Диссертация (1149404), страница 18
Текст из файла (страница 18)
5.12).В целом, для того, чтобы иметь возможность обнаружить вклад СН в спектр очень важно минимизировать все систематические эффекты, которые могли бы сымитировать искомыйнами сигнал. Так, наиболее значимые аспекты, которые нужно учитывать для достижения высокой чувствительности к 4 следующие: 1) точное теоретическое описание спектрарелаксации атомного ядра после ε-захвата; 2) подавление количества случайных совпадений, искажающих спектр; 3) подавление фоновых событий в спектре; 4) точное определение-значения нуклида. Другими словами, к эксперименту по поиску стерильного нейтринона основе исследования спектра ε-захвата предъявляются такие же требования, что и для780 ,1e 4U20 ,0 11 E -31 E -41 5 72 0 2341 5 8T b / T b2 0 5P b / P b567891 0m4(k e V )2 03 04 05 06 02Рисунок 5.12 — Минимальный квадрат элемента матрицы смешивания 4min , которыйможно получить из анализа отношений вероятностей ε-захвата двух разных изотоповодного химического элемента (90 % C.L.).
При расчетах учитывались все те же параметры,что и для Рис. 5.11, однако теперь параметры |ψ |2 и в расчетах полностью отсутствуют.эксперимента по измерению массы активного нейтрино. Одним из таких требований является независимое определение -значений интересующих нас нуклидов прямым способом поразнице масс дочернего и материнского атомов.
Расчеты показывают [6], что чувствительность к присутствию СН практически пропорциональна точности -значений. Для того,чтобы иметь возможность несколько улучшить результат, полученный из анализа спектровβ− -распадов, показанный на Рис. 5.12, абсолютная точность определения -значений должна быть на уровне эВ или лучше. На сегодняшний день единственный масс-спектрометр,который будет способен достичь столь высоких точностей измерений масс – Pentatrap –находится в финальной стадии ввода в эксплуатацию в институте Макса Планка по ядернойфизике в г.Хайдельберг (Германия) [104].79ЗаключениеВ данной работе были рассмотрены две большие области фундаментальной физики, вкоторых нуклиды с малыми энергиями распада (до ∼ 100 кэВ) играют важную роль.
Так,в области нейтринной физики одной из основных задач является поиск массы нейтрино.Было показано, что прямым и наименее модельно-зависимым способом решения этой задачи является исследование кинематики β-распада. В свою очередь, исследование кинематикиβ-распада ведется в двух секторах: в секторе β− -распада и секторе ε-захвата. Главным критерием, предъявляемым к кандидату для изучения его спектра β− -распада – наименьшаяэнергия распада , в то время как критерием в секторе ε-захвата является наименьшаяэнергия распада за вычетом энергии связи электрона атомной оболочки: ( − ).Нуклидом с наименьшей энергией распада в секторе β− -распада является 187 Re: = 2.5кэВ. За последние 50 лет было выполнено 7 экспериментов по набору β− -спектра 187 Re, вкаждом из которых было получено граничное значение энергии этого спектра. Полученныерезультаты, однако, можно разделить на две не согласующиеся группы (см.
Рис. 5.9). Сдругой стороны, метод, с помощью которого был произведен набор спектров, был различен.С целью разрешения данной проблемы нами были предприняты прямые независимые измерения -значения 187 Re на масс-спектрометре Shiptrap. Полученный результат в =2.492(33) кэВ [4] хорошо согласуется с последними измерениями, выполненными с помощьюкриогенных микрокалориметров, тем самым показывая перспективность их использованияв дальнейших исследованиях с конечной целью определения массы антинейтрино.Нуклидом с наименьшим ( − )-значением в секторе ε-захвата является 163 Ho: − = 0.79 кэВ. Эксперименты по набору болометрического спектра его ε-распадауже активно ведутся рядом исследовательских групп. Тем не менее, не исключено существование других нуклидов, чьи ( − )-значения могут быть еще меньше (см.
Рис. 5.10).Одним из таких нуклидов является 202 Pb, чье недостаточно точное и достоверное -значениене позволяет сделать однозначного вывода о его ( − )-значении. С целью устраненияэтой неопределенности нами было предпринято измерение массы дочернего нуклида 202 Tlна масс-спектрометре Isoltrap. На основе полученного результата было определено, чтоК-захват энергетически невозможен, а ( − ) = 23.5(43) кэВ [5]. К сожалению это высокое ( − )-значение не позволяет 202 Pb конкурировать с 163 Ho, а значит 163 Ho все ещеостается наилучшим кандидатом для изучения спектра его ε-захвата с целью определениямассы нейтрино.Поскольку малость - или ( − )-значения является главным фактором в выборенуклида как кандидата на определение массы нейтрино, нами были предприняты полномасштабные поиски и составлен список таких нуклидов, но уже в секторе распада из основногона возбужденное ядерное состояние (см.
таблицу 4). Часть нуклидов из этого списка запланирована для измерения на Isoltrap, и были уже выполнены первые измерения -значениядля случая 131 Cs. Результаты эксперимента, однако, еще обрабатываются.80Изучение спектра β-распада может ответить еще на один фундаментальный вопросо существовании кэВных стерильных нейтрино – кандидатов на роль Темной Материи.Прямым доказательством их присутствия может служить «излом» в непрерывном гладкомβ− -спектре. В спектре ε-распада стерильное нейтрино тоже будет проявляться как излом вспектре, однако обнаружение этого излома значительно осложнено неоднородной структуройсамого ε-спектра.
Поэтому, как альтернативный способ, нами было предложено сравниватьотносительную вероятность ε-захвата с разных атомных оболочек, определенную экспериментально из самого спектра, с той же вероятность, но рассчитанной теоретически в случаеотсутствия вклада стерильного нейтрино, которое служит как-бы реперным значением [6].Предлагаются две реализации этой идеи. В первой реализации реперные значения включаютв себя как теоретически рассчитываемые, так и экспериментально измеряемые параметры.Во второй реализации реперное значение включает в себя только экспериментально измеряемые параметры и, как следствие, конечная чувствительность к присутствию стерильногонейтрино зависит только от точности, с которой известны эти параметры, а также от статистики в полном спектре ε-захвата.
Этими параметрами являются -значения нуклидови их энергии связи атомных электронов . Было показано (см. Рис. 5.12), что для достижения значительной чувствительности такого метода к стерильному нейтрино, абсолютнаяточность определения -значений должна быть на уровне 1 эВ или лучше. Такая точностьизмерений может быть достигнута, например, на установке Pentatrap, которая уже находится в финальной стадии тестирования [104].Еще одной задачей в области фундаментальной физики, в которой к нуклидам с малыми энергиями распада проявляется повышенный интерес является задача по определениюпутей протекания процессов нуклеосинтеза в звездах. Так, в настоящей работе было показано, что для правильного понимания -процесса недостаточно просто знания периодовполураспада, измеренных в лабораторных условиях, но необходимо учитывать эффект, связанный с высоко температурными условиями в звездах.
В таких условиях ядра находятсяв высоко ионизованных состояниях, что изменяет полную энергию β-распада. Кроме того,существует немалая вероятность термического заселения низколежащих ядерных уровней.Комбинация этих двух эффектов может приводить открытию новых каналов β-распада и значительному изменению эффективного периода полураспада нуклида. В таблице 6 приведенынекоторые нуклиды, времена жизни которых могут сильно изменяться в звездных условиях.Для того, чтобы с учетом вышеприведенных эффектов можно было правильно оценитьреальный период полураспада нуклида в звездных условиях, необходимо достоверное и точное знание его -значения.
Так, нами было измерено -значение 123 Te на масс-спектрометреShiptrap [7]. Полученное нами значение = 51.912(67) кэВ является достоверным и в 24раза более точным результатом по сравнению с известным до этого литературным значением. На основе полученного результата нами было исследовано изменение эффективногопериода полураспада 123 Te при типичных условиях протекания -процесса. В итоге было показано сильное изменение периода полураспада 123 Te вплоть до 103 лет, что более чем на14 порядков величины отличается от его 1/2 в земных условиях.
Позже, используя нашеновое -значение авторы К.Такахаши и др. показали, что учет эффекта β-превращения с81термически заселенного возбужденного состояния в 159 кэВ приводит к изменению распространенности 123 Te, образованного в ходе -процесса в массивных звездах, сигнализирующимоб особенностях процесса в области тяжёлых ядер [2].В заключение автор выражает благодарность и большую признательность научномуруководителю Новикову Ю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
