Проект эксперимента по поиску осцилляций в стерильное нейтрино на исследовательских

реакторах России (ВВР-М, СМ-3 и ПИК)

ПИЯФ РАНА.П.Серебров, В.Г. Зиновьев, А.К.Фомин, Ю.Е.Логинов, М.С.Онегин,

А.К.Гагарский, Г.А.Петров, А.И.Егоров, И.А. Окунев, А.С. Дербин, А.С.Чёрный, С.П.ОрловКурчатовский институт

В.П.Мартемьянов, В.Л.ЦиноевИФВЭ

В.И.РыкалинНИИАР

М.Н.Святкин, А.Л.Петелин, М.С.Сазонов, Д.К.Рязанов

Исследования с реакторными антинейтрино(Поиск осцилляций в стерильные нейтрино)

2

3

Our best value is Yp = 0.2565 ± 0.0010 (stat.) ± 0.0050 (syst.), or 3.3% larger than the value derived from the microwave background radiation fluctuationmeasurements assuming SBBN. In order to bring this high value of Yp into agreement with the deuterium and five-year WMAP measurements, an equivalent number of neutrino flavors in the range 3.68–3.80, depending on the lifetime of the neutron, is required. This is higher than the canonical value of 3 and implies the existence of deviations from SBBN.

The Astrophysical Journal Letters, 710:L67–L71, 2010 February 10THE PRIMORDIAL ABUNDANCE OF 4He: EVIDENCE FOR NON-STANDARD BIG BANG NUCLEOSYNTHESIS Yuri I. Izotov and Trinh X. Thuan

Nv = 3.8 ± 0.4

τn = 878.5 ± 0.8, Үp = 0.2565 ± 0.0060

Схема эксперимента на реакторе ВВР-М ПИЯФ (анализ на осцилляции по расстоянию

и по энергии одновременно)

4

Мощность реактора ВВР-М 18 МВт.Скважность работы 50%Размер активной зоны 0.6 метра

5 м

10 м

Возможно продолжение эксперимента на реакторе ПИК, мощность в 5 раз больше.

Однако, условий лучше, чем на реакторе СМ-3 не найти!!!

Принципы построения экспериментальной схемы

1. Одновременное измерение осцилляций по расстоянию и энергии.

2. Секционирование детектора необходимо для измерения

зависимости от расстояния и подавления фона случайных совпадений.

3. Детектор с внутренним (основным) и внешним (антисовпаденческим) объёмом обеспечивает спектрометрию нейтринных событий и подавляет фон случайных совпадений.

Схема эксперимента на реакторе СМ-3

Р=95 МВт, размер зоны 35 х 35 х 40 см3, минимальное расстояние 6 м

АЗ

АЗ

детекторантинейтрино

6 м

Схема эксперимента на реакторе ПИК

Р=100 МВт, минимальное расстояние 5 м

12

34

Äåòåêòî ððåàêòî ðí û õàí òèí åéòðèí î

Àêòèâí àÿçî í àðåàêòî ðà

Рис. Расположение детектора реакторных антинейтрино на реакторе ПИК. Элементы детектора: 1- полиэтилен, 2 – свинец, 3 – активная защита, 4 – сцинтиллятор.

Число ожидаемых событий на 1 м3 сцинтиллятора в сутки

R = 5 м R = 10 м Точность измерений за 1 год

ВВР-М (16 Мвт)Зона 0.6х0.7х0.7м3

600 соб/сутки·м3

150 соб/сутки·м3

0.8% (на 10-ти метрах)

СМ-3 (95 Мвт)Зона 0.35х0.4х0.4 м3

3500соб/сутки·м3

875соб/сутки·м3

0.3% (на 10-ти метрах)

ПИК (10 Мвт)Зона 0.5х0.5х0.7 м3

3750 соб/сутки·м3

937 соб/сутки·м3

0.3% (на 10-ти метрах)

Подготовка эксперимента на реакторе ВВР-М ПИЯФ

Подготовка эксперимента на реакторе ВВР-М ПИЯФ

Подготовка эксперимента на реакторе ВВР-М ПИЯФ

Подготовка эксперимента на реакторе ВВР-М ПИЯФ

Изменение фоновых условий эксперимента при включении реактора ВВР-М

14 МВт

0 МВт

480 кэВ 1500 кэВ

Фоновые спектры зарегистрированные в перемещаемой защите №2.1 – спектр зарегистрирован после 2,5-й суточной остановки реактора;2 – спектр зарегистрирован при стабильной мощности реактора 14MW.

Эксперимент GEMMA(Germanium Experiment for measurement

of Magnetic Moment of Antineutrino)

ITEP – LNP JINR, Dubna Progress in Particle and Nuclear Physics 48,(2002)175]

• Спектрометр включает детектор из сверхчистого германия HPGe массой 1.5 кг, расположенного внутри активной защиты из NaI .

• HPGe + NaI окружены многослойной защитой из элетролитической меди и

свинца.• Для дискриминации шумовых сигна- лов применяется метод частотного

анализа сигналов.

PA

Pb

LN

PS

Pb

LN

Cu

PMT PMT

Ge

NaIPS

PS

0 500 1000 1500 2000 2500

1E-3

1E-2

1E-1

1E+0

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

1E+5

1E+6

1E+7

1E+8

êýÂ

Ñ÷åò / êý / êã / ä åí ü

Cs-137 Co-60

K-40

Cs-134

Tl-208

U-238+

Áåç çàù è òû

Óñòàí î â ë åí àï àññè â í àÿ çàù è òà

Âêë þ ÷åí ààêòè â í àÿ çàù è òà

Th-232+

Сравнение фоновых условий эксперимента GEMMA на калининской АЭС с фоновыми условиями на реакторе

ВВР-М ПИЯФ

Калининская АЭС эксперимент GEMMAHPGe (1.5 кг)

ВВР-МNaJ (10 кг) без защиты

ВВР-МNaJ (10 кг) в пассивной защите CH2B + Pb

1

2

Схема пассивной защиты детектора

Pb

бетон

CH2 + B

Схема детектора реакторных антинейтрино

Жидкостной сцинтиллятор + Gd

20 секций 1.2 х 1.2 х 0.3 м3

ФЭУ c цилиндрическим фотокатодом

активная защита

детекторнесцинтиллирующая жидкость

0 4000 8000 12000 16000 20000 24000 280000

400

800

1200

1600

2000

2400

2800

3200

3600n (детектор+защита)

пл

отн

ость

ра

спр

ед

ел

ени

я, о

тн. е

д.

счет

e+

n (детектор)

Распределение сигналов от позитронов и нейтронов(Монте-Карло моделирование)

Спасибо за внимание

Продолжение в докладе А.К.Фомина