низьких енергій - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичннх наук за спеціальністю 01.04.16 - фізика ядра, елементарних частинок і високіх енергій. Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, 2007.

Дисертацію присвячено розробці детекторів сонячних нейтрино низьких енергій. Запропоновано концепцію експерименту на основі сцинтиляторів CdWO₄. Проведені вимірювання фонових спектрів кристалів CdWO₄ дозволили одержати оцінки фону запропонованого детектора та показати принципову можливість реєстрації реакції захоплення нейтрино на ядрі ¹¹⁶Cd. Також проведено дослідження з покращенною точністю періоду напіврозпаду Т_1/2 = (7,7 ± 0,3)10¹⁵ років та форми спектру чотирикратно забороненого неунікального бета-розпаду ядра ¹¹³Cd. Запропоновано проект радіохімічного експерименту з використанням реакції захоплення нейтрино на ядрі ¹³¹Xe, розраховано перерізи реакції, розроблено методику збору продуктів реакції з речовини мішені. Проведено розрахунки фізичних характеристик сцинтиляційного детектора XMASS та показано принципову можливість реєстрації детектором реакцій захоплення нейтрино на ядрі ¹³¹Xe.

Ключові слова: Сонячні нейтрино, бета-розпад, радіохімічний детектор, сцинтиляційний детектор, ннзькофонові вимірювання.

Георгадзе А.Ш. Расчет детекторов солнечных нейтрино низких энергий - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.16 - физика ядра, элементарных частиц и высоких энергий. Институт ядерных исследований НАН Украины, Киев, 2007.

Диссертация посвящена разработке детекторов солнечных нейтрино низких энергий. Предложена концепция эксперимента на основе сцинтилляторов CdWO₄. Проведенные измерения фоновых спектров кристаллов CdWO₄ позволили получить оценки фона предложенного детектора и показать принципиальную возможность регистрации реакции захвата нейтрино на ядре ¹¹⁶Cd. Также исследованы с высокой точностью период полураспада Т_1/2 = (7,7 ± 0,3)10¹⁵ лет и форма спектра четырехкратно запрещенного неуникального бета-распада ядра ¹¹³Cd. Предложен проект радиохимического эксперимента с использованием реакции захвата нейтрино на ядре ¹³¹Xe, рассчитаны скорости захвата нейтрино, разработана методика извлечения продуктов реакции из вещества мишени. Проведены расчеты ожидаемых физических характеристик сцинтилляционного детектора XMASS и показана принципиальная возможность регистрации данным детектором реакции захвата нейтрино на ядре ¹³¹Xe.

Ключевые слова: солнечные нейтрино, сечение захвата нейтрино, бета-распад, сцинтилляционный детектор, радиохимический детектор, низкофоновые измерения.

Georgazde A.Sh. Development for low energy solar neutrino detectors - Manuscript. Thesis for a Candidate's of Sciences degree (Physics and Mathematics) 01.04.16 - Physics of Nucleus, Elementary Particles and High energies. Institute for Nuclear Research, National Academy of Sciences of Ukraine Kyjv, 2007.

Thesis deals with development of low energy solar neutrino detectors. The detector concept based on CdWO₄ scintillators is suggested. Background measurements of CdWO₄ scintillators allow to estimate background level of suggested detector and have shown principal possibility to detect neutrino reaction capture on ¹¹⁶Cd. The shape of the spectrum of non-unique forth-forbidden -decay of ¹¹³Cd and half life T_1/2=(7.7±0.3)10¹⁵ yr were measured with much better accuracy. Radiochemical experiment based on neutrino capture reaction on ¹³¹Xe was suggested. The method of extraction from the target of reaction products of was developed. The calculations of the expected physical properties of scintillation detector XMASS were performed. The principle possibility to detect neutrino capture reactions on ¹³¹Xe was demonstrated.

Key words: Solar neutrinos, beta-decay, scintillation detector, radiochemical detector, low background measurements.

Размещено на Allbest.ru