Установка DANSS, исследующая потоки реакторных антинейтрино, находится в самом сердце Калининской АЭС, в нескольких метрах от активной зоны энергетического реактора станции. С ее помощью группа физиков Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова ОИЯИ изучает нейтринные осцилляции и ищет стерильные нейтрино, на возможное существование которых указывают недавние расчеты французских исследователей.
Не так давно началась запланированная модернизация установки, которая позволит повысить ее эффективность и получить новые результаты в одной из самых перспективных областей современной физики.
О том, как происходит модернизация, Группа научных коммуникаций ЛЯП ОИЯИ поговорила с руководителем проекта DANSS в ОИЯИ, начальником Сектора слабых взаимодействий Научно-экспериментального отдела ядерной спектроскопии и радиохимии (НЭОЯСиРХ) Юрием Александровичем Шитовым.
Сейчас установка эксперимента DANSS представляет собой спектрометр объемом в один кубический метр. Прибор набран из сцинтилляционных ячеек (стрипов) размером 1 м x 4 см x 1 см. Преимущество нынешних стрипов — простота и низкая стоимость производства. С помощью установки на их основе удалось собрать большой массив данных. Накопленная с 2016 по 2020 годы статистика включала почти четыре миллиона нейтринных событий: примерно по 1 миллиону нейтрино в год. Однако для вновь поставленных задач чувствительность стрипов недостаточна.
Сейчас в НЭОЯСиРХ начали поступать заготовки для новых, усовершенствованных стрипов. Всего их будет полторы тысячи. Длина новых стрипов — 1,2 метра. Процесс производства более сложный. Сначала нужно сделать цельные блоки из пластического сцинтиллятора — их для ЛЯП изготавливает (варит) Институт физико-технических проблем на площадке ОИЯИ, — затем в мастерских ЛЯП блоки нарезают на заготовки и обрабатывают. Заготовки тестируют на специальном стенде в НЭОЯСиРХ.
Далее будущие стрипы везут для химического матирования на предприятие во Владимире. Это позволит получить отражающее покрытие поверхности. Дополнительно между слоями стрипов будут проложены тонкие пленки из гадолиния, который имеет сечение захвата нейтронов, наибольшее среди всех остальных элементов таблицы Менделеева. Когда происходит реакция в сцинтилляторе, рождаемый нейтрон захватывается гадолинием, в результате чего происходит вспышка из трех—четырех гамма-квантов. Она также регистрируется детектором, что повышает чувствительность установки. Идея покрытия с гадолинием принадлежит сотрудникам ЛЯП ОИЯИ.
Затем на стрипах нарежут канавки для размещения оптических фибр, после чего заготовки будут возвращены в ЛЯП или доставлены в ИТЭФ. Здесь их снабдят собирающими свет фибрами и индивидуальными детекторами (SiPM) японского производства.
Детекторы поступают партиями по мере производства. Новая технология производства оптических модулей для модернизированного DANSS (стрипы + фибры + SiPM) обеспечивает больший выход света: сигнал получается в четыре раза сильнее.
После завершения изготовления стрипов в НЭОЯСиРХ будет произведена предварительная, так называемая “сухая сборка” нового спектрометра из стрипов, чтобы проверить их работоспособность. Это необходимо сделать из-за специфики работы на атомной станции, где предварительное тестирование и доработка детектора на постоянном месте размещения затруднительны и неудобны: маленькое помещение, строжайшие правила безопасности, сложные согласования для доставки необходимых комплектующих. После проверки блок в разобранном виде отвезут на Калининскую АЭС, где соберут и разместят в установке DANSS.
Обновленное строение и увеличенный размер стрипа позволят повысить эффективный объем установки и регистрировать больше событий с большей точностью, получая нейтринный сигнал (спектр) лучшего качества.
Описанные выше технологические процессы будут идти параллельно, чтобы ускорить завершение модернизации. Важно, что все остальные части установки, например защита и электроника, остаются прежними. В этом одна из идей апгрейда: максимально сохранить первоначальные узлы установки, что позволит избежать новых длительных согласований, удешевить модернизацию и как можно скорее приступить к исследованиям.
А скорость ввода в строй обновленной установки очень важна: сейчас в сфере исследований реакторных антинейтрино и поиска стерильных нейтрино работают сразу несколько конкурирующих коллабораций.