Выпискаиз протокола заседания межведомственной рабочей

группы по научной инфраструктуреот 26 апреля 2011г.

О рассмотрении материалов по проектам мега-сайенс к заседанию Правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям по вопросу

«О развитии научной инфраструктуры в Российской Федерации»

Заслушав и обсудив информацию…… рабочая группа решила:

……….. Рекомендовать Минобрнауки России совместно с РоссийскойАкадемией наук проработать вопрос о целесообразности и возможности модернизации Байкальского глубоководного нейтринного телескопа и Баксанского подземного детектора геонейтрино

• О создании новой нейтринной лаборатории на Калининской АЭС

• О нейтринных исследованиях на исследовательских реакторах

• О производстве изотопно-обогащенных материалов• Об участии российских институтов в международных

экспериментах

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Эксперименты на реакторах

Фундаментальные и прикладные исследования на Калининской АЭС проводятся ИТЭФ и ОИЯИ: Эксперимент GEMMA - поиск магнитного момента

нейтрино Эксперимент DANSS :

поиск осцилляций в стерильные нейтрино контроль работы АЭС по потокам и спектрам нейтрино

(задачи МАГАТЭ) Эксперименты на исследовательских реакторах:

измерения потоков и спектров нейтрино и сравнение с теорией

Поиск осцилляций в стерильные нейтрино

Задачи Лаборатории на КАЭС Создание общей базы с уникальными возможностями для :

Проведения фундаментальных исследований характеристик нейтрино в реакторных экспериментах (магнитный момент, процессы рассеяния, поиск стерильных нейтрино и другие)

Разработки новых методов регистрации нейтрино и создание на их основе новых нейтринных детекторов

Проведения прикладных исследований внутри реакторных процессов с помощью антинейтрино для ядерной энергетики, непрерывное измерение мощности реактора и степени выгорания топлива

Создания компактных детекторов антинейтрино для дистанционного контроля наработки и несанкционированного отбора плутония в процессе работы реактора в реальном времени для предотвращения распространения ядерного оружия

Overburden(reactor, equipment, etc.):

~70 m~70 m of W.E.

Technological room

just under reactor13.9 m13.9 m only!

2.71013 /cm2/s

Reactor #2 of the

Kalinin NPP (400 km North from Moscow)

Power: 3 GWth

ON: 315315 days/yr

OFF: 5050 days/yr

JINR (Dubna) + ITEP (Moscow)

GEMMAGEMMA Germanium Experiment on

searching for the Magnetic Moment of the reactor Antineutrino

Phase-1: μ ≤ 5.8×10–11 μB

Phases 1+2: μ ≤3.2×10–11 μB

Phases 1+2+3: μ ≤2.9×10–11 μB

New Phase (6kg, 10m): μ ≤1.0×10–

11 μB

GEMMA Results and Prospects

1.5 kg, 14m

Segmental solid plastic scintillator (2500 cells)

Sensitivevolume=1

m3

Cu (carriage frames = -shield)

Pb (-shield)

CH2 + B(n-shield)

Plast. scnt.(µ-shield)DANSSDANSS

Expected parameters:Expected parameters:Sensitive volume: 1 m3

Total mass: 13 t + lift + …Composition: 5 sections (1m × 1m ×

0.2m) of (5X + 5Y) modules = 2500

cells { 1 module = 5 × 10 = 50 cells }IBD detection efficiency: ~72%Count rate: ~104 IBD-events/day @11 mBackground: 40-50 events/dayEnergy resolution: σ ≤ 30% @ E = 4 MeVDue date: section №0 – Feb 2010

sections №1-4 lifting gear + shielding – 2012-13

Работы на исследовательских реакторах: ИР-8, ВВР-М, СМ-3, ПИК

Развитие спектрометрии реакторных антинейтрино:

- измерение бета-спектров смесей осколков деления изотопов 235U, 238U, 239Pu, 241Pu - дальнейшая разработка процедуры конверсии бета-спектров.

Новый эксперимент на реакторе ИР-8 в Курчатовском институте, 2012 год

1 бета-спектрометр;2 мишени, толщина 30 мг/см2 ;3 диск из Al, D = 600 мм, скоростьвращения 15 с 1; 4 ловушка пучка нейтронов; 5 пучок нейтронов: 5.Е+6 с 1см 2; 6 прерыватель пучка нейтронов; 7 комбинированная защита; 8 основной детектор: органичес-кий сцинтиллятор 5050 мм; 9 пролётный детектор:сцинтил-ляционная пластмасса 0.230 мм; 10 диафрагмы

ОписаниеОписание экспериментаэксперимента: : методикаметодика

6

2 3

4

10

9

8

1

a

b

2

5

7

41 3

Проект для реактора СМ-3

ПИЯФ, КИ, ИФВЭ, ВНИИАР

Работы на исследовательских реакторах: ИР-8, ВВР-М, СМ-3, ПИК

Поиски стерильных нейтрино

Проект для реактора ПИК

ПИЯФ, КИ, СПбГУ, ИФХ РАН и др.

Поиск эффектов нарушения фундаментальных симметрий

Поиски ЭДМ нейтрона и электрона, поиски нарушений СР- и Т-инвариантности в ядерных γ-переходах, в атомах и в молекулах

Centrifugal separation of isotopes

Molecular Laser Isotope Selection

AVLIS stands for Atomic Vapor Laser Isotope

Selection

Rectification technology of carbon enrichment Plasma method of

isotope separation based on ion-cyclotron resonance

Разделение изотопов в НИЦ «Курчатовский институт»

76Ge, 82Se, 100Mo, 116Cd, 130Xe, 150Nd

Проект промышленной установки

Цель – 100кг Nd-150 60-70%

1. Испарения атомов через объем лазерного излучения.2. Селективная фотоионизация3. Ионизированные атомы Nd-150 собираются на коллектор электрическим полем4. Остальные атомы (оставшиеся нейтральными) приходят на коллектор отходов.

Развитие технологии обогащения Nd

Мощность лазеров накачки –1000 ВтМощность лазеров на красителях – 500 ВтПроизводительность 10 г/суткиСтоимость разработки и строительства – 5 млн.$Срок создания – 2 года

Метод лазерного разделения изотопов

в атомном паре (AVLIS)

примеси ~ 10-12 г/г

Преимущества:Преимущества:

• очень компактный почти монохроматический источник “чистых” νe хорошо известной активности;

• независимые измерения скорости захвата на двух различных расстояниях от источника;

• плотная металлическая Ga мишень обеспечивает высокую скорость взаимодействия и хорошую статистическую точность;

• все процедуры хорошо изучены и применяются в солнечном эксперименте и в предыдущих экспериментах с источниками;

• отсутствие фона и неопределенностей, связанных с неточным знанием нейтринного спектра, обеспечат простоту интерпретации результатов

Доказательства проявления нестандартных свойств нейтрино :

● существенное различие между величинами скоростей захвата в зонах

● средняя скорость захвата в обеих зонах будет значительно ниже ожидаемой скоростиsin2(2= 0.3

))(

)()(27.1(sin2sin1

2222

MeVEmLeVm

Pee

МишеньМишень: : 50 т50 т металлического металлического GaGa Массы в зонахМассы в зонах: : 8 т8 т andand 4242 тт Ср. длина пробега в каждой зоне Ср. длина пробега в каждой зоне :: <L> <L> == 55 55смсм σ – сечение захвата{5.8×10-45 cm2 [Bahcall]}

СхемаСхема 2-зонного2-зонного GaGa экспериментаэксперимента сс 5151Cr (3MCiCr (3MCi)) источникомисточникомСхемаСхема 2-зонного2-зонного GaGa экспериментаэксперимента сс 5151Cr (3MCiCr (3MCi)) источникомисточником

Скорость захвата в каждой зоне в начале 1-го облучения: 64.5 64.5 ат.ат.//деньдень

Windowless Gaseous Tritium Source

Установка «Троицк ню-масс» является единственной установкой, позволяющей исследовать систематические эффекты в безоконном тритиевом источнике (KATRIN: начало набора статистики планируется на 2015-2016 гг.):

1. Плазменные эффекты

2. Эффекты объёмного заряда, радиоактивкый 83Kr, тритиевое наполнение

3. Рекомбинация электронов

4. Потери энергии электронами в протии-H2 и тритии-T2

5. Электрон/заряженный ион, прохождение в магнитной транспортной системе

В 2012-2013 годах планируется провести исследования по пунктам 1-4

В группе прорабатывается новое направление исследований – прямое измерение возможного вклада и оценка массы

стерильных нейтрино в К-захвате и бета-распаде

Наличие уникального спектрометра позволяет проводить оценки вклада стерильных нейтрино в кэВ-ном диапазоне масс, неосуществимые в осцилляционных экспериментах.

По старым данным измерения спектра электронов в распаде трития, проведена оценка верхней границы вероятности существования тяжёлого нейтрино в диапазоне масс 2-100 эВ. Статья подготовлена к публикации

Экспериментальный комплекс:

- два детектора (Borexino, 4 кт и CTF, 1 кт),

- заводы по очистке жидкостей и газов,

- установки синтеза ультра чистых жидкостей,

- два электронных измерительных комплекса,

- вспомогательные детекторы и устройства.

ОИЯИ – НИЦ КИ – ПИЯФ – НИИЯФ

BOREXINO – низкофоновый экспериментальный комплекс в Гран Сассо

прецизионные измерения 7Be-нейтрино (862 кэВ),

измерение асимметрии день/ночь потока (862 кэВ),

измерение потока 8B-нейтрино с порога 3 МэВ,

первое измерение pep-нейтрино (1442 кэВ),

новое ограничение на потоки нейтрино CNO-цикла.

BOREXINO - результаты. Солнечные нейтрино. Нейтрино от ускорителя

Эксперимент (2010-2011 гг.) точность

(1.6 ± 0.3)×108 Borexino ~20%

(4.87 ± 0.24)×109 Borexino ~ 5%

(5.2 ± 0.2)×106 SNO,SK,Bx,KL ~ 4%

< 7.4 × 108 Borexino

Осцилляции в вакууме и веществе

Скорость распространения нейтрино:

KamLand и BOREXINO - результаты. Гео-нейтрино

Детектор KamLAND BOREXINO

Период набора данных (03.02 11.09)2135 дней

(12.07 12.09)537 дней

Расстояние детектора до АЭС 200 км 1000 км

Полное число зарегистрированных событий, среди которых:- событий от реакторов,- фоновые события

841

484.7±26.5244.7± 18.4

21

10,7 +4.3/–3.4

0.42 ± 0.06

Число геонейтрино 111 +45/-43 9.9 +4.1/–3.4

Скорость счета геонейтрино на 100 тонн мишени в год

2,7 +1,1/-1,0 3.9 +1,6/–1.3

Потоки геонейтрино, 1/см2×с (4,3 +1,2/-1,1) ×106 (7,1 +2,9/-2,4) ×106

W = 441 ТВт

Wр/а=(20±9) ТВт

Wгео-реактор<3 ТВт

Измерение 13 в эксперименте Дая Бэй (с участием ОИЯИ)

Absolute Reactor Flux: Largest uncertainty in previous measurements

Relative Measurement: Multiple detectors removes absolute uncertainty

First proposed by L. A. Mikaelyan and V.V. Sinev,Phys. Atomic Nucl. 63 1002 (2000)

Most precise measurement of sin22θ13 to date.

sin22θ13 = 0.089 ± 0.010 (stat) ± 0.005 (syst)

Эксперимент T2K

- Эксперимент начал набор статистики в 2010 г.- Планируется набор данных для интегрального потока 8х1021 протонов на мишени

Вклад ИЯИSMRD детектор

SMRD

Нейтринный пучок на ускорительном комплексе JPARC, Япония

12 May 2012 Yu.Kudenko INR RAS

Наблюдение осцилляций е

10 e событий зарегистрировано в СуперКамиоканде (2.730.37 событий ожидались, если 13=0)p-value = 0.0008 (3.2)sin2213=0.104 + 0.060 – 0.045 для m2

23 = 2.4x10-3 eV2, =0, 23 = /4

Т2К: результаты и планы

Ближайшие планы - CP нарушение в лептонном секторе (измерения с нейтрино и антинейтрино) - иерархия масс - прецизионные измерения осцилляционных параметров

Осцилляции μ

Эффект наблюден на уровне 4.5σ sin2(2θ23)>0.85 2.1x10-3 < Δm2

23 (eV2) < 3.1x10-3 (90% CL)

Поиски безнейтринного двойного бета-распада

Изотоп Q (keV) Содержание (%) Проект

76Ge 2039 7,8 GERDA, MAJORANA

82Se 2995 9,2 SuperNEMO

100Mo 3034 9,6 MOON

130Te 2529 34,5 CUORE

136Xe 2479 8,9 EXO, KamLand-Zen, XMASS

150Nd 3367 5,6 SNO+, SuperNEMO, Borexino, Неодим

Изотоп T1/2 |<m>|, eV Проект

76Ge T1/2>1.2·1025 <0,7 HM, IGEX

100Mo T1/2>1.1·1024 < 0,8 NEMO-3

130Te T1/2>2.8·1024 < 0,8 CUORICINO

Новое поколение экспериментов – улучшение чувствительности до |<m>|~ 0.01-0,1 eV

Текущие результаты

Установка GERDA, расположена в лаборатории Gran-Sasso.Фаза I – 14.64 кг обогащенного Ge. Экспозиция (июнь 2012) – 6.1 кг.год Результат Клабдора будет превзойден весной 2013 года

GERDA result - 2ν2β decay of 76Ge 2ν2β, 42K, 40K, 214Bi, 39Ar, 228Th

DarkSide – двух фазный LAr детектор + низкофоновый комплекс Борексино

ИталияСША

Россия: НИЦ КИ, ОИЯИ, ПИЯФ, ИТЭФ, НИИЯФ МГУ

Создание российской экспериментальной базы - платформы нового поколения детекторов

Разработка масштабных (100-3000 кг) двухфазных ксеноновых детекторов для поисков Темной материи.

RED-3000

2.4 m

1.2 m

RED-100

Проект РЭД «Российский Эмиссионный Детектор»

ИТЭФ, МИФИ, КИ, ПИЯФ, НИИЯФ МГУ, ИЯФ СО, ИЯИ (?)

1-я фазаν-N когерентноерассеяние

2-я фазапоиск Темнойматерии

Постановка на реакторе МИФИ эксперимента по изучению рассеяния нейтронов на ядрах ксенона и определениеотклика эмиссионного детектора в неизученной области энергий ядер отдачи ксенона менее 4 кэВ.

Ближайшая цель

Dark Matter

WIMP search in EDELWEISS experiment

10 кг 10 кг HPGe HPGe experiment experiment in Modanein Modane

Best limitBest limit: :

σ(W-N) ≤ 4.4x10σ(W-N) ≤ 4.4x10−8−8 pb pb , , ((MW = 85 GeV, 90%CL)

was obtained. To improve further this limit the problem with was obtained. To improve further this limit the problem with background is investigated. background is investigated.

cos2A

4 MA M

( MA + M)2ER = EA

WIMP from the galactic halo

V ~ 230 km/s Nucleus Aat rest in the lab

cos2A

4 MA M

( MA + M)2ER = E cos2A

4 MA M

( MA + M)2ER = EA

A

A

WIMP from the galactic halo

V ~ 230 km/s Nucleus Aat rest in the lab