1. 1. Галлий-германиевый нейтринный телескопГаллий-германиевый нейтринный телескоп 01.2.00 30550301.2.00 305503

2. 2. Аргоновый источник нейтриноАргоновый источник нейтрино

01.2.00 305504 01.2.00 305504

3. 3. Спектрометр быстрых нейтроновСпектрометр быстрых нейтронов 01.2.00 30550501.2.00 305505

Исполнители Лаборатория Радиохимических методов

детектирования солнечных нейтрино ОЛВЭНАЛаборатория Галлий-германиевого нейтринного телескопа ОБНО:

Научный консультант: Г.Т.ЗацепинНаучный руководитель: В.Н.Гаврин

Г.Ф.Абдуллина, Д.Н.Абдурашитов, В.В.Банарь, А.В.Бондарь, А.С.Вартанян, И.А.Василенко, Е.П.Веретенкин, В.М.Вермул,

С.В.Гирин, В.В.Горбачёв, Н.В.Горшков, П.П.Гуркина, Ю.Н.Евдокимов, Л.А.Ерошкина, С.М.Ештокин, О.А.Жорова,

Т.В.Ибрагимова, А.В.Калихов, Т.В.Кнодель, Ю.П.Козлова, И.Н.Мирмов, Г.П.Пискунова, Н.И.Тимофеевская, Н.Г.Хайрнасов, А.А.Шихин, Е.А.Янович, В.Э.Янц

Измерение потока солнечных нейтрино Галлий-германиевым нейтринным телескопом

В 2005 году продолжались измерения потока солнечных нейтрино на Галлий-германиевом нейтринном телескопе (ГГНТ) и анализ полученных данных. С января по ноябрь 2005 года на ГГНТ выполнено 11 измерений. Объединенный анализ данных законченных счетом измерений за 15-летний период измерений с января 1990 по январь 2005 года дает величину скорости захвата солнечных нейтрино с энергией 0.233 МЭВ на галлии, равную 67.2 +5.2

-4.8 SNU.

Date Name Counter Counterof Run efficiency resolution

26.01.05. 7R1015 98,5% 20,2%02.03.05. 7R2015 91,0% 20,8%30.03.05. 7R3015 92,1% 20,9% 20.04.05. 7R1045 93,0% 18,8% 25.05.05. 7R1055 95,5% 20,7% 29.06.05. 7R1065 103% 19,5%26.07.05. 7R1075 95,2% 19,9%24.08.05. 7R1085 101% 22,6% 21.09.05. 7R1095 99,0% 20,4% 20.10.05. 7R1105 90,4% 20,2%23.11.05. 7R1115 ??? ???

SAGESAGEMeasurement of the solar neutrino capture rate Measurement of the solar neutrino capture rate with gallium metal.with gallium metal. 7171Ga(Ga(vv, e, e--))7171Ge, EGe, E

th th = 0.233 keV= 0.233 keV

SAGE continues to perform regular solar neutrino extractions every four weeks with ~50 t of GaSAGE continues to perform regular solar neutrino extractions every four weeks with ~50 t of Ga

It has the longest almost uninterrupted time of measurements among operating solar neutrino experiments

15 year period (Jan 1990 – Jan 2005): 135 runs, 244 separate counting sets

Results: 67.267.2 + 3.7/ -3.7 +3.6/ -3.2 SNU or 67.267.2 +5.2/ -4.8+5.2/ -4.8 SNU

Presently SAGE is the only experiment sensitive to the low-energy neutrinos

All extractions as function of timeAll extractions as function of time Combined results for each yearCombined results for each year

Moscow, 200525 November

Увеличение массы мишени телескопа

Одной из задач лаборатории является повышение точности в ежемесячных измерениях солнечных нейтрино. Это может быть достигнуто за счет снижения фоновых эффектов, повышения эффективности извлечений и счета извлекаемого 71Ge, и увеличения массы галлиевой мишени телескопа. Поэтому увеличения массы галлиевой мишени телескопа является одним из пунктов плана этого года. Для выполнения этой задачи создается технология периодического введения в галлиевую мишень телескопа металлического галлия, восстановленного из галлийсодержащих экстракционных растворов.

1. В 2005 году завершен монтаж и введен в эксплуатацию участок по регенерации галлия из экстракционных растворов для введения в активную часть мишени ГГНТ. Обеспечены проектные технологические параметры процесса.

2. По состоянию на октябрь 2005 года получено 264 кг чернового галлия, до конца года планируется получить еще 200 кг.

3. По договору с ООО «Юнимет» в 2005 году 1272 кг металлического галлия низкой чистоты и получено 1191 кг галлия марки Ga-99,9999. До конца года будет получено еще 380 кг галлия марки Ga-99,9999.

Всего подготовлено для загрузки в ГГНТ 5.9 тонн Ga.

Аргоновый нейтринный источник 01.2.00 305504

Наиболее активная часть работы по этой теме была завершена в 2004 году. В текущем году продолжались работы , которые включали:

1. Проверку эффективности счетчиков и счетных каналов телескопа

2. Повышение точности измерения активности источника. Для этого после доставки источника в ИРМ (г.Заречный) было проведено вскрытие источника и измерение его активности методом изотопного разбавления и путем счета активности в пропорциональном счетчике после отбора малой известной части газа.

Summary of source strength measurementsSummary of source strength measurements

Summary of different activity measurements. The stated uncertainty includes all known systematics.

Measurement Activity (kCi 37Ar atmethod 04:00 on 30 April 2004)

________________________________________________________________

Volume of gas 409 ± 6Mass of gas 412 ± 4Calorimetry at Zarechny 405 ± 4Calorimetry at Baksan 427 ± 9Proportional counter 405 ± 4Isotopic dilution 410 ± 5

The six completed activity measurements are given in the Table. These measurements are adopted in the weighted average, 409 409 ± ± 22 kCi.

Measurement of source activityMeasurement of source activity

Development of the technology Development of the technology of of 3737Ar neutrino source fabricationAr neutrino source fabrication

■ Prototype 37Ar neutrino source with strength of 409 ± 2 kCi was produced by irradiating 330 kg of CaO in the fast neutron breeder reactor BN-600 (Zarechny, Russia)

40Ca(n, α) 37Ar; Eth = 2 MeV

■ It is shown that 37Ar source with strength of 2.0 – 2.5 MCi can be produced in BN-600 reactor.■ Several techniques for source intensity measurement were developed ■ Ten irradiations of 13 tonnes of gallium metal were made

■ No accompanying γ-rays except IB■ No radioactive impurities■ Little shielding thus yielding a very compact source

SAGE SAGE concludes:concludes:

 

the source experiments with Ga should be considered to be a determination of

the neutrino capture cross section

V.N.GavrinMoscow, 200525 November

Спектрометр быстрых нейтроновСпектрометр быстрых нейтроновВыполненные этапы:Выполненные этапы:- Заполнение всех 16 секций детектора сцинтиллятором;- Окончательный монтаж детектора и системы регистрации;- Проведение предварительных измерений разрешения и эффективности по нейтронам. 

Основные результаты, полученные в ходе выполнения проектаОсновные результаты, полученные в ходе выполнения проекта:: Проект направлен на демонстрацию принципа высокого (порядка 10% для энергии нейтронов 14 МэВ ) аппаратного разрешения. Этой цели подчинены выбор сцинтиллятора, ФЭУ, конструкции отдельной секции и всего детектора, алгоритма работы системы регистрации. В ходе выполнения проекта заполнены сцинтиллятором все 16 секций, закончен монтаж детектора и системы регистрации, проведены первые измерения функции отклика. Были получены следующие результаты. 1. При проведении комплексной калибровки детектора в первую очередь настраивались коэффициенты усиления в каждом из 16 отдельных трактов. Пик комптоновской ступеньки 40K, соответствующий 1.24 МэВ электронной шкалы, выставлялся в 700 канал QDC для каждой секции. Размытие комптоновской ступеньки в суммарном спектре от всех 16 секций не превысило 20%. 2. При облучении детектора источником нейтронов Pu--Be известной активности получен амплитудный спектр энерговыделений в детекторе. Сравнение амплитудного спектра со спектром испускания нейтронов источником Pu--Be, известным из литературы, выявило их адекватность. Порог регистрации составил 3 МэВ по энергии нейтронов. Предварительная оценка показала, что эффективность регистрации находится в диапазоне [0.1-0.4]% для энергий нейтронов от 3 до 10 МэВ. 3. Детектор был облучен источником D-T, испускающим нейтроны с энергией 14.1 МэВ. Амплитудный спектр энерговыделений в детекторе выявил наличие четко выраженного пика в области 14 МэВ. Амплитудный пик имеет FWHM ~20%, что на данный момент является лучшим значением для детекторов на основе органических сцинтилляторов.

Исследование возможности создания полупроводникового детектора солнечных нейтрино и темной материи на основе объемных кристаллов GaAs

Полупроводниковый GaAs детектор потенциально является идеальным детектором солнечных нейтрино. GaAs обладает рядом физических свойств, выгодно отличающих его от других полупроводников: большая плотность - 5.3 г/см3. Широкая запрещенная зона – 1.43эВ (по сравнению с 0.74 эВ для Si и 1.12 эВ для Ge) обеспечивает возможность использования GaAs детекторов при комнатной температуре. Теоретическое значение времени жизни носителей заряда, определяющее эффективность их собирания и разрешающую способность детектора, составляет ~ 0.1 мс, что должно гарантировать возможность создания детекторов большого объема. Однако, несмотря на хорошо развитую технологию получения кристаллов, реальные времена жизни в лучших образцах объемных монокристаллов GaAs составляют ≤ 10 нс, Это связано с высокой концентрацией собственных и примесных дефектов, являющихся активными центрами захвата носителей, в первую очередь так называемого центра EL2 с концентрацией (1.5-2.0)1016 см-3. Центр EL2 – это структурный дефект, связанный с замещением атома галлия атомом мышьяка.

Для снижения концентрации EL2 было предложено два метода:1. Уменьшить содержание мышьяка в расплаве от 50 до 44 %. при

выращивании кристаллов GaAs стандартным методом Чохральского (LEC) при температуре ~ 1237 ºС.

2. Использовать для монокристаллов арсенида галлия метод диффузии летучего компонента As через расплав Ga (SSD), Предполагаетя, что понижение температуры выращивания на 100 - 250 ºС ниже температуры плавления должно обеспечить снижение концентрации основных остаточных примесей ниже уровня 1013 – 1014 см-3 и центра EL2 – до 1014см-3.

Методом SSD были получены образцы арсенида галлия предварительные исследования температурной зависимости фотопроводимости которых показали существенно более высокую фоточувствительность SSD образцов и соответственное увеличение жизни носителей заряда по сравнению со стандартным LEC GaAs.

ДЕТЕКТОР LiFВ 2005 году были продолжены исследования возможности использования кристаллов LiF для детектирования солнечных нейтрино и темной материи. Были выполнены следующие работы:1. Исследование сцинтилляционных свойств кристаллов LiF.В 2005 году проводились исследования по возможности регистрации сцинтилляционного излучения, возникающего в кристаллах LiF при прохождении ионизирующих частиц. Облучение кристалла -квантами от источников 60Co и 22Na приводили к появлению на ФЭУ, сопряженных с кристаллом, импульсов длительностью до 500 мкс с амплитудой до 1 мВ. Световыход кристаллов LiF составляет 2400 фотонов/МэВ, это в ~20 раз меньше, чем кристаллов NaI. 2. Исследование черенковских свойств кристаллов LiF.При прохождении через кристалл LiF ионизирующих частиц высокой энергии в кристалле возникает черенковское излучение. Коэффициент преломления кристалла LiF для фотонов видимого света составляет 1.4; пороговая энергия электронов для черенковского излучения – 220 кэВ.Использование кристаллов LiF для регистрации внешних излучений (например, нейтрино от Солнца или от реактора) может быть произведено по совпадениям черенковского и сцинтилляционного сигналов. По черенковскому сигналу будет определяться направление прихода излучения, что может служить фактором подавления фонов.

Основные результаты,полученные в ходе выполнения проектов

1. Получен результат 15-летних измерений (1990-2004) скорости захвата солнечных нейтрино на металлическом галлии 67.2+5.2

-4.8 SNU (SNU = 1 взаимодействие в секунду в мишени, содержащей 1036 атомов взаимодействующего с нейтрино изотопа).

2. Введен в эксплуатацию участок по регенерации галлия для Галлий-германиевого нейтринного телескопа и подготовлено 5,9 тонн регенерированного галлия для загрузки в реакторы ГГНТ с целью увеличения массы мишени телескопа.

3. Разработана технология создания источника нейтрино 37Ar высокой активности.

4. Измерена скорость захвата нейтрино от источника 37Ar на металлическом галлии.

5. Закончен монтаж спектрометра быстрых нейтронов и проведены первые измерения функций отклика.

Публикации 2005 года1. J.N.Abdurashitov et al “The SAGE&LNGS experiment: Measurements of solar neutrinos at LNGS using gallium from SAGE”, arXiv:nucl-ex/0509031 v1, submitted to J. Astroparticle Physics (2005).2. Д.Н.Абдурашитов, В.Н.Гаврин, В.В.Горбачев, Т.В.Ибрагимова, А.В.Калихов, А.А.Шихин, Метод измерения больших скоростей счета детекторов ионизирующего излучения с высокой точностью, направлено в печать в журнал «Приборы и техника эксперимента» (2005).3. V.N.Gavrin for SAGE Collaboration “Present Status of the SAGE 37Ar Neutrino Source Experiment”, Proc.of the XI the Int. Workshop on Neutrino Telescopes, Feb.22-25, 2005 , Venice. Italy, ed. by Milla Baldo Ceolin, 187 (2005).4. V.V.Gorbachev for SAGE Collaboration “Present Status of the SAGE 37Ar Neutrino Source Experiment”, report presemted at the XIIIth Int. School on “Particles and Cosmology”, April 18-23, 2005 , Kabardino-Balkaria, Baksn Valley, Russia, to be published in Proc. of the conference (2005).5. J.P.Kozlova, V.N.Gavrin, A.V. Kalikhov, I.A.Vasilenko, E.P.Veretenkin, V.I. Biberin, A.V.Govorkov, A.V. Markov, A.Y.Polyakov, N.B. Smirnov, T.J.Bowles. “Electrical properties of detector SSD GaAs”, report presemted at the XIIIth Int. School on “Particles and Cosmology”, April 18-23, 2005 , Kabardino-Balkaria, Baksn Valley, Russia, to be published in Proc. of the conference (2005).6. J.N. Abdurashitov, V.N. Gavrin, V.L.Matushko, A.A. Shikhin, I.E.Veretenkin, and V.E.Yants. “Segmented fast neutron spectrometer. Present status”, report presemted at the XIIIth Int. School on “Particles and Cosmology”, April 18-23, 2005 , Kabardino-Balkaria, Baksаn Valley, Russia, to be published in Proc. of the conference (2005).

7. V.N.Gavrin for SAGE Collaboration “Measurement of the response of a Ga solar neutrino experiment to neutrinos from an 37Ar source“, report presented at the 5th Int. Conference on Non-Accelerator New Physics (NANP'05), June 20-25, 2005 in Dubna, Moscow region, Russia (2005), to be published in Proc. of the conference (2005).8. J.N. Abdurashitov, V.N. Gavrin, A.V. Kalikhov, A.A. Shikhin, V.E.Yantz et al. “Segmented fast neutron spectrometer. Present status”, report presented at the 5th Int. Conference on Non-Accelerator New Physics (NANP'05), June 20-25, 2005 in Dubna, Moscow region, Russia (2005), to be published in Proc. of the conference (2005).9. V.N.Gavrin for SAGE Collaboration “Measurement of the response of a Ga solar neutrino experiment to neutrinos from an 37Ae source“, report presented at the IXth Int. Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP'05), September 10-14, 2005 in Zaragoza, Spain (2005).10. Г.Ф.Абдуллина, Е.П.Веретенкин, В.Н.Гаврин, В.В.Горбачев, И.Н.Мирмов, В.И. Барсанов, Ю.И. Барсанов, А.А. Джанелидзе, С.Б. Злоказов, Н.А. Котельников, С.Ю. Марков, З.Н. Шакиров, Ю.С.Хомяков «Разработка конструкции и технологии изготовления источника нейтрино», ПТЭ, в печати.11. В.И. Барсанов, А.А. Джанелидзе, А.А. Замятина, С.Б. Злоказов, А.В. Коренкова, Н.А. Котельников, С.Ю. Марков, В.В. Селин, З.Н. Шакиров ФГУП «Институт реакторных материалов», г. Заречный Свердловской обл. 624250; Д.Н. Абдурашитов, Е.П. Веретенкин, В.Н. Гаврин, И.Н. Мирмов, В.Э. Янц Институт ядерных исследований РАН, Москва 117312,«Технология и установка экстракции, очистки и сбора 37Ar из оксида кальция», ПТЭ, в печати.12. Д.Н.Абдурашитов, Е.П.Веретенкин, В.Н.Гаврин, В.В.Горбачёв, Т.В.Ибрагимова, А.В.Калихов, И.Н.Мирмов, А.А.Шихин, В.Э.Янц, Институт ядерных исследований РАН; Москва; В.И.Барсанов, А.А.Джанелидзе, С.Б.Злоказов, С.Ю.Марков, Институт реакторных материалов, г.Заречный Свердловской обл. «Определение активности искусственного источника нейтрино на основе изотопа 37Ar», ПТЭ, в печати.13. J.N.Abdurashitov, et al “Measurement of the response o a Ga solar neutirno experiment to neutrinos from an 37Ar source”, to be published in ZhETP.14. J.N.Abdurashitov, et al “Measurement of the response o a Ga solar neutirno experiment to neutrinos from an 37Ar source”, to be published in Phys.Rev.C.

Основные задачи на 2006 год.1. Продолжить непрерывные измерения потока солнечных нейтрино

на галлий-германиевом нейтринном телескопе (ГГНТ). Для этого обеспечить проведение ежемесячных извлечений 71Ge.

2. Увеличить массу галлиевой мишени ГГНТ не менее чем на 6 тонн.3. Провести регенерацию 2 тонн металлического галлия из

галлийсодержащих растворов, образующихся в результате работы ГГНТ.

4. Провести исследования детекторных свойств арсенида галлия, выращенного методом диффузии через расплав.

5. Выполнить монтаж детектора быстрых нейтронов с новыми измерительными секциями и низкошумящими ФЭУ и провести измерения разрешения и эффективности регистрации нейтронов.

6. Продолжить исследования детектирующих свойств кристаллов LiF и возможности двухкомпонентной регистрации черенковского и сцинтилляционного излучений в режиме совпадений.