Низкофоновый спектрометр быстрых нейтронов

• Автор: Абдурашитов, Джонрид Нариманович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 82 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. Эксперименты подземной физики
1.1 Темная материя
1.1.1 Свидетельства существования темной материи
1.1.2 Кандидаты на темную материю
1.2 Эксперименты по поиску темной материи
1.2.1 Барионная темная материя в Галактике
1.2.2 Поиски аксиопов
1.2.3 Основы прямого детектирования WIMP
1.2.4 Статус и перспективы прямого поиска WIMP
1.3 Двойной безнейтринный /3-распад — основные представления
1.4 Эксперименты по поиску /?/?(0м)-распада: настоящее и будущее
ГЛАВА 2. Фон быстрых нейтронов в подземных лабораториях
2.1 Источники быстрых нейтронов
2.1.1 Генерация нейтронов мюонами
2.1.2 Спонтанное деление
2.1.3 Генерация нейтронов в (а, п)-реакциях
2.2 Методики и детекторы, особенности измерений
2.2.1 Радиохимические детекторы
2.2.2 3Не/10В счетчики в замедлителе
2.2.3 Органические сцинтилляторы
2.2.4 Органические сцинтилляторы с добавкой 6Li
2.3 Результаты измерений в различных подземных лабораториях

ГЛАВА 3. Спектрометр быстрых нейтронов ЛГГНТ, ИЯИ РАН
3.1 Конструкция
3.2 Принцип работы
3.3 Система регистрации
3.4 Чувствительные элементы
3.5 Эффективность
3.6 Калибровка энергетических шкал и времени задержки
3.6.1 Канал НС
3.6.2 Канал ФЭУ
3.6.3 Коррелированные события
3.7 Характеристика сигналов и дискриминация
3.7.1 Нормальные сигналы
3.7.2 Фоновые сигналы
3.7.3 Дискриминация
3.8 Техника обработки данных
ГЛАВА 4. Измерения плотности потока и спектра фоновых нейтронов
4.1 Измерение фона быстрых нейтронов в БНО, Россия
4.1.1 Нейтронный фон ГГНТ
4.1.2 Нейтронный фон НФЛГЗ
4.2 Центр подземной физики в шахте Пихасалми
4.2.1 Набор данных
4.2.2 Пример обработки данных
4.2.3 Результат измерений
ГЛАВА 5. Сравнение с другими детекторами
Заключение

ВВЕДЕНИЕ
Начиная с пионерской работы по измерению потока солнечных нейтрино, выполненной Р. Дэвисом с коллегами в золотоносной шахте в Хоумстейке [1], США, использование подземных лабораторий в фундаментальных исследованиях становится обычным явлением. В конце 20-го столетия получили развитие масштабные эксперименты по поиску редких событий, которые невозможно проводить на поверхности по причине мощного фона космических лучей. За последние 40 лет было построено несколько крупных подземных лабораторий. Среди самых известных можно перечислить многоцелевые детекторы шахты Камиока в Японии, лабораторию Гран-Сассо в автомобильном тоннеле в Италии, никелевую шахту в местечке Садбэри, Канада, а также Баксанскую нейтринную обсерваторию, расположенную в горах Северного Кавказа в России. Все они расположены на разных глубинах (см. Рис. 1). Исследования, проводимые в этих и других лабораториях, имеют целью решение фундаментальных проблем физики элементарных частиц, в первую очередь нейтрино, а также астрофизики и космологии. В главе 1 характер этих проблем будет рассмотрен подробнее. Проведение фундаментальных исследований, связанных с поиском очень редких событий, невозможно в лабораториях, размещенных на поверхности Земли. Рассмотрим экспериментальную ситуацию на примере распада протона. В соответствии с Эи (б)-моделыо основным каналом распада является процесс [2]
р —> е+ + 7Г°,
идущий с нарушением барионного числа на единицу. Благодаря большой массе промежуточного бозона процесс имеет время жизни порядка 1032 лет. Как следствие, в детекторе, состоящем из одной тонны чистой воды (примерно 1029 нуклонов), можно ожидать не более одного распада за десятилетие. С другой стороны, у Земли поток космических лучей таков, что ско-

осііилтосюч Кап. Ь Ла-и10М5
ВИ 1.38 кВ

Рис. 3.2. Функциональная схема системы регистрации
они напрямую поступают на вход первого канала цифрового осциллоскопа (ЦО). По другой цепи сигналы ФЭУ поступают на вход комбинированного устройства, объединяющего в себе усилитель и одноканальный анализатор (БСА). Положительный сигнал спецификации ТТЛ с выхода ЭСА запускает ЦО по входу внешнего запуска развертки в режиме «Сбора спектров» (см. стр. 36), который используется для процедур калибровки, контроля стабильности работы системы и мониторинга фоновой скорости счета во время работы по сбору событий.
В канале НС высокое напряжение положительной полярности от одного для всех НС источника поступает через высоковольтные разделительные резисторы на аноды гелиевых счетчиков. С анодов сигналы отрицательной полярности через высоковольтные разделительные конденсаторы поступают на входы ПУ. Разброс газового усиления счетчиков компенсируется подстройкой коэффициента передачи ПУ во время калибровки. Для удобства под-