“Разработка мощного нейтринного источника и подготовка экспериментов на источнике”

Проект-заявка на подготовку предложения о создании нейтринного источника и разработки программы исследований на данной установке.

“Разработка мощного нейтринного источника и

подготовка экспериментов на источнике”

Руководитель: , 1952, снс, *****@***ru, , 57-70

Состав участников

, 1946, внс, доцент (МИФИ)

, 1952, снс (ИТЭФ)

, 1937, внс (ИТЭФ)

, 1951, снс (ИТЭФ)

Планируется привлечь дипломников к исследованию (1-2 человека).

Участие других институтов в исследовании

ИАЭ им (нейтринные взаимодействия при низких энергиях, нейтринные детекторы).

МИФИ (разработка нейтринного источника; нейтринные взаимодействия).

ИЯИ РАН (экспериментальные работы с литием).

Статус исследований

Предложена схема высоко интенсивного нейтринного источника (нейтринной фабрики) для ядерных исследований. Наличие такой установки позволит провести ряд фундаментальных исследований (для задач ядерной физики и астрофизики ) при энергиях нейтрино от нескольких МэВ до ~ 13 МэВ. Предлагаемый проект является продолжением совместных исследований, начатых ранее в ИТЭФ, МИФИ, ИАЭ и ИЯИ РАН.

Проект ставит целью: 1) разработку предложения для создания мощного нейтринного источника (нейтринной фабрики); 2) выработку научной программы для нейтринных экспериментов на предложенном источнике. 3) проведение подготовительных работ по лабораторным испытаниям литиевого конвертора.

Предполагаемые научные результаты и их соотношение с мировым уровнем.

В рамках разрабатываемой концепции интенсивного нейтринного источника будут предложены наиболее перспективные варианты установок (что включает в себя выбор нейтронного источника и варианты размещения бланкета с высокочистым изотопом Li-7 вблизи источника нейтронов). Будут проведены оценки эффективности (использования нейтронов источника при конверсии в литиевом нейтрон-антинейтринном конверторе) в различных вариантах геометрии компоновки и при различных режимах работы. Предлагаемые схемы источника являются оригинальными, а предполагаемые результаты будут представлены впервые.

Одним из важнейших этапов будет проведение эксперимента по измерению антинейтринного спектра от распада Li-8.

Параллельным (и не менее важным) направлением данной работы будет формирование научной программы исследований на мощном антинейтринном потоке, обеспечиваемом предлагаемой установкой (в т. ч.: эксперименты по измерению сечений взаимодействия антинейтрино с протоном, дейтроном, с некоторыми ядрами; эксперименты, направленные на решение проблем астрофизического нуклеосинтеза и детектирования нейтрино от сверхновых звезд.

Краткое описание принципа и конструкции установки.

Создание мощного нейтринного источника (нейтринной фабрики) возможно при (n, g)-активации высокочистого изотопа 7Li в интенсивном нейтронном потоке (например: в бланкете вблизи активной зоны ядерного реактора; либо, около нейтронопроизводящей мишени протонного ускорителя; на основе ловушек больших ускорителей; c использованием мощных нейтронных генераторов). Образующийся b--радиоактивный изотоп 8Li (T 1/2 = 0.84 c) является источником электронных антинейтрино с жестким спектром с энергией до 13 МэВ и, учитывая, что сечение взаимодействия нейтрино при такой энергии зависит как s ~ E , можно получить нейтринный источник со стабильным спектром гораздо более эффективный, чем используемый сейчас ядерный реактор.

Функционирование такого нейтронного источника возможно в статическом и динамическом режимах. В статическом режиме максимально возможная масса активируемого изотопа 7Li располагается в нейтронном потоке как бланкет, либо в виде кассет. В динамическом режиме изотоп 7Li активируется в зоне высокого нейтронного потока и, далее, в схеме замкнутого контура (петля) непрерывно прокачивается к удаленному нейтринному детектору. Динамический режим должен быть реализован при высокой скорости прокачки лития (порядка нескольких кубометров в секунду, либо, – с линейной скоростью 15-20 м/c, что технически полностью реализуемо в обоих случаях).

Уровень изотопной очистки лития (от вредной примеси – изотопа 6Li) в предлагаемом источнике (нейтринная фабрика) составит примерно 99.9%. Проработаны варианты использования лития в виде тяжеловодных растворов и различных химических соединений, что позволит: реализовать динамический режим функционирования нейтринного источника; снизить необходимую массу высокочистого лития до 300 раз; поднять эффективность нейтринного источника до 15-20% (число антинейтрино на используемый нейтрон).

При использовании импульсного источника нейтронов (как в статической, так и в динамической схеме функционирования нейтринного источника) будет обеспечена значительно более высокая чистота нейтринного спектра, что исключительно важно для получения более точных данных о сечении взаимодействия нейтрино.

График проведения исследований (на 2008 г)

Проработать и предложить варианты нейтринного источника на основе интенсивных источников нейтронов (2-ой квартал 2008 г.). Дать оценки ожидаемых нейтринных потоков с учетом спектра нейтрино (3-ой квартал 2008 г.). Сформулировать основные пункты программы исследований на предлагаемом нейтринном источнике (3-ой квартал 2008). Подготовить проведение эксперимента по измерению нейтринного спектра от распада Li8 и проведение подготовительных работ по лабораторным испытаниям литиевого конвертора ( 4-ый квартал 2008 г.). Результаты исследований доложить и представить к публикации (к концу 2008 г).

Оценка стоимости исследований на 2008 г. : ~ 760 тыс. руб. (фонд зарплаты); 110 тыс. руб (оборудование); 90 тыс. руб (командировки). Итого – 960 тыс. руб.

Группа планирует начать экспериментальные работы в 2009 г.

Роль (visibility) ИТЭФ в предлагаемом исследовании: ИТЭФ играет ключевую роль в: 1) разработке нейтринного источника и оценке его прогнозируемых параметров;

2) формировании научной программы; 3) подготовке экспериментального оборудования.

Грантовая поддержка: нет.

Литература:

Lutostansky Yu. S., Lyashuk V. I. Powerful Dynamical Neutrino Source with a Hard Spectrum. Ядерная Физика, 2000, том. 63, № 7, стр. .

Lyutostansky Yu., Lyashuk V. Powerful Hard Spectrum Neutrino Source Based on Lithium Converter of Reactor Neutrons to Antineutrinos. Nuclear Science and Engineering. USA 1994, v.117, p.77-87.

Lutostansky Yu. S., Lyashuk V. I. Antineutrino spectrum from powerful reactor and neutrino converter system. // Письма в ЭЧАЯ. 2005. т.2, №4, с.60-65.

, “Использование нейтронных потоков высокой интенсивности для генерации жестких нейтрино”, в сб. Исследование в гигантских импульсах тепловых нейтронов от импульсных реакторов и в ловушках больших ускорителей. Дубна, 27-29 апреля 2005 г. Труды международного рабочего совещания (Дубна: ОИЯИ, 2005). с.150-175.

, “Возможные источники нейтронов для нейтринной фабрики (обзор)”. – М.: Препринт ИТЭФ, 2007. № 12

D. K.Nadyozhin, I. V. Panov, S. I.Blinnikov The neutrino-induced neutron source in helium shell and r-process nucleosynthesis.// Astronomy and Astrophysics. V.335, P. 2

ёжин, , Слабый компонент r-процесса как результат взаимодействия нейтрино с гелиевым слоем сверхновой.// Astronomy Letters, vol. 33, p. 385-

Yu. S. Lyutostansky, I. V. Panov, Cross-section evaluation for (A, Z)(ne, e-)(A, Z+1) reaction. Report at the International Symposium on Weak and Electromagnetic Interactions in Nuclei (WEIN), Dubna, Russia, 1992). In: Proc. of 6 Int. Conf. on nuclei far from stability + 9 Int. Conf. on atomic masses and fundamental constants, Bernkastel-Kues, Germany, 1992, p. PC17.