Кафедра 7 НИЯУ МИФИ

Кафедра №7 Экспериментальная ядерная физика и космофизика

Национальный Исследовательский Ядерный Университет МИФИ

Наука на кафедре / Научные лаборатории

Лаборатория экспериментальной ядерной физики


Регистрация нейтрино

Во всех действующих в настоящее время приборах для регистрации нейтрино используется эффект обратного бета-распада легких ядер. Однако существует и другой подход, который позволяет создавать более эффективные, компактные и мобильные приборы. Этот подход основан на использовании эффекта когерентного рассеяния нейтрино на тяжелых ядрах.

Когерентное рассеяние нейтрино

Процесс упругого когерентного рассеяния нейтрино на атомном ядре предсказывается и описывается в рамках Стандартной Модели фундаментальных взаимодействий. Возможность такого процесса была впервые предсказана независимо российскими и американскими учеными в 1974 г. вскоре после обнаружения нейтрального слабого тока в нейтринных взаимодействиях. Данный процесс был экспериментально открыт только в 2017 г. международной коллаборацией COHERENT, в которую входят и российские ученые, работающие в ЛЭЯФ.
При когерентном рассеянии энергия от нейтрино передается всему ядру и составляет ~1 кэВ для реакторных антинейтрино с энергией ~1 МэВ. Сечение когерентного рассеяния для нейтрино с энергиями до 50 МэВ пропорционально N2, где N – число нейтронов в ядре, на котором происходит рассеяние. Благодаря этому мощному усиливающему фактору, когерентное рассеяние доминирует среди всех возможных процессов взаимодействия нейтрино с тяжелыми ядрами в области низких энергий, однако регистрация этих взаимодействий по разным причинам значительно затруднена.

Двухфазный эмиссионный принцип регистрации

Метод двухфазной эмиссионной регистрации частиц с использованием жидких инертных газов в качестве рабочего вещества был изобретен в МИФИ в 1970-х гг. Б.А. Долгошеиным, В.Н. Лебеденко и Б.У. Родионовым. В настоящее время данный метод является одним из наиболее чувствительных методов для поиска непосредственного взаимодействия гипотетичеких частиц темной материи (вимпов) с барионным веществом. Используя двухфазный эмиссионный принцип регистрации, международные коллаборации LUX, XENON и PandaX дали наиболее сильные ограничения на сечение вимп-нуклонных взаимодействий.

Эксперимент РЭД-100

РЭД-100 (Российский Эмиссионный Детектор, 100 кг активной мишени - жидкого ксенона) - эксперимент, разработанный с целью исследования процесса упругого когерентного рассеяния нейтрино на тяжелых ядрах атомов ксенона с помощью двухфазного эмиссионного метода регистрации. Детектор предназначен для поиска и регистрации редких событий в присутствии достаточно интенсивного фона, связанного, в частности, с космогенными мюонами. Такие условия характерны для работы детекторов, расположенных на поверхности Земли, в отличие от детекторов экспериментов LUX, XENON и PandaX, находящихся в низкофоновых лабораториях глубоко под землёй. Детектор РЭД-100 может использоваться как для исследования процесса упругого когерентного рассеяния нейтрино на ядрах ксенона, так и для регистрации двойного позитронного бета-распада.
Установка РЭД-100 включает в себя непосредственно детектор РЭД-100, систему сбора данных, систему очистки и хранения ксенона, интерфейсное устройство, через которое детектор соединен с системой сбора данных, газовой системой и высоковольтными источниками для формирования дрейфовых полей, а также систему термостабилизации детектора на основе термосифонной технологии.

Значение наших работ

Прецизионное измерение энергетических спектров антинейтрино с использованием процесса упругого когерентного рассеяния нейтрино даёт уникальную возможность для создания компактных и мобильных установок для независимого мониторинга ядерных реакторов по нейтринному излучению. Такие устройства могут использоваться для дистанционного контроля состояния и изотопного состава активной зоны реактора, например, в интересах программ нераспространения, поддерживаемых международным агентством МАГАТЭ.

Официальный сайт Лаборатории экспериментальной ядерной физики НИЯУ МИФИ
Статья о детекторе РЭД-100 в журнале "Приборы и Техника Эксперимента"
Статья об обнаружении процесса упругого когерентного рассеяния нейтрино на атомном ядре в журнале "Science"