Прецизионное измерение сечения реакции обратного бета-распада нейтрона тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ
кандидат физико-математических наук М.Д.Скорохватов Официальные оппонента:
доктор физико-математических наук В.И.Морозов
кандидат фззико-математических наук О.Я.Зельдович
Ведущая организация - Ленинградский институт ядерной физики, г. Гатчина
Защита состоится "-¿г? " . — 1993 г. в часов
на заседании специализированного совета Д 034.04.02 в Российском научном центре "Курчатовский институт" по адресу: 123182, Москва, пл. И.В.Курчатова, тел. 196-92-51.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского научного центра "Курчатовский институт".
Авторефера разослан " 2" 1993 г.
Ученый секретарь специализированного совета
I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Настоящая работа посвящена изучению свойств и взаимодействий электронного антинейтрино низких энергий (Е <10 Мэв). Основные результаты работы получены в потоке антинейтрино реактора ВВЭР-440 в нейтринной лаборатории на Ровонской АЭС. Содержание работы заключается в развитии методики регистрации событий реакции обратного бета-распада нейтрона
прецизионном измерении сечения этой реакции и анализу полученных результатов.
Являясь самостоятельным исследованием, данная работа в то же время входит составной частью в программу нейтринных экспериментов на реакторах, развернутую в настоящее время на Ровенской АЭС.
Реакция обратного бета-распада нейтрона (1) является одним из наиболее фундаментальных процессов ядерной физики и поэтому определение ев сечения с возможно более высокой точностью представляет очевидный интерес. Процесс протекает при близком к нулю переданном импульсе и поэтому его интерпретация не осложняется трудноучитываемыми эффектами сильных взаимодействий. Это обстоятельство и возрастающая точность нейтринных экспериментов на реакторах позволяют определять фундаментальные константы слабого взаимодействия, которые до последнего времени извлекались из результатов изучения прямой к (1) реакции - бета-распаду свободного нейтрона.
Несмотря на успехи стандартной модели электрослабого взаимодействия поиски эффектов, выходящих за еб рамки и, возможно тем самым, открывающих новую физику элементарных частиц, интенсивно продолжаются. Экспериментальные результаты измерения сечения реакции обратного бета-распада нейтрона могут быть использованы для проверки стандартной модели.
В центре внимания нейтринных экспериментов остаются поиски нейтринных осцилляций, которые в значительной мере стимулировали возобновление исследований реакции (1) на ядерных реакторах в 80-90 гг. К началу представляемой работы помимо так называемого "дефицита" солнечных нейтрино в известном эксперименте Р.Дэвиса имелся результат французской
группы исследователей, работавшей на реакторе в Буке, который свидетельствовал об обнаружении осцилляция при измерениях не расстояниях 13 и 18 м от реактора . Результаты других исследователей были совместимы с отсутствием осцилляция /1/.
Начиная с 1985 г. в литературе интенсивно обсуждались результаты экспериментов по изучению формы р-спектров. В ряде работ .сообщалось о наблюдении искажений формы р-спектров, вызванных, по мнению авторов, наличием небольшой (1+3%) примеси тяжелого нейтрино с массой 17 кав. Другие исследовательские группы таких искажений не наблюдали. В работе /2/ .показано, что нейтринные эксперименты на реакторах могут быть использованы для получения ограничений на величину параметра смешивания для тяжблого нейтрино.
В последние годы, благодаря обсуждению в литературе моделей с правыми токами усилился интерес к уточнению данных о поляризации нейтрино. Эти данные позволяют получить ограничения на параметры правых токов /3/.
Сечение реакции (1) кроме того служит естественной нормировкой для других нейтринных экспериментов, осуществляемых на реакторах вообще и на Ровенской АЭС в частности: взаимодействие антинейтрино с дейтроном /4/ и измерение энергетического спектра антинейтрино от реактора сцинтилляционным спектрометром РОНС /б/.
Точное значение сечения реакции (1) и развитие методики регистрации антинейтрино необходимо для создания методов дистанционного контроля за работой ядерного реактора по его нейтринному излучению.
1. Прецизионное измерение сечения реакции обратного бета-распада нейтрона.
2. Определение аксиальной константы СА бета-распада.
3. Получение информации о возможных эффектах, выходящих за рамки стандартной теории электрослабого взаимодействия.
4. Разработка методики эксперимента и создание нового детектора, позволяющих решить поставленные выше задачи.
[аучная новизна работы.
1. Разработана методика прецизионного измерения сечения реакции обратного бета-распада нейтрона.
2. Создан новый детектор для высокоточного измерения сечения реакции (1).
3. Измерено сечение реакции обратного бета-распада нейтрона в потоке антинейтрино от реактора ВВЭР-440 с наилучшей в мире точностью на настоящее время (начало 1993 г.).
4. Определена аксиальная константа слабого взаимодействия.
5. Получены ограничения на параметры нейтринных осилля-ций двумя независимыми способами: путбм сравнения экспериментально измеренного сечения реакции (1) с расчбтным и, впервые, новой методикой - путВм одновременного измерения скорости счбта событий реакции (1) двумя идентичными детекторами, расположенными на различных расстояниях от реактора.
6. Получено ограничение на величину параметра смешивания для нейтрино массой 17 кэв.
7. Получено новое ограничение на абсолютную величину поляризации электронного антинейтрино.
Научная и практическая ценность работы.
Результаты проделанной работы представляют интерес с точки зрения физики слабых взаимодействий и, в частности, изучения свойств нейтрино ( высоточное измерение сечения взаимодействия с протоном, определение констант слабого вза- • имодействия, поиск нейтринных осцилляция, определение поляризации нейтрино).
Практическая ценность работы заключается в развитии и совершенствовании методики исследования нейтрино, что позволяет решать ряд задач как фундаментального так и прикладного характера в нейтринной физике на реакторах.
Результаты работы использовались для абсолютной нормировки при восстановлении энергетического спектра о>е, измеря-пцегося в том же потоке г>е с помощью сцинтилляционного спектрометра РОНС/5/ и для мониторирования потока т>е в экспериментах по изучению взаимодействия электронного внтиней-
тршю с дейтроном /4/.
Основные результаты работы докладывались на ежегодных конференциях 0тделе1шя общей и ядерной физики Института атомной энергии им. И.В.Курчатова в 1908, 1989 и 1990 гг., на 13 и 14 Международных конференциях по нейтринной физике и астрофизике в 1988 г. (г.Бостон. США) и в 1990 г. (г.Женева, Швейцария), на 40-ом Международном совещании по ядерной спектроскопии и структуре ядра в 1990 г. (г.Ленинград), на Международной школе по физике слабых взаимодействий при низких энергиях в 1990 г. (LEWI-90,г.Дубна).
Основные результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах.
Диссертация состоит из введения, трОх глав и заключения. Она содержит 92 страницы текста, 38 рисунков, 1С таблиц и список цитированной литературы из 138 наименований.
II. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.
Во введении кратко изложены общая характеристика работы и 00 содержание, обоснована актуальность и научная новизна работы.
В первой главе проводится анализ современной теоретической и экспериментальной ситуации в изучении реакции обратного бета-распада нейтрона в потоке антинейтрино от ядерного реактора. Показано, что в настоящее время в рамках стандартной модели существует точное теоретическое описание реакции. В качестве энергетических спектров онтинмйтрино от реактора в настоящее время общепринято использование спектров, полученных конвирсией из изморенных спектров электронов бота-распада осколков долиния. Использовании таких спектров, полученных в Институте Лауэ-Ланжевена (Франция), приводи' к неопределённости в величин« расчитываемого сечения реакции (1) около 2%. Возрастающая точность нейтринных экспериментов
на реикторах позволяет использовать их результаты для про верки стадартной модели, определения констант слабого ьзпи модействия и поиска эффектов, выходящих за рамки стандартной модели: нейтринные осцилляции, примесь тяжб лого нейтрино, правив токи.
Кратко обсуждаются 'основы практического использования антинейтринного излучения ядерных реакторов