Источник нейтрино на основе радионуклида 37Ar тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат физико-математических наук Джанелидзе, Арсен Александрович

• Джанелидзе, Арсен Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Джанелидзе, Арсен Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1 РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СОЗДАНИЕ УСТАНОВКИ ЭКСТРАКЦИИ, ОЧИСТКИ И СБОРА 37Аг.

1.1 Исследование влияния технологических параметров на скорость растворения оксида кальция азотной кислотой.

1.2 Создание макета установки экстракции, очистки и сбора 37Аг.

1.3 Создание установки экстракции, очистки и сбора 37Аг.

1.4 Результаты работы.

1.5 Выводы.

2 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ИСТОЧНИКА НЕЙТРИНО.

2.1 Технические требования к источнику нейтрино.

2.2 Технологические требования, направленные на ограничение содержания

40Аг в источнике нейтрино.

2.3 Предварительные эксперименты для разработки конструкции источника нейтрино.

2.4 Конструкция источника нейтрино.

2.5 Испытания источника нейтрино.

2.6 Результаты разработки.

3 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОСТИ ИСТОЧНИКА НЕЙТРИНО.

3.1 Требования к методам измерения.

3.2 Оценка систематических погрешностей используемых ядерных данных.

3.3 Описание методов измерения количества и активности 37Аг.

3.4 Результаты измерения активности и количества 37Аг.

3.5 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Источник нейтрино на основе радионуклида 37Ar»

Последние годы в нейтринной астрофизике отмечены выдающимся достижением - решением проблемы солнечных нейтрино, являвшейся одной из наиболее актуальных проблем фундаментальной физики в течение нескольких десятилетий. Этот прогресс в многолетних исследованиях солнечных нейтрино достигнут введением в строй больших водных черенковских детекторов Super-kamiokande [1,2] и SNO [3-5], регистрирующих высокоэнергетические нейтрино о от распада В в режиме реального времени и обладающих большой скоростью счета событий.

Данные, полученные на этих двух гигантских нейтринных телескопах, внесли очень важное дополнение к данным хлорного Homestake [6,7] и галлие-вых SAGE [8-10] и GALLEX/GNO [11-13] радиохимических экспериментов и эксперимента Kamiokande [14], в которых измерен поток солнечных нейтрино значительно меньший по сравнению с предсказаниями Стандартной Солнечной Модели (ССМ) [15-17]. Расхождение результатов этих экспериментов и теории составляло многие годы суть широко известной проблемы солнечных нейтрино.

Сравнение данных Superkamiokande по упругому рассеянию солнечных нейтрино на электронах с данными SNO по заряженным токам показывают, что вместе с электронными нейтрино на Землю от Солнца приходят нейтрино других ароматов. Объединенный анализ результатов всех этих экспериментов дает убедительное свидетельство того, что часть электронных нейтрино, образующихся в термоядерных реакциях на Солнце, на своем пути к Земле меняет свое ароматное состояние.

Таким образом, изящное решение проблемы солнечных нейтрино, предложенное С.П.Михеевым и А.Ю.Смирновым [18-21], получившее впоследствии название эффекта Михеева-Смирнова-Вольфенштейна (MSW), основанное на предположении резонансного усиления нейтринных осцилляций в веществе

Солнца, получило экспериментальное подтверждение. Результаты эксперимента KamLAND [22,23], в котором ведется регистрация антинейтрино от ядерного реактора на расстоянии ~180 км, значительно ограничили область возможных значений осцилляционных параметров для электронных нейтрино, заключив их в области LMA (большого угла смешивания), определив, таким образом, энергетическую зависимость так называемого «фактора выживания» - вероятность того, что нейтрино сохранит свой аромат на пути к Земле.

Открытие нейтринных осцилляций дает принципиально новые возможности в исследовании свойств нейтрино и физики Солнца. Реакции слияния протонов внутри Солнца (см. табл.0.1) представляют идеальный для исследования источник электронных нейтрино низких энергий с хорошо определенными интенсивностью, энергетическим спектром и ароматом.

Таблица 0.1

Термоядерные реакции рр- и CNO-циклов в Солнце по ССМ [24] рр-реакции

CNO-реакции

2Н + е+ + ve 2H + Ve

Р + р Р + е" + р 2Н + р —► 3Не + у 3Не + 3Не —► а + 2р 3Не + 4Не 7Ве + е" —►

7Ве + у 7Li + ve

7Li + р —> 2а 7Ве + р —► 8В + у

8В —> 8Ве* + е+ + ve 8Ве* -»■ 2а

3Не + р^4Не + е++у6

Ev< 0.420 МэВ Ev = 1.442 МэВ

Ev= 0.861 МэВ, 90% Ev= 0.383 МэВ, 10%

Ev < 15 МэВ

Ev< 18.77 МэВ

12,

С + р-> I3N + y 3N

13С + е++ ve

14-v

С + р-> 14N + y

N + р 150 + у 0-> 15N + e+ + ve N + p

12

С + а

Ev<1.199 МэВ

Ev<1.732 МэВ

Расстояние в одну астрономическую единицу, огромная масса Солнца и магнитные поля в его недрах - все это дает уникальную возможность для изучения нейтрино в вакууме, веществе и магнитных полях.

Глобальный анализ данных всех солнечных нейтринных экспериментов с учетом параметров нейтринных осцилляций позволил определить величины потоков солнечных нейтрино от рр-реакций и распада 8В [25, 26], которые на хорошем уровне точности находятся в согласии с величинами, предсказанными ССМ.

Регистрация низкоэнергетической части спектра солнечных нейтрино (<2 МэВ) дает уникальную возможность для исследования нейтрино от рр-реакций, распада 7Ве, и CNO цикла, которые ответственны за 99,5 % рождаемых в Солнце нейтрино. Прямое наблюдение этого спектра позволит измерить нейтринную светимость Солнца, которая прямым образом и точно подведет итоги предсказаниям ССМ.

Ряд новых детекторов, которые могут регистрировать нейтринное излучение Солнца в этом диапазоне энергий, сейчас находятся на различных стадиях сооружения и планирования. В ближайшее время ожидается ввод в строй в Национальной подземной лаборатории Италии Гран Сассо сцинтилляционного детектора BOREXINO [27], предназначенного для регистрации нейтрино от распада 7Ве. В Японии в пределах нескольких лет планируется провести модернизацию эксперимента KamLAND также для регистрации нейтрино в этом диапазоне энергий. В международном проекте LENS [28] идут интенсивные исследования создания детектора на основе 1151п, который может позволить наблюдать весь спектр низкоэнергетических нейтрино, начиная со 115 кэВ (см. рис.0.1).

Для того чтобы быть уверенным в правильном отклике этих детекторов на нейтрино низких энергий, они должны быть откалиброваны интенсивными искусственными источниками нейтрино с энергией ~1 МэВ. В силу чрезвычайно малого сечения взаимодействия нейтрино с мишенью детекторов необходимы источники интенсивностью на уровне 1-2 МКи.

Настоящая работа посвящена созданию источника нейтрино с энергией

Я7

814 кэВ, рождаемых в реакциях электронного захвата при распаде Аг. До этого в мире было создано 3 источника подобного рода с энергией нейтрино 746 кэВ на основе 51Сг интенсивностями 1,67 МКи, 1,86 МКи в эксперименте GALLEX [29, 30] и 0,517 МКи в эксперименте SAGE [31, 32] для прямой проверки эффективности регистрации нейтрино низких энергий в галлиевых радиохимических экспериментах.

Представляемый здесь источник на основе Аг является новым источником нейтрино с энергетическими линиями, близкими к энергетическим линиям п нейтрино от распада Be, входящих в область солнечного нейтринного спектра, которая представляет наибольший интерес для изучения механизма нейтринных осцилляций.

SNO, SuperK |

Kamiokaride ll ■

CI -37^

Ga -71 "

I-

Borexino |

In -115 Г"

I— — — — —

Рис.0.1. Энергетические спектры солнечных нейтрино по Стандартной солнечной модели от всех источников, перечисленных в табл.0.1. Нормировка спектров соответствует ожидаемым потокам нейтрино на Земле. Вверху указаны пороговые значения энергии нейтрино для различных экспериментов (действующих - сплошной линией, разрабатываемых - пунктирной).

Создание этого источника имеет две цели - (1) калибровка галлиевого нейтринного телескопа в эксперименте SAGE, что дает проверку ядерных пере

7 71 ходов, характерных для захвата нейтрино от Be на Ga, и (2) разработка и ап

37 робирование методов создания источников нейтрино на основе Аг интенсивностью 1-2 МКи для калибровки создаваемых и планируемых солнечных нейтринных телескопов для регистрации солнечных нейтрино низких энергий.

XI

Впервые Аг как источник солнечных нейтрино был предложен Хаксто

37 ном [33]. Изотоп Аг обладает рядом важных преимуществ над остальными изотопами, испускающими нейтрино при электронном захвате: 65Zn, 51Cr, 152Еи [34-36]. В табл.0.2 произведено сравнение характеристик радиоизотопов 51Сг и Аг. Из таблицы видно, что по всем характеристикам (для калибровки детекто

7 37 ров по нейтрино от Be) источник на основе Аг превосходит источник на ос

51 37 нове Сг. Кроме того, источник на основе Аг идеально подходит для калиб

1 -уп ровки радиохимического детектора солнечных нейтрино на основе I, имеющего порог 789 кэВ [37].

Таблица 0.2

Сравнительные характеристики радиоизотопов 51Сг и 37Аг

Источник Энергия Сечение взаимодействия для возбуж- нейтрино сутки нейтрино, денных состояний, 10"44 см2 кэВ 71Ge 127Хе

Х~А

51Сг 27,7 751 (90,1 %) 426 (9,9 %) 3,88 2,59 0,85 0,0

37Аг 35 814 4,66 3,24 1,22 3,25

7Ве 861 (90 %) 383 (10 %) 4,75 3,25 1,33 3,41

В значительных количествах Аг может быть получен двумя путями:

- активацией изотопа 3бАг в потоке тепловых нейтронов;

- в потоке быстрых нейтронов из реакции

40Са(п, а)37Аг.

В 1988 г. Хакстон [33] детально рассмотрел первый способ. Сечение ре

Х(\ "XI акции Аг(п, у) Аг составляет 5,2±0,5 барн, тогда как сечение реакций (п, а) и n, p) для 37Ar составляет 1970±330 и 69±14 барн, соответственно. Проблема

37 выгорания» нарабатывающегося изотопа Аг приводит к тому, максимально

37 36 достижимое соотношение Аг/ Аг составляет 0,0025. Это ограничение приво

XI дит к тому, что для наработки 1 МКи Аг необходимо облучение 4,3 кг мише

36 ни, содержащей Аг с обогащением ~90 % (естественное содержание

15 2 \

0,337 %), в реакторе с плотностью потока тепловых нейтронов 10 см" -с" .

Размещение такого количества аргона в высокопоточном реакторе в жидком состоянии или под давлением представляется сомнительным (как с точки зрения реакторной физики, так и с токи зрения безопасности). Кроме того, создание компактного источника нейтрино потребует последующего разделения изотопов аргона. Разделение изотопов такой активности чрезвычайно сложно и

37 дорого. Возможный способ избежать «выгорания» образующегося Аг - это

36 37 изотопное разделение Аг и Аг в процессе облучения на реакторе, что в настоящее время представляет лишь теоретический интерес [38].

37

Второй способ наработки Аг был исследован в 1992 г. В.Н. Гавриным и др. [38]. Для реакции 40Са(п, а)37Аг максимум сечения ~0,2 барн достигается в области энергий 5.7 МэВ (см. рис.0.2) при этом существенный рост сечения реакции начинается только с энергий нейтронов более 2 МэВ. Авторами работы [28] было показано, что для создания источника нейтрино высокой интенсивности на основе 37Аг необходимо сотни килограммов вещества мишени разместить в непосредственной близости от источника быстрых нейтронов с потоками 1014. 1015 cm'V1. При этом источник не должен содержать тепловых нейтро

37 нов (во избежание «выгорания» изотопа Аг) и материал мишени не должен сильно влиять на поток и спектр нейтронов.

Этим условиям удовлетворяют только реакторы на быстрых нейтронах (типа БН-600 в России, Phenix во Франции и Monju в Японии). Единственным стабильно работающим быстрым реактором в настоящее время является реактор БН-600, расположенный на площадке Белоярской атомной станции. Наиболее оптимальным местом для размещения кальцийсодержащего вещества (мишени) с токи зрения минимальности «возмущения» активной зоны и, следовательно, затрат на проведение облучения является не сама активная зона, а ячейки боковой зоны воспроизводства (БЗВ), граничащие непосредственно с ней (первый ряд БЗВ). При этом реактор сохраняет все свои технические параметры, и облучение мишени незначительно влияет на его работу [39].

250

Рис.0.2. Сечение реакции 40Са(п, а)37Аг

10

Энергия, МэВ

15

Авторами работ [38] были проанализированы различные варианты материала мишени. В качестве кальцийсодержащего вещества были рассмотрены как сам металлический кальций, так и его соединения (см. табл.0.3). Основными критериями при выборе материала являлись максимальное содержание кальция в единице объема, пригодность для использования в реакторе на быстрых нейтронах (отсутствие легких элементов), высокая радиационная стойкость, сохранение свойств при радиационном разогреве (стабильность фазового состояния, приемлемое равновесное давление), возможность извлечения образовавшегося аргона из материала. Из табл.0.3 следует, что этим критериям в наибольшей мере соответствует сам металлический кальций, его оксид и нитрид.

Авторами работы [40,41] произведены расчеты наработки 37Аг для нарабатывающего элемента НЭЛ (см. рис.0 3) с различными материалами мишени для первого ряда БЗВ реактора БН-600 (см. рис.0.4).

Таблица 0.3

Характеристика соединений кальция

Материал Атомный вес Содержание тпл (Ткип), Р> Содержание молекулярный) Кальция, % °С г/см3 о Са, г/см

Са 40,08 100 850 (1480) 1,54 1,54

СаВг2 199,89 20,05 760(810) 3,35 0,67

СаС12 110,99 36,11 772(1600) 2,51 0,91

CaF2 78,08 51,33 1400 (2500) 3,18 1,63

CaS 72,14 55,56 2000 2,18 1,21

CaO 56,08 71,47 2580 3,40 2,43

Ca3N2 148,22 27,03 1195 2,63 2,13

CaC2 64,10 62,53 2300 2,20 1,37 X it с;" 0 1

Л] X л Iо о

Z ш S Л]

40 35 30 25 20 15 10 5 0 о.<

О. о — СаО (2,94 г/смЗ) — Ca3N2 (2,63 г/смЗ)

• Jw Ж

1 1 1

20 40 60 80 100 120 время облучения,сутки

140

37

Рис.0.3. Временная диаграмма наработки Аг

160

180

Рис.0.4. Принципиальная конструктивная схема НЭЛ: 1 - таблетка мишени СаО; 2 - оболочка; 3 - узел мембранный; 4 - пробка; 5 - головка; 6 - пружина.

Необходимо отметить, что Са и СаО совместимы с рядом марок аусте-нитных сталей - например ЭИ 847 (с учетом радиационной и термической стойкости) и эти стали, могут быть использованы для изготовления облуча-тельного устройства [42].

Учитывая все вышесказанное, в качестве материала мишени был выбран оксид кальция. В нарабатывающем элементе [43,44] оксид кальция размещается в виде таблеток изготовленных методом холодного прессования порошка СаО с последующим спеканием [45,46]. Данная технология обеспечивает изготовлео ние таблеток с плотностью ~2,94 г/см .

Облучение НЭЛ с СаО в реакторе БН-600 с потоком нейтронов 2,3-Ю15 см^-с"1 (1,7-1014 cm"V с энергией более 2 МэВ) [47] производилось в два этапа. На первом этапе в реактор были установлены два опытных НЭЛ для уточнения физических характеристик облучения и отработки технологии экстракции, очистки и сбора 37Аг. Расчеты наработки 37Аг, представленные на рис.0.3, произведены на основе экспериментальных данных полученных после экстракции аргона из опытных НЭЛ. На втором этапе (в 46 микрокампанию) в реактор было установлено 19 НЭЛ с общим количеством оксида кальция 330 кг. Время облучения НЭЛ в реакторе на обоих этапах составляло 160 суток.

1I 1I П\

Скорость наработки Ge в галлии из реакции Ga(ve,e') Ge рассчитывается по формуле p = p-NQ-frA-a-S/M, где р = 6,095 г/см - плотность галлия; ,V0 =6,025-10 моль" - постоянная Аво-гадро; //=0,399 атомов 71Ga/aTOM Ga; ,4 = 3,2-Ю21 распадов 37Аг/сутки на 1 МКи; а = 70^ 'Ю'46 см2 - сечение взаимодействия нейтрино [Bahcall PRC 56 (1977) 3391]; S =72,6 см - длина пути нейтрино в галлиевой мишени; М = 69,72 г/моль - молекулярный вес Ga. Подставив численные значения в

71 71 формулу, получим р =34,2 атома Ge/сутки - скорость наработки Ge для источника нейтрино на основе Аг активностью 1 МКи.

Погрешность калибровки нейтринного телескопа SAGE не должна пре

71 вышать 10 %, что соответствует стартовой скорости наработки Ge - не менее 13,7 атомов/сутки. Таким образом, активность источника нейтрино на основе 37Аг не должна быть ниже 0,4 МКи на момент начала калибровки телескопа.

Ранее работы по изучению процессов экстракции из кальций содержащих

37 материалов, последующей очистке и сбору Аг проводились только в лабораторных масштабах. Так в работе [48] описан метод и установка для извлечения

•э 7 7

Аг из облученного Са. Стандартная порция извлекаемого Аг не превышала 10 мКи. В работе [49] описана установка для извлечения 37Аг из Са и СаО. Активность Аг не превышала 1 мкКи.

Целью настоящей работы является разработка метода и создание источн ника нейтрино на основе радионуклида Аг активностью 400 кКи. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- разработать метод экстракции радионуклида Аг из материала мише

-jn ни (облученной в реакторе), метод очистки и сбора Аг в источник;

- на основе разработанных методов создать установку экстракции, очистки и сбора Аг;

- разработать, испытать и сертифицировать конструкцию источника нейтрино;

- отработать методы измерения активности источника нейтрино на основе радионуклида37 Аг;

- изготовить источник нейтрино и произвести прецизионные измерения его активности.

Прикладная ценность работы состоит в следующем:

1. произведена калибровка галлиевого нейтринного телескопа на Баксан-ской нейтринной обсерватории, что дало проверку ядерных переходов, характерных для захвата нейтрино от 7Ве на 71Ga;

2. разработаны и апробированы методы создания источников нейтрино на основе 37Аг интенсивностью 1-2 МКи для калибровки нового поколения солнечных нейтринных телескопов для регистрации солнечных нейтрино низких энергий.

На основе разработанных методов планируется создание источника нейтрино на основе радионуклида37Аг активностью 2 МКи.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней впервые:

• получен интенсивный газовый источник нейтрино на основе радионуклида 37Аг активностью более 400 кКи;

• экспериментально исследована наработка радионуклида Аг в мишени на основе СаО, облученной в реакторе на быстрых нейтронах;

• разработан метод растворения мишени на основе СаО, облученной в реакторе на быстрых нейтронах, непосредственно в нарабатывающем элементе (НЭЛ);

• разработан метод очистки и сбора радионуклида Аг при растворении мишени на основе СаО;

• разработана и сертифицирована конструкция источника нейтрино на основе радионуклида 37Аг;

• проведены прецизионные измерения количества и активности радионуклида Аг в источнике нейтрино активностью ~400 кКи.

На защиту выносятся следующие результаты: метод экстракции радионуклида 37Аг из мишени на основе СаО (облученной в быстром реакторе), метод очистки и сбора 37Аг в источник; установка экстракции, очистки и сбора радионуклида 37Аг; конструкция источника нейтрино; методы и результаты измерения активности источника нейтрино на основе радионуклида 37Аг.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и двух приложений. Общий объем диссертации 126 станиц, в том числе 31 рисунок и 30 таблиц. Список литературы содержит 80 наименований.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы экспериментальной физики», Джанелидзе, Арсен Александрович

3.5 Выводы

Для оценки активности источника нейтрино на основе радионуклида 37Аг отработаны следующие методы измерения: О калориметрический метод; © объемометрический метод; © весовой метод; О метод изотопного разбавления. 'Методы ©-© предусматривают проведение масс-спектрометрического анализа состава газа в источнике.

С использованием отработанных методов проведены измерения количества и активности 37Аг в макетах источника нейтрино, полученных при переработке двух опытных НЭЛ с СаО, облученных в реакторе БН-600. Общая активность 37Аг в двух макетах источника нейтрино в пересчёте на момент окончания облучения (14.04.2003) по данным методик О, ©, О составила 67±4; 71,65±1,3 и 71,4±3,5 кКи, соответственно.

XI

Проведены прецизионные измерения количества и активности Аг в источнике нейтрино, полученном при переработке 19 НЭЛ, облученных в реакторе БН-600. Измерения количества и активности 37Аг методами О, ©, © произведены перед отправкой источника на Баксанскую нейтринную обсерваторию (БНО), а измерения методом О проведены после возврата источника в ИРМ.

37

Взвешенное среднее значение активности Аг в источнике (по результатам измерения четырьмя независимыми методами) в пересчете на 12— 29.04.2004 составило 416±3 кКи. Расхождение между результатами измерения активности различными методами не превысило 1,2 %.

Намечены дальнейшие пути снижения погрешности измерения по всем методам измерения:

- использование для анализа состава газа (в измерениях ©, ©, О) специализированного изотопного масс-спектрометра;

- использование преобразователя абсолютного давления с пределом допускаемой основной погрешности не более 0,1 % и встроенным цифровым индикатором давления (для измерений ©);

- использование весов (для измерений ©) с пределом допускаемой погрешности взвешивания не более ±10 мг (предел взвешивания ~1 кг);

- доработка тепловой и электрической схем калориметра с целью повышения надежности измерений, снижения теплового дрейфа и электрических шумов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработан и апробирован метод создания источников нейтрино на основе радионуклида 37Аг интенсивностью 1-2 МКи для калибровки солнечных нейтринных телескопов, создаваемых и планируемых для регистрации солнечных нейтрино низких энергий.

1. В ходе проведения исследовательских и конструкторско-технологических работ разработаны:

17

- метод извлечения Аг из нарабатывающих элементов путем растворение СаО (непосредственно в НЭЛ) в потоке азотнокислого раствора;

3 7

- метод очистки и сбора Аг в основу, которого положены такие физико-химические процессы как конденсация, адсорбция (на цеолитах NaX и СаЕН-4В), абсорбция (на титановой губке ПТХ-2) и криоад-сорбция (на активированном угле СКТ-4).

2. На основе разработанных методов создана установка экстракции, очи

37 стки и сбора Аг.

Проведены полномасштабные испытания установки при переработке двух опытных НЭЛ, облученных в реакторе БН-600. Эффективность извлечения Аг для НЭЛ № 01 и № 02 составила 99,6 % и 99,7 %, соответственно. По результатам испытаний проведена доработка отдельных блоков и систем установки.

При переработке 330 кг СаО (19 НЭЛ), облученных в реакторе БН-600, получены следующие результаты:

37

- время экстракции, очистки и сбора Аг в ампулу источника - 8,5 сут.;

37

- эффективность экстракции и сбора Аг - 98,4±0,2 %;

- концентрация 37Аг в ампуле источника нейтрино на момент заполнения- 96,5 % об.; 7

- суммарное поступление Аг в атмосферу в результате переработки -2750±400 Ки;

- объем жидких радиоактивных отходов - 3 м3;

- для изготовления источника нейтрино потребовалось 1,7 т азотной кислоты и 120 м3 газообразного гелия.

37

В целом установка экстракции, очистки и сбора Аг показала хорошую работоспособность. Незначительной доработки требуют отдельные узлы блока растворения.

3. Разработана конструкция источника нейтрино на основе радионуклида

37 Аг.

Проведены аварийные термические испытания макетов источника нейтрино при 800°С. По результатам испытаний произведена доработка конструкции источника нейтрино.

По результатам испытаний в ФГУП «Аварийно-технический центр Минатома РФ» получены сертификат-разрешение RU/60015/S на закрытый источник нейтрино на основе радионуклида 37Аг и сертификат-разрешение RU/6005/T на транспортировку закрытого источника нейтрино на основе

37 радионуклида Аг (см. приложения 1 и 2).

Проведены измерения радиационных характеристик макетов источника нейтрино. Мощность дозы на расстоянии 1 метр от центра макета источника составила 0,053±0,014 мкЗв/(ч-Ки).

4. Для оценки активности источника нейтрино на основе радионуклида Аг отработаны следующие методы измерения: О - калориметрический метод; - объемометрический метод; © - весовой метод и О - метод изотопного разбавления. Методы ©-© предусматривают проведение масс-спектрометрического анализа состава газа в источнике.

С использованием отработанных методов проведены две серии измерений:

- Измерения количества и активности 37Аг в макетах источника нейтрино, полученных при переработке двух опытных НЭЛ с СаО, облученных в реакторе БН-600. Общая активность 37Аг в двух макетах источника нейтрино в пересчёте на момент окончания облучения

14.04.2003) по данным методик О, О составила 67±4; 71,65±1,3 и 71,4±3,5 кКи, соответственно.

37

- Прецизионные измерения количества и активности Аг в источнике нейтрино, полученном при переработке 19 НЭЛ, облученных в реакторе БН-600. Взвешенное среднее значение активности 37Аг в источнике (по результатам измерения четырьмя независимыми методами) в пересчете на 12— 29.04.2004 составило 416±3 кКи. Расхождение между результатами измерения активности различными методами не превысило 1,2 %.

В заключении считаю своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность своему научному руководителю Гаврину В.Н. и начальнику лаборатории ИРМ Злоказову С.Б. за помощь, оказанную в постановке вопросов, подготовке, проведении и обсуждении результатов исследований.

Спасибо руководству ИРМ Перехожеву В.И. и Барсанову В.И. за оказанную поддержку.

Приветствую и благодарю за плодотворное сотрудничество коллег - коллективы лаборатории 04 ИРМ и лаборатории ГГНТ ИЯИ, особенно Мирмо-ваИ.Н., Маркова С.Ю. и Горбачева В.В. за ценные советы и помощь, оказанную в оформлении работы.

Отдельная благодарность ведущему инженеру Шакирову З.Н. за высочайший профессионализм, проявленный в решении технических проблем, возникших при выполнении данной работы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Джанелидзе, Арсен Александрович, 2006 год

1. Fukuda S., Fukuda Y., Ishitsuka M. et.al. Solar 8B and hep neutrino measurements from 1258 days of Super-Kamiokande data//Phys. Rev. Lett. -2001. V.86. - P.5651. - Hep-ex/0103032.

2. Fukuda Y. et al. Measurements of the solar neutrino flux from Super-Kamiokande's first 300 days//Phys. Rev. Lett. 1998. - V.81. - P.l 158.

3. Ahmad Q.R., Allen R.C., Andersen T.C., et al. Measurement of chargedоcurrent interactions produced by В solar neutrinos at the Sudbury Neutrino Observatory//Phys. Rev. Lett. 2001. - V. 87. - N.071301. - Nucl-ex/0106015.

4. Ahmad Q.R., Allen R.C., Andersen T.C., et al. Direct evidence for neutrino flavor transformation from neutral-current interactions in the Sudbury Neutrino Observatory//Phys. Rev. Lett. 2002. - V. 89. - N.011301. - Nucl-ex/0204008.

5. Ahmad Q.R., Allen R.C., Andersen T.C., et al. Measurement of the day and night neutrino energy spectra at SNO and constraints on neutrino mixing parameters//Phys. Rev. Lett. 2002. - V.89. - N.011302. - Nucl-ex/0204009.

6. Devis R.Jr. Solar neutrinos. II. Experimental//Phys. Rev. Lett. 1964. -V.12. -P.303.

7. Cleveland B.T., Daily T.J., Davis R.Jr. et al. Measurement of solar electron neutrino flux with the Homestake chlorine detector//Astrophys. J. 1998. -V.496. -P.505.

8. Abdurashitov J.N., Gavrin V.N., Girin S.V. et al. Measurement of the solar neutrino capture rate with gallium metal//Phys. Rev. C. 1999. - V.60. -N.05 5 801. - Astro-ph/9907113.

9. Абдурашитов Д.Н., Веретенкин Е.П. Вермул В.М. и др. Измерение потока солнечных нейтрино в Российско-американском галлиевом эксперименте SAGE за половину 22-летнего цикла солнечной актив-ности//ЖЭТФ. 2002. - №122. - С.211. - Astro-ph/0204245.

10. Gavrin V.N. Solar neutrino results from SAGE//Nucl. Phys. В (Proc.Suppl.). 2001. - V.91. - P.36.

11. Altmann M., Balata M., Belli P. et al. GNO solar neutrino observations: results for GNO I//Phys. Lett. B. 2000. - V.490. - P. 16. - Hep-ex/0006034.

12. Hampel W., Handt J., Heusser G. et al. GALLEX solar neutrino observations: results for GALLEX IV//Phys. Lett. B. 1999. - V.447. - P. 127.

13. Bellotti E. et al.//Nucl. Phys. В (Proc. Suppl.). 2001. - V.91. - P.44-49.

14. Hirata K.S., Ionue K., Kajita T. et al. Results from one thousand days of real-time, directional solar-neutrino data//Phys. Rev. Lett. 1990. - V.65. -P.1297.

15. Бакалл Дж. Нейтринная астрофизика. М.: Мир, 1993.

16. Bahcall J.N., Pinsonneault М.Н., Basu S. Solar models: current epoch and time dependences, neutrinos, and helioseismological properties//Astrophys. J. 2001. - V.555. - P.990. - Astro-ph/0010346.

17. Brun A.S., Turck-Chieze S., and Morel P. Standard solar models in the light of new heliosiesmic constraints. I. The solar core//Astrophys. J. -1998. V.506. - P.913. - Astro-ph/9806272.

18. Wolfenstein L. Neutrino oscillations in matter//Phys. Rev. D. 1978. -V.17. -P.2369.

19. Михеев С.П., Смирнов А.Ю. Резонансное усиление осцилляций в веществе и спектроскопия солнечных нейтрино//ЯФ. 1985. - №42. -Вып.6. - С. 1441.

20. Mikheev S.P. and Smirnov A.Yu.//Resonant amplifications of v-oscillations in matter and solar-neutrino spectroscopy//Nuovo Cimento C. -1986. V.9. -P.24.

21. Михеев С.П., Смирнов А.Ю. Резонансные осцилляции нейтрино в ве-ществе//УФН. 1987. -№153,- С.З.

22. Eguchi К. et al. (KamLAND Collaboration)//Phys. Rev. Lett. 2003. -V.90. -N.021802.

23. Piepke A. KamLAND: a reactor neutrino experiment testing the solar anomaly//Nucl. Phys. В (Proc. Suppl.). 2001. - V.91. -P.99.

24. Клапдор-Клайнгротхаус Г.В., Цюбер К. Астрофизика элементарных частиц. -М.:УФН, 2000.

25. Gavrin V.N. for the SAGE Collaboration//Nucl. Phys. В (Proc. Suppl.). -2003. V.118. - P.39-46.

26. Bahcall J.N.//Nucl.Phys. В (Proc. Suppl.).- 2003. V.l 18. - P.77-86.

27. Alimonti G., Arpesella C., Back H. et al. Science and technology of BOREXINO: a real time detector for low energy solar neutrinos//Astropart. Phys. 2002. - V.16. - P.205. - Hep-ex/0012030.

28. Raghavan R.S. High Mass Indium Detector for Low Energy Solar Neutrinos. -LENS Note, Jan. 8, 2004 (http//www.phys.vt.edu/~kimballton).

29. Anselmann P., Fockenbrock R., Hampel W., et al.//Phys. Lett B. 1995. -V.342. -P.440-450.

30. Hampel W., Heusser G., Kiko J., et al.//Phys. Lett. B. 1998. - V.420. -P.114.

31. Abdurashitov J.N., Gavrin V.N., Girin S.V. et al. Measurement of the response of a gallium metal solar neutrino experiment to neutrinos from a 51Cr source//Phys. Rev. C. 1999. - V.59. - P.2246-2263. - Hep-ph/9803418.

32. Abdurashitov J.N., Gavrin V.N., Girin S.V. et al. The Russian-American gallium experiment (SAGE) Cr neutrino source measurement//Phys. Rev. Lett.- 1996.-V.77.-P.4708.

33. Haxton W. 37Ar as a calibration source for solar neutrino detector//Phys. Rev. C.- 1988. -V.38.-P.2474.

34. Alvarez L.W. Lawrence Radiation Laboratory Physics Notes, Memo №767 (1973).

35. Raghavan R.S. .Tnformal Conference on Status and Future of Solar Neutrino Research, Upton, New York, 1978; edited by Friendlander G. -Brookhaven National Laboratory Report №50879. - 1978. - V.2. - P.270.

36. Гаврин B.H., Данынин C.H., Зацепин Г.Т., Копылов А.В. Препринт ИЯИ АН СССР П-0335,1984.

37. Cleveland В.Т., Daily Т., Davis Jr.R. et al. :Fourth International Solar Neutrino Conference. Heidelberg, Germany. - April 8-11, 1997, p.228.

38. Гаврин B.H., Корноухов B.H., Косарев A.A. и др. О создании искусственного источника нейтрино активностью 1 МКи на основе изотопа 37Аг//Препринт713 ИЯИ АНСССР.-М., 1991.

39. Усынин Г.Б., Кусмарцев Е.В. Реакторы на быстрых нейтронах. М.: Энергоатомиздат, 1985.

40. Звонарев А.В., Хомяков Ю.С., Евдокимов В.П. и др.//Атомная энергия. 1996. - Т.80. - №2. - С.101.

41. Хомяков Ю.С., Забродская С.В., Сараева Т.О. Расчеты нуклидного состава НЭЛ, состава газовой фазы,.: Рабочие материалы к совещанию в феврале 2003, ГНЦ РФ ФЭИ, Обнинск, 2003.

42. Лопатинский В.Н., Попов В.В. и др. Исследование взаимодействия таблеток из оксида кальция и металлического кальция со сталью ЭИ-847 при облучении в реакторе БР-10: Отчет №10752 ГНЦ РФ ФЭИ, Обнинск, 2001.

43. Нарабатывающий элемент радионуклида Аргон-37: Технические условия Э.038.5100 ТУ-ЛУ, ГНЦРФ ФЭИ, Обнинск, 2001.

44. Нарабатывающий элемент радионуклида Аргон-37: Пояснительная записка Э.038.5100 ПЗ, ГНЦРФ ФЭИ, Обнинск, 2001.

45. Курина И.С., Попов В.В., Лопатинский В.Н. и др. Исследование свойств таблеток СаО, полученных по различным технологическим режимам: Отчет №10762 ГНЦ РФ ФЭИ, Обнинск, 2001.

46. Технологический процесс на таблетку из оксида кальция. №160442.60101.00127. ГНЦ РФ ФЭИ, Обнинск, 2002.

47. Результаты реакторных испытаний двух экспериментальных сборок для наработки 37Аг: Отчет №21410306, БАЭС, Заречный, 2003.

48. Michael Н., Wolfle R. and Qaim S.M. Production of 37Ar//Int. J. Appl. Ra-diat. Isot. 1984. - V.35. - P.813.

49. Абдулина Г.Ф., Абдурашитов Д.Н., Гаврин В.Н. и др. Радиохимическая установка для работы с малыми количествами газов высокой чистоты/УПриборы и техника эксперимента. 2001. - №3. - С. 134-139.ун

50. Абдурашитов Д.Н., Гаврин В.Н. и др. Выход Аг из облученного оксида кальция при термической обработке//Приборы и техника эксперимента. 2000. - №3. - С.5-8.

51. Гаврин В.Н. Дисс. . .канд. физ.-мат. наук. НИИЯФ МГУ, 1976.

52. Барсанов В.И., Джанелидзе А.А., Замятина А.А., Злоказов С.Б. и др.пп

53. Технология и установка экстракции, очистки и сбора Аг из оксида кальция//Приборы и техника эксперимента. 2006. - №4. - В печати.

54. Крешков А.П., Ярославцев А.А. Курс аналитической химии. Т.2. М.: Химия, 1975.-319 с.

55. Гуревич С.М., Кострикин Ю.М. Оператор водоподготовки. М., Энер-гоиздат, 1981. 52 с.

56. Реми Г. Курс неорганической химии. T.I. М.: Мир, 1972. 266 с.

57. Сборник методик по определению концентрации загрязняющих веществ в промышленных выбросах. JL: Гидрометеоиздат, 1987. 33 с.

58. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1984.37

59. Оценка активности элементов сборки для наработки Аг: Техническая справка 29-19/14. ГНЦ РФ ФЭИ, Обнинск, 2003.

60. Головко Г.А. Криогенное производство инертных газов. Л.: Машиностроение, 1983. 416 с.

61. Варежкин А.В. Адсорбционная очистка гелиевого теплоносителя высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов от диоксида углерода: Автореферат дис. канд. техн. наук. М.: МХТИ, 1988. - 16 с.

62. Исследование сорбционных характеристик титановой губки при поглощении водородно-азотной газовой смеси: Отчет 02.97.23. -СФНИКИЭТ, Заречный, 1996.

63. Barsanov V.I., Barsanov Yu.I., Dzhanelidze A.A., et al. The development3 7of the Ar-based neutrino source design and manufacture technology: XIII-th Int. School on Particles and Cosmology, Baksan, Russia, April 2005.

64. Барсанов В.И., Барсанов Ю.И., Джанелидзе A.A., Злоказов С.Б. и др. Разработка конструкции и технологии изготовления источника нейтрино на основе Аг//Приборы и техника эксперимента. 2006. - №4. - В печати.

65. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Издательство Московского университета, 1970.

66. Nishikawa М., Kido Н. and Sugisaki М. Titanium-sponge bed to scavenge tritium from inert gases//J. Nucl. Technol. 1983. - V.l 15. - P. 101-109.

67. Barsanov V.I., Dzhanelidze A.A., Kotelnikov N.A. et al. The activity measurement of 37Ar-based neutrino source: ХШ-th Int. School on Particles and Cosmology, Baksan, Russia, April 2005.

68. Барсанов В.И., Джанелидзе A.A., Злоказов С.Б. и др. Искусственный источник нейтрино на основе Аг//Ядерная физика. 2006. - №3. - В печати.

69. Gavrin V.N. for SAGE Collaboration, Present Status of the SAGE 37Ar Neutrino Source Experiment, Proc. of the Xl-th Int. Workshop on Neutrino Telescopes, Feb.22-25, 2005, Venice, Italy, ed. by Milla Baldo Ceolin, 187 (2005).

70. Abdurashitov J.N., Gavrin V.N., Dzhanelidze A.A., et al. Measurement of the response of a Ga solar neutrino experiment to neutrinos from a Ar source//Phys. Rev. C. 2006. - V.73. - N.4 - P.045803-1. - Nucl-ex/0512041.

71. Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material. 1996 Edition. Safety Standards Series № ST-1. IAEA. Vienna.

72. Правила безопасности при транспортировании радиоактивных материалов: НП-053-04. Введ. 5.01.05. - Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору. - М., - 2004. - 71 с.

73. Радиоактивное вещество особого вида. Общие требования и методы испытаний: ГОСТ Р 50629-93. Введ. 01.07.94. - М.: Издательство стандартов, 1994. - 11 с.

74. Закрытый источник нейтрино на основе радионуклида Аг: Технические условия ТУ 7011-090-08624332-03. ИРМ, Заречный, 2004.

75. Фастовский В.Г., Ровинский А.Е., Петровский Ю.В. Инертные газы. М.: Атомиздат, 1972. 352 с.

76. Источник нейтрино: Технический проект 90.01.00.000Д. ИРМ, Заречный, 2004.

77. Шиманская Н.С. Калориметрия ионизирующих излучений. М.: Атомиздат, 1973.

78. Фром Е., Гебхард Е. Газы и углерод в металлах: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1980.

79. Измерения в промышленности: Пер. с нем. /Под редакцией Профоса П. М.: Металлургия, 1990.

80. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок: Перевод с англ. М.: Мир, 1985.

81. Абдурашитов Д.Н., Веретенкин Е.П., Гаврин В.Н., Джанелидзе А.А. и др. Определение активности искусственного источника нейтрино на основе изотопа 37Аг//Ядерная физика. 2006. - №3. - В печати.