Исследование свойств жидкостных ионизационных и кристаллических сцинтилляционных детекторов, содержащих в рабочей среде ядра-мишени D и 176Yb, с целью их применения для регистрации нейтрино

• Автор: Белогуров, Сергей Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 94 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Исследование электронных свойств газообразного и жидкого CD4 и жидких Ar-CD4 смесей

1.1 Экспериментальная установка

1.2 Электронные свойства газообразного дейтерометана

1.2.1 Определение средней энергии образования электрон-ионной пары

1.2.2 Измерение скоростей дрейфа электронов в газообразных CD.i и

1.2.3 Определение сечения неупругого рассеяния электрона на молекуле дейтерометана

1.3 Электронные свойства жидкого дейтерометана

1.3.1 Очистка газов и контроль чистоты жидкости

1.3.2 Измерение выхода заряда с треков релятивистских электронов
в жидких метане и дейтерометане
1.3.3 Измерение скорости дрейфа электронов в жидких метане и дейтерометане
1.4 Электронные свойства жидких Аг-С1)4 смесей
1.4.1 Особенности эксперимента
1.4.2 Определение длины дрейфа и времени жизни электронов
1.4.3 Измерение выхода заряда с треков релятивистских электронов .
1.4.4 Измерение скорости дрейфа электронов
2 Особенности эксплуатации детекторов на основе жидких Ar-CH4/CD4 смесей
2.1 Обзор основных характеристик
2.2 Радиационная стойкость
2.2.1 Радиолиз метана
2.2.2 Радиолиз метана в присутствии аргона
2.2.3 Оценка радиационной стойкости
2.3 Пожарная безопасность

3 Люминесцентные свойства кристаллов, содержащих ион Yb3+
3.1 Схема энергетических уровней иона Yb3+. Charge transfer (СТ) и инфракрасная (ИК) люминесценция
3.2 Характеристики исследованных образцов
3.3 Свойства СТ сцинтилляции Yb:YAC5 (иттрий-иттербиевй алюминиевый гранат)
3.3.1 Измерение спектров свечения и пропускания
3.3.2 Определение температурной зависимости относительного све-
товыхода
3.3.3 Определение времен высвечивания
3.4 Свойства ИК сцинтилляции (катодолюмииесценции) YbrYAG
3.4.1 Измерение спектра свечения
3.4.2 Оценка абсолютного световыхода ИК катодолюмииесценции Yb:YAG
3.4.3 Определение относительного световыхода и времени высвечивания
ИК катодолюминесценции при комнатной температуре
3.4.4 Определение температурных зависимостей относительного световыхода и времени высвечивания ИК катодолюминесценции. .
3.5 Корреляция свойств СТ сцинтилляции и ИК катодолюминесценции
Yb:YAG
3.6 Другие содержащие иттербий сцинтилляторы
3.6.1 Yb:YAP (иттрий-иттербиевый алюминиевый перовскит)
3.6.2 Yb:LuAG (лютеций-иттербиевый алюминиевый гранат)
4 Исследование характеристик сцинтилляционных кристаллических детекторов на основе Yb:YAG и Yb:YAP
4.1 Сравнение возможностей фотоумножителей и лавинных фотодиодов
для регистрации сигналов охлаждаемых сцинтилляционных детекторов
4.1.1 Особенности работы ФЭУ при низких температурах
4.1.2 Особенности работы лавинных фотодиодов (LAAPD) при низких температурах
4.1.3 Сравнение характеристик ФЭУ и LAAPD
4.2 Определение абсолютного световыхода
4.2.1 Определение числа фотоэлектронов при считывании ФЭУ
4.2.2 Определение числа первичных электрон-дырочиых пар при считывании LAAPD
4.2.3 Определение эффективности светособирания и световыхода. . .
4.3 Энергетическое разрешение
5 О возможности применения изученных сред в нейтринных экспериментах
5.1 Регистрация солнечных нейтрино борного цикла и измерение их энергетического спектра с помощью детектора на основе жидкого С04 или смеси Ar-CD

5.2 Регистрация антинейтрино от реактора с помощью детектора на жидком СБ
5.3 Регистрация солнечных нейтрино рр- цикла с помощью детектора на основе кристаллов, содержащих иттербий
Заключение

Табл. 2.1: Реакции нейтральных первичных продуктов [СО]
1 СН* -4 СНз+Н
2 СН2(Х)+2Н
3 СН 2(а,6,с)+Н
4 СН(Л')+Н2+Н
5 СН2(Ь,с) -4 СН2(а) + /«/
6 СН2(Й)+СН4 -> С2Щ —^ С2Н
7 С2Щ -42СНз
8 СН2(Й)+СН4 СН2(Л')+СН
9 С11(Л')+СН4 ->■ С2Нз ->С2Н4+Н
10 н+н -4 н
11 СНз+СНз С2Н
12 СНз+Н -4 сн
Причем указанные в скобках относительные вероятности не зависят от вида ионизирующего излучения и его энергии. В других работах, например [63, 64], подразумевается обязательное существование возбужденного иона СЩ+. При его релаксации образуются ионы СН|, СНз, СН^ и др. с практически теми же относительными вероятностями, что и в первом случае:
СЩ+ -4 СН+ (47%)
СП+ + Н (39%)
СН£+2Н (10%)
СН++ЗН (3.3%).
Существуют экспериментальные подтверждения процессов, идущих через промежуточный возбужденный ион или СВС. Тем не менее, исключить прямую ионизацию тоже нельзя. Далее ионы реагируют со средой. В табл. 2.2 перечислены наиболее важные ион-молекулярные реакции.
Обратим внимание на цепную реакцию катионной полимеризации (реакция 7, табл. 2.2). Особенностью этой реакции является то, что один первичный ион приводит к разрушению множества молекул метана. Многие радикальные реакции приводят к образованию стабильных продуктов в результате нескольких последовательных взаимодействий с метаном, т.е. количество разрушенных молекул может превосходить количество первичных продуктов. С другой стороны, благодаря реакциям зарядовой и радикальной рекомбинации, молекулы метана могут восстанавливаться из первичных и промежуточных продуктов. Баланс между разрушением и востановле-нисм метана можно установить, опираясь на экспериментальные данные о выходах продуктов радиолиза.
Основным продуктом радиолиза метана является водород. Его выход достигает
6.4 молекул на 100 эВ потерянной ионизирующей частицей энергии (С1=6.4-10~2 эВ-1).