Экспериментальное исследование двойного бета-распада

• Автор: Бруданин, Владимир Борисович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 130 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ДВОЙНЫХ БЕТА-ПРОЦЕССАХ.

1.1. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ДВОЙНОГО БЕТА-РАСПАДА.

1.1.1. Классификация двойных бета-процессов.

1.1.2. Двухнейтринный двойной бета-распад.

1.1.3. Безнейтринный двойной бета-распад.

1.1.4. Безнейтринный двойной бета-распад с испусканием майорона.

1.2. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ рр-РАСПАДА.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ УСТАНОВКИ NEMO-2.

2.1. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ NEMO-2.

2.1.1. Описание трекового детектора спектрометра.
2.1.2. Пластмассовый сцинтилляционный калориметр.
2.1.3. Триггер и система сбора и накопления данных.
2.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОНА УСТАНОВКИ NEMO-2.
2.2.1. ’’Внешний” радиоактивный фон.
2.2.2. ’’Внутренний” радиоактивный фон.
2.2.2.1. Внутренний (е, у) фон.
2.222. Внутренний (е, у, у) фон.
2.2.2.3. Внутренний (е, у, а ) фон.
2.2.2.4. Внутренний фон от радона.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДВОЙНЫХ БЕТА ПРОЦЕССОВ НА УСТАНОВКЕ NEMO - 2.
3.1. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВОЙНОГО Р - РАСПАДА 100Мо.
3.1.1. Источники молибдена.
3.1.2. Определения событий и накладываемые условия.
3.1.3. Моделирование рр и фоновых процессов.
3.1.4. Источники фоновых двух-электронных событий.
3.1.5. Внешний фон.
3.1.6. Внутренний фон.
3.1.7. События, индуцированные нейтронами.
3.1.8. События, индуцированные радоном
3.1.9. Результаты измерений.
3.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВОЙНОГО р - РАСПАДА 1!6Cd.
3.3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВОЙНОГО Р - РАСПАДА 82Se и 96Zr.
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ УСТАНОВКИ NEMO -3.
4.1. Трековый детектор установки NEMO-3.
4.2. Сцинтилляционный калориметр.
4.3. Временные и энергетические калибровки.
4.4. Триггер.
4.5. Магнитная система.
4.6. Пассивная защита.
4.7. Источники для измерений pp-распада.
4.8. Исследование радиоактивного фона установки NEMO-3.
4.8.1. "Внешний" радиоактивный фон.
4.8.2. "Внутренний" радиоактивный фон.
6.1. Измерение 2р-процессов на спектрометре TGV-1.
6.2. Результаты экспериментов с 48Са на спектрометре TGV-1.
6.3. Общие выводы и дальнейшие перспективы исследований pp-распада.
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ СПЕКТРОМЕТРА TGV.
5.1. Описание конструкции спектрометра TGV-1.
5.2. Исследование фона спектрометра TGV-1.
5.3. Обработка данных
ГЛАВА 6. ИЗМЕРЕНИЕ 2р-РАСПАДА 48Са.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

ЛИТЕРАТУРА.

ВВЕДЕНИЕ
В июне 2001 года коллаборация SNO (Sudbury Neutrino Observatory, Канада) [1] впервые сообщила о том, что, с одной стороны, полное число нейтрино от 8В -ветви солнечного термоядерного синтеза, зарегистрированных в SNO, находится в полном согласии с предсказаниями Стандартной Солнечной Модели (SSM), но, с другой стороны, число зарегистрированных электронных нейтрино существенно меньше предсказываемого для случая отсутствия нейтринных осцилляций. Этот экспериментальный результат явно указывает на то, что нейтрино различных ароматов имеют ненулевые массы покоя и обладают свойством смешивания ароматов, что проявляется в виде нейтринных осцилляций - переходов одних типов нейтрино в другие.
Объявленный двумя годами ранее результат коллаборации Super Kamiokande (Япония) [2] утверждает, что регистрация атмосферных нейтрино также показала наличие нейтринных осцилляций. Совместный анализ данных SNO и SK делает этот вывод достаточно обоснованным и дает хороший повод для обсуждения возможных сценариев нейтринных массовых состояний (массовых иерархий, обратных иерархий и т.д.).
Полученный несколькими годами ранее результат на LAMPF с помощью детектора LSND (Large Scintillation Neutrino Detector, США) [3] тоже указывал на наличие нейтринных осцилляций, но извлекаемые из этого результата параметры на квадрат разницы масс и угол смешивания между нейтрино разных типов существенно отличаются от полученных в экспериментах SNO и SK. Эксперимент MiniBooNE (FermiLab, США) [3] должен в скором времени провести независимую проверку результатов, полученных в LSND. Если MiniBooNE подтвердит результат LSND, тогда возможным объяснением всех имеющихся результатов по нейтринным осцилляциям будет необходимость введения четвертого, "стерильного" семейства нейтрино.
Однако, несмотря на такие выдающиеся успехи современных экспериментов по регистрации солнечных, атмосферных и реакторных нейтрино, вопрос об абсолютных величинах собственных нейтринных массовых состояний до сих пор остается открытым.

[59]. Безнейтринный распад 10()Мо регистрировался с эффективностью 5.3%, был установлен нижний предел периода полураспада > 6.4-1021 лет (д.в. 90%) [59].
Лучший результат по безнейтринной моде распада 100Мо получен в работе [49]: T2^0v> 4.4-1022 лет (д.в. 68%), что соответствует (mv) < 5.4 эВ. В этом эксперименте в качестве детектора использовалась многослойная структура из ППД и листов молибденовой фольги.
Недавно коллаборация NEMO провела на установке NEMO-2 поиск 2(3-распада 96Zr [73]. В детекторе одновременно с фольгой 82Se был установлен лист циркониевой обогащенной фольги, содержащий 21 г 96Zr. Предварительные результаты 7’Jj2v = 2.1 ^(стат)±0.2(сист)-1019 лет согласуются с данными упомянутого вьлне геохимического эксперимента.
Несколько групп и коллабораций исследуют 116Cd. В 1991-93 гг. коллаборацией Университета г. Осака (Япония)- ИЯИ (Киев) был выполнен эксперимент на детекторе ELEGANTS V в подземной лаборатории Камиоканде с использованием фольги из натурального кадмия (72x37 см, масса 89 г) и обогащенного до 90.7% u6Cd (72x37 см, масса 91 г). Листы фольги помещались рядом в центральной плоскости дрейфовой камеры детектора. Расчетная эффективность детектора для 2(12v-событий составляла 8%, длительность экспозиции составляла 1875 ч. После отбора событий, соответствующих 2|)2у-распаду u6Cd, по позиции вершины события, углу между траекториями электронов, времени пролета и отсутствию вето-сигналов в охранных сцинтилляторах, фон природного кадмия был вычтен из фона 116Cd. Полученный разностный спектр соответствует двухнейтринному 2(1-распаду 116Cd с (2.6 ^05)' Ю19 лет. Также было установлено ограничение на вероятность
безнейтринного 2|1-распада 1I6Cd: Т2^ > 2.1-102' лет (д.в. 90%) [20]. В
эксперименте, проведенном коллаборацией NEMO на детекторе NEMO-2, в центральной плоскости трекового объема размещались листы фольги из природного кадмия (0.5x1.0м, толщина 37 мкм, масса 143 г) и из обогащенного до 93% il6Cd (0.5x1.0 м, толщина 40 мкм, масса 152 г). Расчетная эффективность регистрации для событий безнейтринного 2(1-распада 1.7%, продолжительность эксперимента 2460 ч. Измеренный период полураспада составляет T2PjV = (3.6 (стат.)±0.3(сист.))-101 лет [60,61]. Эксперимент по поиску безнейтринного 2(