20 марта 2019

В Баксанской нейтринной лаборатории готовится новый проект

В институте ядерных исследования российской Академии наук (ИЯИ РАН) готовится проект обновления Баксанской нейтринной обсерватории (БНО), расположенной в Баксанском ущелье в Приэльбрусье (поселок Нейтрино). Разрабатывается конструкция детектора, который будет чувствителен ко всем типам нейтрино низких энергий. Рабочим (детектирующим) веществом нового детектора является жидкий сцинтиллятор общей массой 10 килотонн.

Жидкий сцинтиллятор позволяет регистрировать события от нейтрино и антинейтрино одновременно, используя различные реакции взаимодействия нейтрино с веществом. Антинейтрино низких энергий регистрируется при помощи реакции обратного бета-распада на протоне (ОБР или IBD – inverse beta decay). Эта реакция использовалась для первого обнаружения антинейтрино в известном эксперименте Райнеса и Коуэна. Нейтрино же регистрируется по реакции рассеяния нейтрино на электронах мишени. Пример – детектор Борексино в Гран-Сассо массой 300 т. Кроме того, можно использовать и другие реакции, например, взаимодействие нейтрино и антинейтрино с ядрами углерода, входящими в состав жидкого сцинтиллятора. Однако, сечение этой реакции гораздо меньше, чем у реакции ОБР, а порог регистрации гораздо выше. Поэтому, ее можно использовать только для высокоэнергичных нейтрино, например от вспышек сверхновых.

Важной физической задачей для такого детектора будет исследование геонейтрино – антинейтрино, излучаемые радиоактивными элементами, расположенными в недрах Земли. Уже сейчас геонейтрино были зарегистрированы двумя детекторами: Борексино в Италии и КамЛАНД в Японии, однако, статистика событий в этих детекторах довольно мала, чтобы делать окончательные выводы о количестве радиоактивности в Земле и ее влиянии на тепловой поток Земли. Требуется более мощный детектор, который сможет регистрировать не только антинейтринное излучение от урана и тория, но и от калия. Регистрация калиевых нейтрино может решить проблему теплового потока Земли.

Однако жидкий сцинтиллятор большого объема имеет неустранимый фон от изотопа 14С, который присутствует в любом углеводороде и с ростом объема этот фон нарастает. В детекторе Борексино фон от 14С ограничивает возможность детектора измерять рр-нейтрино от Солнца, которые являются основной частью всего потока солнечных нейтрино. На сегодня имеются аргументы в пользу возможности создания сцинтиллятора с малым содержанием изотопа 14С. Работы по определению содержания 14С в различных растворителях ведутся непосредственно в БНО (руководитель проекта д.ф.-м.н. В.В. Синев). 

В работах также принимают участие и магистранты НИЯУ МИФИ Мария Крыгина (2 курс) и Владислав Чернышов (1 курс). Они выполняют свои магистерские работы в ИЯИ РАН в лаборатории под руководством д.ф.-м.н., председателя ГАК кафедры №11 и НОЦ НЕВОД Л.Б. Безрукова. «Главное сейчас в моей научной работе – модернизировать модель расчета фоновых условий и получить надежный результат, который, я надеюсь, и обеспечит успешную защиту магистерской диссертации», – отметила Мария Крыгина.