Отчет лабораторий РХМДН ОЛВЭНА и ГГНТ БНО 2010

1. Научная сессия Ученого Совета ИЯИ РАН, 21 января 2011 г. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин Отчет лабораторий РХМДН ОЛВЭНА и ГГНТ БНО 2010 « Галлий-германиевый нейтринный телескоп » (Эксперимент SAGE) Номер государственной регистрации 1.7.4, 01.2.00305503Руководитель 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.

2. Галлий-германиевый нейтринный телескоп SAGE имеет самое длительное непрерывное время измеренийсреди солнечных нейтринных экспериментов SAGE с января 1990 по август 2010 (20,6 лет) 200 измерений, 374 наборов данных В эксперименте SAGEдостигнута точность измерения 6% Предварительный результат: 65.4± 2.7(стат.) (SNU) L –пик: 66.9 +4.1-4.0(стат.) (SNU) K –пик: 64.2+3.6-3.5(стат.) (SNU) Все 200 ежемесячных измеренийпо времени экспозиции Измерения объединенные по годам За 8 мес 2010 Предварительно SAGEпродолжает регулярно каждые 4 недели выполнять извлечения из ~50 т Ga

3. Галлий-германиевый нейтринный телескоп Программа поддержания массы галлия в мишени ГГНТ на уровне ~ 50 тонн Научный руководитель : Е. П. Веретенкин * 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 2471.22 кг в мишень ГГНТ. В настоящее время в реакторах ГГНТ находится ~ 49846кг 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 менее2000 кг –3000 кг галлия в год .

4. Галлий-германиевый нейтринный телескопКалибровочный эксперимент с искусственным источником нейтрино на основе радионуклида 51Cr на двухзонной галлиевой мишениОтветственные исполнители: Е. П. Веретенкин, Д.Н.Абдурашитов, В. В. Горбачев

5. 90% C.L., (1.65σ) 95% C.L., (1.96σ) 99% C.L., (2.58σ) Области допустимых параметров осцилляцийиз SAGE +GALLEX R = pmeas/ppred = 0.87±0.05 Области допустимых параметров осцилляций для четырёх экспериментов с источниками на галлиевых мишенях. (Δm2, sin22θ) = (2.15, 0.24) (точность по Δm2 составляет 0.05 эВ2, по sin22θ − 0.01) Значение χ2 = 1.77, Ndof = 2. Вероятность реализации с χ2/Ndof = 1.77/2 составляет 41%.

6. 1101.2755v1 [hep-ex]

7. νe ↔νe νe ↔νe Ga Measurement of the absolute νe flux at different distances from reactors

8. 1101.2755v1 [hep-ex]

9. БНО ИЯИ РАНВ.Н. Гаврин Two-zone Ga source experiment 50 тметаллического Ga SAGE Источник 51Cr 3 MКи 2 зоны с одинаковой длиной пробега нейтрино от источника : зависимость от расстояния снижение систематики Научная сессия Ученого Совета ИЯИ РАН Внутренняя зона: 8 т Ga Внешняя зона: 42 т Ga Ожидаемая скорость захвата 65 атом/деньдля каждой зоны Ожидаемая неопределенность для каждой зоны 5% и ~4% для всей мишени

10. Компьютерное моделирование калибровочного эксперимента с искусственнымисточником нейтрино 51Cr активностью 3 МКи на двухзонной галлиевой мишени Ответственный: В. В. Горбачев Скорости захвата в двух зонах мишени в зависимости от параметра Δm2 (красная и малиновая кривые). Отношение скоростей захвата показано синим цветом. Разница в первых минимуме и максимуме достигает примерно 2/3 от величины sin22θ: на рисунке параметр sin22θ=0.30 и разница составляет 0.20 (20 %). Ожидаемые скорости захвата нейтрино от 3 МКи источника 51Crв каждой зоне мишени. Скорость образования 71Geв мишени от Солнца постоянна и составляет 0.0197 ат. в сутки в 1 т галлия За 10 суток от Солнца накопится 1.18 ат. 71Ge в 8 т галлия и 6.20 ат. в 42 т галлия.

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

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

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

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

15. Ответственный : Е. П. Веретенкин • 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 113 620 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.

16. Предварительная схема эксперимента

17. Галлий-германиевый нейтринный телескоп Дополнительные каналы системы регистрации распадов 71Ge 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 • 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 • 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 01.2.00 305505). Руководитель : Д.Н. Абдурашитов В лаборатории РХМДН был разработан перспективный спектрометр быстрых нейтроновполного поглощения на основе сегментированной органической среды. Пилотный вариантдетектора выполнен из 16 секций, каждая из которых представляет собой кварцевуютрубку, заполненную сцинтиллятором на основе уайтспирита в объеме 80 мл. Каждая секция просматри-вается с торцов двумя ФЭУ. В пилотной версии вместо захвата тепловыхнейтронов используется режим «квази-захвата». Триггер в этом режиме формируется побыстрым (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 детекторапростой геометрии использованием пакета GEANT-IV. Выработаны рекомендации попреимущественному 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 формыотклика и эффективности.

21. Спектрометр быстрых нейтронов (тема 01.2.00 305505). Руководитель : Д.Н. Абдурашитов • Планна 2011г. • Исследование факторов систематической неопределенности при измерении энергии нейтрона (неоднородность светосбора в отдельных секциях, нестабильностьвысокого напряжения и пр.); оценка их вклада в энергетическое разрешение. • Набор функций отклика детектора на нейтроны с энергией 14 МэВ и от источникаAm-Be. • Измерение эффективности регистрации быстрых нейтронов с энергией 14 МэВ и отисточника Am-Be. • 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, 1280/2010 2. J. N. Abdurashitov et al (6 co-authors), “Simulation of low background high efficiencycapturegated fast neutron spectrometer”, Oral presentation in 18-th International Seminar on Interactionof Neutrons with Nuclei (ISINN-18), Dubna, June 2010; to be published

22. Электронный детектор солнечных нейтрино реального времени Детектор LiF Руководитель : Д.Н. Абдурашитов 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 10-11 г/г. • План на 2011 г. • 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 собственного фона крупногабаритного кристалла LiF(W) в низкофоновых условиях. 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