эксперимент GERDA

Поиск двойного безнейтринного бера распада 76Ge (экспериментGERDA)
Руководитель темы Безруков Л,Б.
В рамках Международной Европейской кoллаборации Герда начиная с 2005 г
разрабатывается проект установки нового поколения по поиску двойного безнейтринного
бета распада 76Ge
В июне 2010 г закончен монтаж всех основных элементов установки и начат первый этап
эксперимента. На этом этапе эксперимента используется связка из трех германиевых
детекторов (Рис.2) из германия натурального состава, погруженных в жидкий азот. Цель
этого этапа достичь индекса фона 10-2 /кэВ.год.кг, после чего в установку будут
установлены детекторы из обогащенного состава.
Начиная с сентября 2010г получена первые данные за несколько сотен часов экспозиции
с различным положением детекторов и начата обработка полученных данных. Показано,
что в полученных спектрах фона нет никаких гамма линии от урана, тория и их дочерних
продуктов в пределах набранной статистики 1.3-килограмма-года. Это обеспечивает
строгие пределы на достигнутую радио-чистоту, которая отвечает требованиям
эксперимента.
Однако, в энергетическом спектре присутствует одна неожиданная особенность : линия
1525 кэВ года с интенсивностью приблизительно 1 отсчет/ (кг.сутки).
Сигнал возникает от распада з 42K, образующегося в свою очередь от распада 42Ar. Есть
также события с энергиями выше 1525 кэВ, попадающие в область 0ν2β распада 76Ge . По
крайней мере большая часть этих событий создается бета и гамма взаимодействиями от
распада 42 K Скорость счета в линии больше чем на порядок выше величины,
ожидаемой при гомогенном распределении 42K в жидком аргоне. Показано, что скорость
счета сигнала от 42Ar (42 K) зависит от распределения электрических полей в жидком
аргоне в окрестности германиевых кристаллов. Сделан вывод, что положительно
заряженный ион 42 K после его образования и дрейфует в пределах электрических полей ,
что и приводит к повышение скорости счета детекторов. Для исследования этого эффекта
вокруг детекторов установлен экран из тонкостенной меди, подавая напряжение на
который можно менять конфигурацию электрических полей в окрестности германиевых
кристаллов.
В дальнейшей стадии эксперимента была исследована зависимость величины сигнала от
42Ar (42 K) распада от напряжения на германиевых диодах, держателе датчиков,
окружающего цилиндрического медного электрода и радоновом экране. Исследования
продолжаются.
Экспериментальная работа дополнена обширными расчетами Монте Карло и
моделированием электрических полей и путей дрейфа ионов в этих полях. Несмотря на
то, что полученный к настоящему моменту фон выше чем ожидаемый, коллаборация
считает , что дальнейшая оптимизация электрических полей в окрестности германиевых
диодов позволит далее уменьшать фон от распадов 42Ar (42 K) до требуемого уровня.
Детекторы для второй фазы эксперимента
Коллаборацией принято окончательное решение использовать в фазе 2 эксперимента
германиевые BEG детекторы. В рамках этой программы была разработана методика
очистки исходного материала до чистоты 6N.
Была исследована возможность подавления фона в детекторах такого типа по анализу
формы импульса. Для исследования был выбран детектор диаметром 80 мм и массой 878
г. Детектор был помещен в экспериментальный стенд с жидким аргоном. Энергетическое
разрешение детектора составляет 2,0 кэВ при энергии 1,33 МэВ Получено, что спепень
подавления фона в области 0ν2β распада 76Ge составляет 0,6х104 при облучении гамма
источником 228Th.
Публикации
1. И. Р. Барабанов, Л. Б. Безруков, В. И. Гуренцов, Б. Л. Жуйков, С. В. Киановский, В. Н.
Корноухов, В. М. Коханюк, Е. А. Янович "Измерение сечений образования изотопов 74As,
68Ge, 65Zn и 60Co при облучении германия натурального и обогащенного изотопного
состава протонами с энергией 100 Мэв" ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2010, том 73, 7, с. 1144-1149
2. И. Р. Барабанов, Л. Б. Безруков, С. В. Киановский, В. Н. Корноухов "Сечения образования 68Ge
под действием протонов с энергией 100 МэВ на германиевых мишенях естественного и
обогащенного состава и фон в экспериментах по поиску 2β0ν-распада 76Ge " ЯДЕРНАЯ
ФИЗИКА, 2010, том 73, 11, с. 1860-1864
Рис 1. Общий вид установки Gerda
Рис. 2. Система германиевых детекторов, погруженных в жидкий аргон.