В.Токменин

Устройство и преимущества детектора Борексино

Введение

    В 1968 Рэй Дэвис провел эксперимент в шахте Homestake по изучению процессов на Солнце. Он обнаружил нехватку потока солнечных нейтрино предсказанных имеющейся в то время солнечной моделью, это послужило толчком для создания различных солнечных моделей и развития технологий и принципов работы детекторов частиц от Солнца. Образовались детекторы первого пополения: Kamiokande (основан на рассеянии е-нейтрино), Gallex, Sage (основанных на захвате е-нейтрино в Ga), Homestake (основан на захвате е-нейтрино в Cl), которые исследовали спектр солнечных нейтрино. Но исследуемый поток частиц Солнца оказался меньше предсказанного стандартной солнечной моделью, а в результате попыток теоретического обоснования результата, родилось множество других проблем: имеет ли нейтрино массу, магнитный момент, каково время жизни нейтрино, и т.д. Все эти проблемы послужили рождению детекторов второго поколения: Superkamiokande, Sadbury, SNO, и Borexino.

    Международная коллаборация BOREXINO была создана для:

• проверки стандартной электрослабой теории;
• выяснения существования массы и магнитного момента нейтрино;
• поиска явления нейтринных осцилляций.

    Нейтрино образуются:

• в Земле в процессах распадов;
• реликтовое нейтрино от Большого взрыва в атмосфере (в результате бомбардировки космическими лучами);
• в Солнце и в звездах.

    Лаборатория Gran Sasso(LNGS) является одним из самых больших в мире подземных неускорительных центров. Лаборатория находится в 200 км от Рима, в туннеле под одноименной горой. Высота горы GranSasso - 1400 метров, это обеспечивает защищенность от космического излучения. Гора сложена из известняка с малой естественной радиоактивностью (водяной эквивалент 3500 метров). Лаборатория имеет 3 зала, в одном из которых расположен детектор Borexino.
    Эксперимент предусматривает исследование нейтрино от Солнца, ядерных реакторов Европы и других природных и искусственных источников. В проекте участвуют ведущие научные центры из 11 стран, в том числе РНЦ КИ и ОИЯИ из России. Проведен анализ результатов фоновых измерений на прототипе детектора Borexino с целью поиска редких процессов. Получен новый предел на время жизни электрона относительно распада e^- _e +    > 4.6 x 10²⁶ лет (90% у.д.).
    Эксперимент Борексино предпологает изучение нейтрино (образовавшихся в результате ядерных реакций в ядре Солнца) протон-протонного цикла (цепочка превращения водорода в гелий). В эксперименте исследуются высокоэнергетичные нейтрино (рис.1) , образованные в результате реакции: ⁷Be + e^{- 7}Li + _e
    Солнечный поток нейтрино энергии 863 КэВ достаточно большой, а следовательно, велико число событий связанных с нейтрино.

Устройство детектора

    Детектор Borexino – это детектор нейтрино на основе 300 тонн тщательно очищенного жидкого сцинтиллятора, окруженного 2200 ФЭУ – внутренний детектор.
    Ядро внутреннего детектора представляет собой прозрачный сферический сосуд нейлоновая сфера толщиной в 100 микрон, 8.5 метров в диаметре. Так же внутрений детектор включает в себя так называемую внешнюю водяную защиту от outerveto-мюонов, постороенную на основе 200 обращенных наружу ФЭУ. Более того, помимо 2200 внутренних ФЭУ существует ещё 250 ФЭУ, представляющих собой внешний детектор, локализованный под пространством внутреннего детектора – нейлоновой сферы. Это сделано для подавления фона от мюонов.
    В основе методики регистрации событий, используемой в эксперименте Борексино, лежит явление одно-фотоэлектронного импульса в фотоумножителе.
    В НИИЯФ были проведены работы по созданию электронной регистрирующей аппаратуры для работы с логическими сигналами от ФЭУ.

Преимущества детектора

1. Благодаря использованию жидкого сцинтиллятора детектор способен улавливать нейтрино с энергией от 250 кэВ с частотой 0.1-0.5 события в день на тонну сцинтиллятора.
2. Детектор находится в водяном пространстве глубоко под землей - решена проблема шума от ²³⁸U и ²³²Th.
3. Детектор способен улавливать нейтрино в режиме реального времени.