Подвійний бета-розпад ізотопів 64, 70Zn та 180, 186W

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ЯДЕРНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

УДК 539.165

ПОДВІЙНИЙ БЕТА-РОЗПАД ІЗОТОПІВ ^{64, 70}Zn ТА ^{180, 186}W

01.04.16 -- фізика ядра, елементарних частинок і високих енергій

А в т о р е ф е р а т дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Пода Денис Валентинович

Київ 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті ядерних досліджень НАН України

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник, Даневич Федір Анатолійович, Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, Україна, завідувач відділом фізики лептонів.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник, Абросімов Валерій Іванович, Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, Україна, провідний науковий співробітник відділу теорії ядра.

кандидат фізико-математичних наук, Шитов Юрій Олександрович, Об'єднаний Інститут ядерних досліджень, Дубна, Росія, старший науковий співробітник Лабораторії ядерних проблем ім. В.П. Джелєпова.

Захист відбудеться “05” березня 2009 р. о 16⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.167.01 при Інституті ядерних досліджень НАН України за адресою: 03680 МСП, м. Київ, проспект Науки, 47.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту ядерних досліджень НАН України, 03680, м. Київ, проспект Науки, 47.

Автореферат розісланий “ 05 ” лютого 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.т.н. С.П. Томчай

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Пошуки подвійного бета-розпаду (2) атомних ядер є однією з найбільш актуальних задач фізики ядра, елементарних частинок і астрофізики. Інтерес до цього вкрай рідкісного ядерного процесу значно зріс після нещодавніх спостережень нейтринних осциляцій, які однозначно свідчать про наявність у нейтрино маси. Тим самим, явище осциляцій нейтрино розглядається як вказівка на користь нової фізики поза рамками стандартної моделі (СМ) елементарних частинок. В той час як осциляційні експерименти чутливі лише до різниці квадратів масових станів нейтрино і кута їх змішування, досліджуючи безнейтринний подвійний бета_розпад (02), можна встановити природу нейтрино (частинка Майорани або Дірака), виміряти абсолютне значення маси та визначити схему масових станів нейтрино, перевірити закон збереження лептонного заряду, гіпотезу про існування домішок правих струмів у слабкій взаємодії та безмасових (або дуже легких) бозонів Намбу-Голдстоуна (майоронів).

Не зважаючи на численні спроби зареєструвати 02-розпад, поки що в жодному експерименті не виявлено достовірних вказівок на існування цього процесу. Найвищі обмеження на періоди напіврозпаду (Т_1/2) отримані в експериментах, націлених на пошуки безнейтринної моди 2-розпаду з випромінюванням двох електронів (02в), а експериментальні значення нижніх меж періодів напіврозпаду лежать в інтервалі 10²³-10²⁵ років. Варто відзначити повідомлення групи з Гайдельбергу про спостереження 02в-розпаду ізотопу ⁷⁶Ge з T_1/2 2,23 10²⁵ років (як стверджують автори, з довірчим рівнем 6,4). Однак наукова спільнота все ж по різному сприймає цей результат: від повного заперечення до використання як визначального аргументу для нових високочутливих 2-досліджень. Важливо відмітити і те, що навіть неспостереження 02_розпаду дає важливу інформацію про властивості нейтрино і слабкої взаємодії. Встановлення обмежень на шукані процеси сприяють розвитку теоретичних моделей фізики елементарних частинок.

Двонейтринна мода подвійного бета-розпаду (22) не порушує жодного закону збереження і дозволена в рамках СМ. Та оскільки 22_розпад в електрослабкій теорії Глешоу_Вайнберга_Салама розглядається як перехід другого порядку по константі зв'язку слабкої взаємодії, величини розрахованих періодів напіврозпаду надзвичайно великі і сягають 10¹⁹ років і вище. В природі існує всього кілька десятків парно-парних нуклідів, для яких 2_розпад енергетично дозволений. Експериментально зареєстрована тільки двонейтринна мода 2_розпаду з випромінюванням двох електронів та двох нейтрино (22в), і то лише для десяти ізотопів. Виміряні значення періодів напіврозпаду відносно 22в_розпаду лежать в інтервалі 10¹⁸-10²⁴ років. В той же час для 2в⁺_процесів, таких як подвійне електронне захоплення (2), захоплення електрона з випромінюванням позитрона (⁺) та подвійний позитронний розпад (2⁺), не зареєстрована навіть двонейтринна мода, а встановлені обмеження на періоди напіврозпаду відносно цих процесів не перевищують 10²¹ років.

Пошуки процесів 2_розпаду є надзвичайно складною задачею, оскільки потребують значних експериментальних зусиль, головним чином спрямованих на боротьбу з фоном. Отримувана експериментальна інформація про періоди напіврозпаду досить важлива для співставлення з розрахованими величинами. Вдосконалення теоретичного опису 22_розпаду дозволяє покращити точність розрахунків ядерних матричних елементів, які використовуються і для оцінки періоду напіврозпаду відносно безнейтринної моди. В той же час дослідження 2в⁺_процесів при співставленні їх з результатами пошуків 2в_розпадів допомогли б встановити внесок у швидкість процесу домішків правих слабких струмів. Тому необхідно розвивати експериментальну базу для досліджень 2_розпаду з якомога більшою кількістю різних ізотопів. Саме такі цілі переслідувала дана дисертаційна робота, в якій основна увага приділялася пошуку процесів 2в_розпаду ізотопів цинку (Zn) та вольфраму (W).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Матеріали представленої дисертаційної роботи виконувалися в рамках кількох держбюджетних тем, науково-дослідних робіт за додатковими цільовими темами та робіт по міжнародним угодам, співвиконавцем яких був автор:

1. Держбюджетна науково-дослідна робота за додатковою цільовою темою у 2002-2006 рр.: “Пошуки та дослідження слабко-взаємодіючих масивних частинок як можливої небаріонної складової темної матерії Всесвіту” (ДР № 0102U005218);

2. Держбюджетна науково-дослідна робота у 2005-2007 рр.: “Дослідження подвійного бета-розпаду атомних ядер та пошуки рідкісних ядерних процесів, в тому числі з порушенням законів збереження лептонного та баріонного зарядів” (ДР № 0105V0010507);

3. Науково-дослідна робота за договором № К-465 від 24.06.2005 р. між ІЯД НАНУ та ННЦ “Харківський фізико-технічний інститут” НАНУ 2005-2006 рр.: “Розробка наднизькофонових сцинтиляційних детекторів для вивчення рідкісних процесів розпадів атомних ядер” (ДР № 0105V008110);

4. Науково-дослідна робота в рамках Цільової комплексної програми наукових досліджень НАН України “Дослідження структури та складу Всесвіту, прихованої маси і темної енергії” (“Космомікрофізика”), (договори № 4/39107 від 09.07.2007 р. та № 15/08 від 04.04.2008 р.): “Експериментальні дослідження мікробудови темної матерії” (ДР № 0107U008445);

5. Науково-дослідна робота молодих вчених НАНУ за грантом НАНУ у 2007-2008 рр. (договори № 23/07 від 02.07.2007 р. та № 04/08 від 21.02.2008 р.): “Дослідження 2-розпаду ізотопу ¹¹⁶Cd у Солотвинській підземній лабораторії” (ДР № 0107U007297);

6. Міжнародні угоди між відділом фізики лептонів ІЯД НАНУ (Київ, Україна) та групою DAMA Національного інституту ядерної фізики, секція “Тор Вергата” (Рим, Італія) про спільну науково-дослідну роботу у 2004-2008 рр.

Мета і задачі дослідження.

Об'єкт дослідження -- процеси 2_розпаду ізотопів Zn та W.

Предмет дослідження -- значення періодів напіврозпаду ізотопів Zn та W відносно процесів 2_розпаду (або встановлення обмежень на періоди напіврозпаду).

Мета дослідження -- основна мета даної дисертаційної роботи полягала в експериментальних пошуках процесів 2_розпаду ізотопів Zn та W з використанням сцинтиляційних детекторів вольфрамату цинку (ZnWO₄) на якомога вищому рівні чутливості до періодів напіврозпаду шуканих 2-процесів.

Для досягнення такої мети були поставлені наступні задачі:

1) розвинути сцинтиляційний метод для пошуку процесів 2_розпаду на якомога вищому рівні чутливості до періодів напіврозпаду;

2) дослідити сцинтиляційні, спектрометричні та фонові характеристики різних оксидних сцинтиляторів, які можна використовувати для пошуку процесів 2_розпаду ізотопів Zn та W;

3) провести низькофонові експерименти зі сцинтиляційними кристалами ZnWO₄ та проаналізувати накопичені експериментальні дані на предмет виявлення процесів 2_розпаду ізотопів Zn та W.

Методи дослідження.

Для досягнення поставленої мети і вирішення задач були використані такі методи дослідження: сцинтиляційний метод для дослідження спектрометричних, сцинтиляційних і фонових характеристик таких оксидних сцинтиляторів, як вольфраматів кадмію, свинцю та цинку (CdWO₄, PbWO₄ і ZnWO₄), а також для пошуку процесів 2-розпаду ізотопів Zn та W за допомогою монокристалів ZnWO₄; методи низькофонової спектрометрії для проведення низькофонових вимірювань зі зразками CdWO₄, PbWO₄ і ZnWO₄; методи комп'ютерного моделювання, зокрема метод Монте-Карло для розрахунків у програмному пакеті GEANT4 коефіцієнтів світлозбору в різних детектуючих системах, а також для моделювання компонент фону сцинтиляційних детекторів і функцій відгуку детекторів ZnWO₄ до шуканих 2_процесів ізотопів Zn та W; метод пересипки каналів при перетворенні експериментальних даних, зокрема при перетворенні спектрів фону сцинтиляторів ZnWO₄ до єдиних калібрувальних параметрів по енергії; метод найменших квадратів та метод максимальної правдоподібності при апроксимації всіх отриманих експериментальних даних; статистичні методи для оцінок похибок; метод “однієї стандартної похибки” та процедура Фельдмана-Коузінза для визначення кількості подій шуканого ефекту від 2-розпаду, які можна виключити із заданою довірчою ймовірністю; метод лазерної мас-спектрометрії та мас-спектрометрії з індуктивно-зв'язаною плазмою (ICP-MS) для визначення складу домішок у зразках сцинтиляційних кристалів; метод аналізу усередненої форми сцинтиляційних імпульсів для визначення часових характеристик досліджуваних сцинтиляторів; метод оптимального фільтру та метод середнього часу для ідентифікації _частинок, _частинок, _квантів, а також шумів фотоелектронних помножувачів (ФЕП) по формі сцинтиляційного імпульсу; метод амплітудно-часового аналізу для пошуку корельованого фону, обумовленого короткоживучими ланцюжками радіоактивних ізотопів; метод ICP-MS аналізу, методи цифрової ідентифікації частинок по формі сцинтиляційного імпульсу, метод амплітудно-часового аналізу та апроксимація енергетичних спектрів змодельованими функціями фону використовувались для отримання інформації про якісний та кількісний вміст радіоактивних домішок у досліджуваних сцинтиляційних детекторах; розрахункові та графічні методи.

Достовірність. розпад ізотоп розпад сцинтиляційний

Достовірність отриманих результатів, наукових положень та висновків, сформульованих у дисертації, випливає з того, що всі експерименти проведено з використанням устаткування, яке надійно контролювалося. На початку і по завершенню етапів низькофонових досліджень, більшість з яких тривала понад дві тисячі годин, проводилося калібрування детектора набором паспортизованих _джерел. З порівняння результатів калібрування, а саме із зіставлення положень _піків для відповідних калібрувальних спектрів, було виявлено незначне відхилення, яке не перевищувало 2-3%, а енергетична роздільна здатність детектора практично не зазнавала змін у межах похибок, що свідчить про високу стабільність роботи детектора. Аналіз темпу набору подій в часі також демонстрував відсутність збоїв у роботі детектуючої системи. Для всіх обмежень на періоди напіврозпаду відносно різних процесів 2_розпаду ізотопів Zn та W приведено оцінки довірчої ймовірності. Результати отримані з використанням процедури Фельдмана_Кoузінза, рекомендованої Particle Data Group для даних із малою статистикою. Також достовірність результатів проведених досліджень ґрунтується на порівнянні отриманих результатів з існуючими експериментальними та теоретичними даними. Варто зазначити і те, що результати, отримані для ізотопу ⁶⁴Zn, увійшли до огляду Particle Data Group “2008 Review of Particle Physics” у розділ “Double_ Decay”.

Наукова новизна отриманих результатів.

1) Отримано нові експериментальні обмеження на процеси 2-захоплення та ⁺_розпаду ізотопу ⁶⁴Zn. Спростовано правильність інтерпретації результатів експерименту, автори якого повідомили про спостереження ⁺_розпаду ⁶⁴Zn.

2) Встановлено нові обмеження на періоди напіврозпаду відносно різних мод і каналів 2_розпаду ізотопів ⁷⁰Zn, ¹⁸⁰W і ¹⁸⁶W.

3) Досліджено спектрометричні та сцинтиляційні характеристики кристалів CdWO₄, PbWO₄ і ZnWO₄. Вперше показано можливість цифрової ідентифікації частинок по формі сцинтиляційного імпульсу зі сцинтиляторами PbWO₄ і ZnWO₄. Вперше вивчено вплив температури кристала та частоти відцифрувальника на ефективність цифрової ідентифікації частинок по формі сцинтиляційного імпульсу зі сцинтиляторами CdWO₄.

4) Вперше виміряно радіоактивну чистоту сцинтиляторів ZnWO₄. Досліджено рівень радіоактивної забрудненості сцинтиляційних кристалів CdWO₄ та PbWO₄. Досягнута чутливість вимірювання активності радіонуклідів у кристалах ZnWO₄ та CdWO₄ на рівні мкБк/кг.

5) Вперше показано, що завдяки використанню детектуючої системи з високою енергетичною роздільною здатністю та застосуванню сцинтиляторів PbWO₄ як світловодів і активного захисту для детекторів ¹¹⁶CdWO₄, можна здійснити експеримент по пошуку 02_розпаду ізотопу ¹¹⁶Cd на рівні чутливості до періоду напіврозпаду T_1/2 (¹¹⁶Cd) 10²⁶ років, що відповідає ефективній масі майоранівського нейтрино m 0,07 еВ.

Наукове та практичне значення отриманих результатів.

Отримані в дисертаційній роботі обмеження на періоди напіврозпаду відносно різних мод і каналів 2_розпаду ізотопів Zn і W важливі для розвитку експериментальних методів дослідження 2_процесів.

Найкращі в світі експериментальні обмеження на періоди напіврозпаду відносно 2_процесів ізотопів Zn та W неможливо б було отримати з використанням неякісних сцинтиляційних детекторів на основі ZnWO₄. Тому саме вимоги низькофонового експерименту, націленого на реєстрацію різних 2в_процесів ізотопів Zn і W, сприяли інтенсивним науково-дослідним роботам по вирощенню вперше в світі високоякісних кристалів ZnWO₄ великого об'єму. З огляду на свої властивості, ці сцинтилятори є досить перспективними для використання в медицині та інших галузях, зокрема в гамма_камерах і томографах. Такі висновки ґрунтуються на прикладах використання в медицині дуже подібних за своїми сцинтиляційними характеристиками кристалів CdWO₄. Поряд з тим, кристали ZnWO₄, на відміну від CdWO₄, не містять токсичних речовин та радіоактивного ізотопу ¹¹³Cd (природна ізотопна розповсюдженість = 12,22%), що спричинює відносно високий власний фон у кристалах CdWO₄. Крім того, детектор на основі ZnWO₄ може бути ефективно використаний і в системах контролю несанкціонованого ввезення та вивезення радіоактивних речовин. Прикладом застосування оксидних сцинтиляторів для даних цілей є система “Портал-П” на основі сцинтиляторів CdWO₄, нещодавно розроблена в Інституті сцинтиляційних матеріалів НАНУ (Харків).

Також варто підкреслити, що сцинтилятори ZnWO₄ зараз розглядаються як перспективні детектори в кріогенних експериментах по пошуку частинок темної матерії. Зокрема, з огляду на радіоактивну чистоту ZnWO₄ (визначену в дослідженнях, описаних у даній дисертації) та високі сцинтиляційні властивості при наднизьких температурах, швидше за все, саме ці сцинтилятори будуть використовуватися в новому кріогенному експерименті EURECA (The European Underground Rare Event Calorimeter Array). Міжнародна колаборація EURECA нараховує зараз 16 інститутів з Франції, Німеччини, Іспанії, Великобританії та України, групи з ЦЕРНу й Об'єднаного інституту ядерних досліджень (Дубна, Росія), а в дослідженнях задіяно більше 140 науковців. Цей експеримент зараз на стадії розробки, а відділ фізики лептонів Інституту ядерних досліджень НАНУ (зокрема і автор даної дисертації) приймає участь у науково-дослідних роботах даного проекту.

В результаті проведених досліджень розвинено низькофонову методику використання сцинтиляційних кристалів для пошуку процесів 2в_розпаду. Для коректної інтерпретації даних таких низькофонових експериментів досліджено сцинтиляційні та спектрометричні характеристики, а також радіоактивну чистоту сцинтиляційних кристалів CdWO₄, PbWO₄ і ZnWO₄, що в свою чергу важливо для їх застосування як у фундаментальних дослідженнях, так і для вирішення ряду прикладних задач.

Особистий внесок здобувача.

Внесок автора був визначальним на всіх етапах дослідницьких робіт, у ході яких були отримані основні результати дисертації.

Дисертант приймав безпосередню участь у плануванні, підготовці, монтуванні та проведенні всіх експериментальних досліджень по пошуку процесів 2_розпаду ізотопів Zn та W. Також здобувачем проведено обробку всього масиву накопиченої в цих експериментах інформації, аналіз і систематизацію отриманих результатів, представлених у даній дисертаційній роботі.

У реферованих наукових працях, опублікованих у співавторстві, дисертантові належить: підготовка графічних і табличних матеріалів, робота над текстом публікацій [1-9]; участь у підготовці та проведенні експериментів [1-9]; часткова [4, 6-8] та повна [1-3, 9] обробка експериментальних даних; обговорення та аналіз усіх отриманих результатів [1-9].

Також для роботи [2] здобувачем були написані програми обробки експериментальних даних у середовищі MATLAB 7.0 методом амплітудно-часового аналізу. Для робіт [1, 2] автор виконував частину модельних обрахунків компонент фону сцинтиляційних кристалів ZnWO₄ та функцій відгуку цих детекторів до процесів 2_розпаду ізотопів Zn і W. У роботі [9] дисертантом власноруч розроблено варіанти детектуючих систем зі світловодами різної геометричної форми та досліджено їх спектрометричні характеристики. В результаті такої дослідної роботи, здобувачем було запропоновано і реалізовано детектуючу систему з покращеним світлозбором, за допомогою якої проводилися експериментальні пошуки процесів 2_розпаду ізотопів Zn і W зі зразками сцинтиляційних кристалів ZnWO₄ [1, 2] та дослідження радіоактивної забрудненості сцинтилятора CdWO₄ [5]. У роботах [6] та [9] автором проведено детальний аналіз шляхів підвищення чутливості експериментальних пошуків 02_розпаду ізотопу ¹¹⁶Cd та показано можливість експерименту з чутливістю до періоду напіврозпаду на рівні T_1/2 (¹¹⁶Cd) 10²⁶ років.

Розрахунки методом Монте-Карло світлозбору різних детектуючих систем, моделей фону та ефективності реєстрації 2_процесів проводилися співробітником ІЯД НАНУ В.В. Кобичевим. Також В.В. Кобичев зробив вагомий внесок у розробку програмного забезпечення для аналізу по формі сцинтиляційного імпульсу та амплітудно-часового аналізу даних, накопичених у Солотвинській підземній лабораторії ІЯД НАНУ (Україна). Компоненти фону сцинтилятора CdWO₄, з яким проводилися вимірювання в Національній підземній лабораторії Гран-Сассо (Італія), промодельовані співробітником Факультету фізики Університету Рима “Ла Сапієнца” (Італія) Ф. Капелла. Мас-спектрометричні вимірювання (ICP-MS) домішкового складу в кристалах CdWO₄ і ZnWO₄, проведені співробітником Національної підземної лабораторії Гран-Сассо (Італія) С. Нісі. Співробітник ІЯД НАНУ В.І. Третяк розробив методи обробки даних із малою статистикою, написав програми по реалізації методу пересипки каналів і для пошуку здвоєних подій по відцифрованій формі сцинтиляційного імпульсу. Також В.І. Третяк провів оцінки космогенної активації детекторів CdWO₄ та ZnWO₄. Співробітником ІЯД НАНУ С.С. Юрченко розроблено програмне забезпечення по зчитуванню різних форматів даних і їх первинній обробці, а також для аналізу за відцифрованою формою сцинтиляційного імпульсу. Співробітник ІЯД НАНУ С.С. Нагорний приймав безпосередню та активну участь у вивченні сцинтиляційних і спектрометричних характеристик та радіоактивної чистоти кристалів CdWO₄, PbWO₄ і ZnWO₄, а також запропонував дослідити сцинтилятори вольфрамату свинцю, як перспективні детектори для пошуку рідкісних ядерних процесів.

Апробація результатів дисертації.

Всі результати даної дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на наступних конференціях, нарадах, семінарах і школах:

- Щорічна наукова конференція ІЯД НАНУ, 27-30.01.2004; 25-28.01.2005; 24-27.01.2006; 23-26.01.2007; 21-24.01.2008; 20-23.01.2009, Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, Україна;

- Щорічна наукова конференція студентів та аспірантів КНУ ім. Т.Г. Шевченка, 13-15.05.2004, фізичний факультет Київського національного університету ім. Т.Г. Шевченка, Київ, Україна;

- 3^rd International Workshop on Physical Aspect of the Luminescence of Complex Oxide Dielectrics “LOD'2004”, 14-17.09.2004, Kharkiv, Ukraine;

- 11-я Национальная конференция по росту кристаллов “НКРК-2004”, 13-17.12.2004, Москва, Россия;

- Конференція молодих вчених та аспірантів “ІЕФ-05” і “ІЕФ-07”, 18-20.05.2005; 14-19.05.2007, Інститут електронної фізики, Ужгород, Україна;

- Міжнародна школа молодих вчених по ядерній фізиці та енергетиці, 12-18.06.2005; 11-16.06.2007, Алушта, Україна;

- 8^th International Conference on Inorganic Scintillators and their Use in Scientific and Industrial Applications “SCINT 2005”, 19-23.09.2005, Alushta, Ukraine;

- Школа-семинар “Сцинтилляционные процессы и материалы для регистрации ионизирующего излучения”, 17-20.09.2006; 16-19.09.2007; 17-20.09.2008, Институт сцинтилляционных материалов НАН Украины, Харьков, Украина;

- Topical Workshop on Low Radioactivity Techniques “LRT 2006”, 01-04.10.2006, Aussois, France;

– International Conference “Oxide Materials for Electronic Engineering”, 28-31.05.2007, Lviv, Ukraine;

– IEEE 9^th International Conference on Inorganic Scintillators and their Applications “SCINT 2007”, 04-08.06.2007, Winston-Salem, NC USA;

- French-Ukrainian Summer School of Particle Physics, 09-14.07.2007, Mukachevo, Ukraine;

– International Conference “Functional Materials”, 01-06.10.2007, Partenit, Crimea, Ukraine;

– 2^nd International Conference “Current Problems in Nuclear Physics and Atomic Energy”, 09-15.06.2008, Kyiv, Ukraine;

– 1^st International Workshop on Radiopure Scintillators for EURECA “RPSCINT 2008”, 09-10.09.2008, Institute for Nuclear Research NASU, Kyiv, Ukraine;

– EURECA Annual Collaboration Meeting, 18-19.09.2008, Department of Physics of the University of Oxford, Oxford, England;

– Об'єднаний семінар з ядерної фізики, 09.10.2008, Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, Україна;

– IEEE International Conference 2008 Nuclear Science Symposium, 19-25.10.2008, Dresden, Germany;

– Международная конференция Инженерия Сцинтилляционных Материалов и Радиационные Технологии “ИСМАРТ 2008”, 16-21.11.2008, Институт сцинтилляционных материалов НАН Украины, Харьков, Украина.

Публікації.

Представлені в дисертації результати опубліковані у 8 реферованих науково-фахових виданнях [1, 3-9]. Робота [2] опублікована як препринт Факультету фізики Університету Рима “Тор Вергата” (Рим, Італія), як електронний препринт на порталі arXiv.org і подана до друку в журнал Physical Review C. Всі публікації виконано у співавторстві, внесок здобувача вказано вище.

Структура та об'єм дисертації.

Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків та переліку використаної літератури. Дисертаційна робота викладена на 188 сторінках, у тому числі об'єм основного тексту 139 сторінок, і містить 47 рисунків, 29 таблиць та перелік використаної літератури з 259 найменувань.

На захист виносяться:

1. Нові обмеження на періоди напіврозпаду відносно різних мод і каналів подвійного бета_розпаду ізотопів ⁶⁴Zn, ⁷⁰Zn, ¹⁸⁰W і ¹⁸⁶W на рівні чутливості T_1/2 10¹⁷-10²¹ років, встановлені в експериментальних дослідженнях із кристалами вольфрамату цинку.

Для двонейтринної і безнейтринної моди _розпаду та 2_захоплення ядром ⁶⁴Zn отримано: T_1/2 (2⁺) ? 0,7 10²¹ р., T_1/2 (0⁺) ? 4,3 10²⁰ р., T_1/2 (22K) ? 6,2 10¹⁸ р. і T_1/2 (02) ? 1,1 10²⁰ р. Обмеження на 2- та 0-моди 2_розпаду ядра ⁷⁰Zn: T_1/2 (22-) ? 2,3 10¹⁷ р. і T_1/2 (02-) ? 1,8 10¹⁹ р., а також на 02_розпад цього ядра з випромінюванням майорона T_1/2 (02-⁰) ? 1,0 10¹⁸ р. Обмеження на 2- та 0-моди 2_захоплення ядром ¹⁸⁰W: T_1/2 (22K) ? 6,6 10¹⁷ р. і T_1/2 (02) ? 0,86 10¹⁸ р. Обмеження на 22_переходи ¹⁸⁶W на основний та перший збуджений (2₁⁺) рівні ¹⁸⁶Os: T_1/2 (22-) ? 2,3 10¹⁹ р. і T_1/2 (22-, 2₁⁺) ? 1,8 10²⁰ р. Всі обмеження на періоди напіврозпаду шуканих 2_процесів ізотопів Zn та W отримані з довірчою ймовірністю 90%.

2. Новий проект експерименту по пошуку безнейтринного подвійного бета_розпаду ізотопу ¹¹⁶Cd з чутливістю до періоду напіврозпаду на рівні T_1/2 (¹¹⁶Cd) 10²⁶ років, що відповідає ефективній масі майоранівського нейтрино m 0,07 еВ. Показано, що декларовану чутливість до T_1/2 (¹¹⁶Cd) можна досягнути при використанні нової розробленої детектуючої системи з високою енергетичною роздільною здатністю і застосуванні сцинтиляторів вольфрамату свинцю як світловодів та активного захисту для детекторів вольфрамату кадмію, збагачених ізотопом ¹¹⁶Cd.

3. Нові результати досліджень сцинтиляційних і спектрометричних характеристик, можливостей застосування методів цифрової ідентифікації частинок по формі сцинтиляційного імпульсу сцинтиляторів вольфраматів кадмію, свинцю та цинку як перспективних детекторів для пошуку процесів подвійного бета-розпаду. Нові, виміряні на високому рівні чутливості, дані про вміст радіоактивних домішок у цих сцинтиляційних кристалах.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ