Как регистрируют частицы - Боровой А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Реакция (33) была достоверно обнаружена через двадцать три года после опытов Рейнеса и Коуэна и через четырнадцать лет после того, как идея регистрации была опубликована Рейнесом. Все эти годы шло создание и усовершенствование детектора, накопление экспериментальных результатов.
Вероятность (\е-)(л>'е~)-рассеяния для реакторных нейтрино в десятки раз меньше, чем вероятность процесса V + р -> е+ + п. Продуктом реакции является электрон отдачи и это не позволяет использовать такую сложную систему отбора полезных событий и подавления фона, как это делалось в опыте Рейнеса и Коуэна.
Если" рассмотреть хорошо защищенный столитровый сцинтилляционный детектор, расположенный в потоке нейтрино 10l3v/cM2-c, то число рассеяний нейтрино на электроне составит в нем пять штук за час. А фон в области, где лежит основное число электронов, т. е. от 0,2 до 1,5 МэВ, будет в сто тысяч (!) раз больше. Вот количественная оценка трудностей, стоящих перед экспериментаторами, даже если предсказания верны.
Что же предложил Рейнес? Он считал, что лучше всего использовать для регистрации органический сцинтилля-тор, который будет одновременно служить и детектором, и мишенью. Тогда фон будет обусловлен гамма-лучами из окружающей среды, а не внутренними загрязнениям^
100
как в случае, например, NaI. Разделение эффекта и фона может быть основано на различии между сигналом от гамма-квантов и сигналом от электронов отдачи, созданных антинейтрино. Точнее, на различии их пробегов в веществе. Схема центральной части установки, собственно, сам детектор нейтрино, изображена на рис. 22.
Пластический сци.ітилля-тор разделен на светоизо-лированные секции. Свет от каждой из них через светопровод из йодистого натрия и обычный светопровод попадает на фотоумножитель. Нейтринное событие — это сцинтилляционная вспышка в одной, и только одной, секции, поскольку пробег электрона с энергией в несколько МзВ с большой вероятностью целиком укладывается в пластическом сцинтиляторе.
Когда в установку попадает гамма-квант, то он, скорее всего, регистрируется в активной защите из йодистого натрия, который со всех сторон толстым слоем окружает
пластик. Понятно, что когда это происходит в боковых охранных кристаллах, то система регистрирует его как фоновый импульс. А если сцинтилляция возникает в одном из светопроводов, то как отличить ее от импульса, вызванного нейтрино? Тогда используется тот факт, что световые импульсы от NaI и от пластического сцинтиллятора по характеру своего нарастания и спада во времени различны. Специальная электронная схема разделяет их и считает первый как фон.
Наконец, если гамма-квант провзаимодействовал в самом пластике, то с большой вероятностью зто произойдет путем комптон-эффекта. Тогда рассеянный квант еще раз зарегистрируется в детекторе. А любые двойные события считаются связанными с фоном.
Детектор был окружен пассивной защитой — свинцом и кадмием (для поглощения нейтронов). Внешняя
Рис. 22. Схема установки в опытах группы Рейнеса по наблюдению рассеяния антинейтрино на электроне.
101
активная защита представляла собой бак, содержащий более двух тонн жидкого сцинтиллятора, в который и опускалась вся установка. Все эти меры позволили в десятки раз подавить фон и обнаружить эффект.
При включенном реакторе счет одиночных событий составлял 47 штук/сутки, при выключенном — 40. Разность между ними 7 штук/сутки — нейтринные события. Можно было считать доказанным существование этого интересного процесса. Нам остается сказать, что наблюдение рассеяния нейтрино на электроне — одно из самых высших достижений сцинтилляционной техники и техники регистрации малых активностей.
і 1.10. Вопросы и задачи
28. Как вы уже знаете, некоторые косвенные доказательства существования нейтрино были получены А. И. Лейпун-ским в 1936 г. Они носили качественный характер. Позднее А. И. Али-хапов и А. И. Алиханян предложили поставить следующий эксперимент. При электронном захвате из ядра вылетает только одна частица — нейтрино. Естественно, что ядро терпит при этом отдачу — летит в сторону, противоположную вылету этой частицы. Все нейтрино имеют одну энергию и ядра отдачи — тоже. Их можно зарегистрировать и эту энергию измерить. Эксперименты советским физикам осуществить не удалось из-за начавшейся войны. В 1942 г. американец Аллен использовал такую же идею и поставил опыт с изотопом бериллий-7. Он получил энергетическое распределение ядер в полном соответствии с предсказаниями расчета. Оцените, какая энергия уносится ядром, если полная энергия, выделяющаяся при распаде, составляет E0 — 0,864 МэВ. (Используйте релятивистское соотношение между импульсом и энергией нейтрино Ev = pvc — такое же, как для у-кванта.)
29. Система активной защиты состоит из пластин органического сцинтиллятора. В центре одной из них происходит вспышка от зарегистрированной частицы. Оцените, какая часть света останется в пластине и может быть собрана на фотоумножители, стоящие по ее торцам. Используется полное внутреннее отражение (ПВО). Показатель преломления вещества пластины п = 1,6.
