Для поиска редких событий с малым энерговыделением используются
сцинтилляционные болометры. Их работа основана на одновременном измерении
вспышек света и тепловых импульсов, возникающих в сцинтилляторе под действием
ионизирующих частиц.
Сцинтилляционный болометр состоит из сцинтиллятора,
температурного сенсора и детектора света (рис. 1). Они работают при
температуре несколько десятков мК. Энергия, которая в сцинтилляторе теряется
ионизирующей частицей, конвертируется в сцинтилляционную вспышку и тепло.
Сцинтилляция регистрируется детектором света. Увеличение температуры, которое в
изолированном, находящемся при низкой температуре кристалле, в основном
определяется колебаниями решетки, детектируется температурным сенсором.
Рис. 1. Пример двумерного распределения сигналов от
тепловых и сцинтилляционных детекторов в сцинтилляционном болометре
Доля выделяющейся энергии,
которая идет на сцинтилляцию зависит от типа частиц. Так она заметно отличается
для β/γ и α,
нейтронов, осколков. На рис. 2 показано двумерное
распределение энергия тепловых импульсов − энергия сцинтилляции. Области β/γ и
α хорошо разделены.
Это позволяет эффективно избавляться от фона. Другим преимуществом этого метода
является широкий выбор сцинтилляторов (PbWO4, Bi4Ge3O12, Li6Eu(BO3)3, CaWO4, CaMoO4, CdWO4 и др.).
В кристалле можно
обеспечить высокую концентрацию исследуемого нуклида. Таким образом детектор
одновременно становится и источником, что весьма полезно,
например, при исследованиях
редких α-распадов.
Сцинтилляционные болометры также используются при изучении безнейтринного двойного бета-распада, измерении массы нейтрино, детектировании
низкоэнергетических солнечных нейтрино, поиске частиц темной материи (WIMP).
Литература
Pierre de Marcillac, Noel Co ron,
Gerard Dambier, Jacques Leblanc & Jean-Pierre
Moalic. Experimental detection of α-particles from the radioactive decay of
natural bismuth / NATURE | VOL 422 | 24 APRIL 2003
|
Gonzalez-Mestres, L. & Perret-Gallix, D. Detection of low
energy solar neutrinos and galactic dark matter
with crystal scintillators. Nucl. Instrum. Meth. A 279, 382–387 (1989)
J.W. Beeman, M. Biassoni, C. Brofferio et al. First
Measurement of the Partial Widths of 209Bi Decay to the Ground
and to the First Excited States / PRL 108, 062501 (2012)
J.W. Beeman, F. Bellini L. Cardani et al. New experimental
limits on the α decays of lead isotopes / Eur. Phys. J. A (2013) 49: 50
C. Arnaboldi, J.W. Beeman, O. et al. CdWO4 scintillating
bolometer for Double Beta Decay: Light and heat
anticorrelation, light yield and quenching factors / http://dx.doi.org/10.1016/j.astropartphys.2010.06.009
