Учреждение Российской академии наук
Институт ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН)
Сотрудники
>> Эксперименты
    В общем
    LVD
    LSD
> АНС
    OPERA
История
Статьи
Фото
Ссылки
Гранты
Темп


Артёмовская научная станция

    Установка Каллапс 100-тонный сцинтилляционный подземный детектор был создан в отделе лептонов высоких энергий и нейтринной астрофизики ИЛИ АН СССР для изучения:
1) антинейтринных потоков от коллапсирующих звезд в Галактике;
2) спектра и взаимодействий мюонов космических лучей с энергиями до 1013 эВ.
    Кроме названных двух основных задач программа исследований включает в себя:
3) изучение потоков адронов, содержащихся в ЯД каскадах, генерируемых мюонами под землей;
4) исследование характеристик распадов трансурановых элементов;
5) поиск галактических вариаций космических лучей;
6) Изучение угловых характеристик мюонов космических лучей;
7) поиск атмосферных нейтрино, приходящих из нижней полусферы.
    Условия экспериментов требуют непрерывной работы установки. События, регистрируемые в задачах 1), 7), редки: предполагаемая частота события, порядка 0.02-0.2 в год, атмосферных нейтрино ожидается около 8-10 в год.
Темп счета в других задачах выше: число мюонов, проходящих через установку, - 5 сек-1 , ливней с энерговыделением > 80 ГэВ - 3 час-1, из них около 15% составляют каскады, генерированные в неупругом взаимодействии мюонов с ядрами грунта.
    Детектор находится в соляной шахте на глубине 570 м.в.э. (г. Артемовск, Донбасс). Он цилиндрической формы, диаметр (556±3) см, высота 547 см. Детектор содержит 105 тонн жидкого сцинтиллятора ЖС) на основе уайт-спирита. Высота столба сцинтиллятора 540 см, плотность - 0,78 г/см3. Размеры и расположение установки определяются целями экспериментов. Регистрация антинейтрино от коллапсирущей звезды основывается на реакции Райнеса-Коуэна взаимодействия антинейтрино с протоном (ядро водорода), входящим в состав сцинтиллятора:
    n e + p -> e + n
    Вклад взаимодействий с протонами ядра 12С мал, т.к. порог взаимодействия ~ 19 МэВ, а энергетический спектр антинейтрино имеет максимум в области ~ 10 МэВ и охватывает интервал от 3 до 30 МэВ. Установкой фиксируется появление обеих частиц - позитрона и нейтрона, при этом определяется энергия позитрона. Импульс от ионизационных потерь позитрона является стартовым для регистрации нейтронов по гамма -квантам захвата на водороде с характерным временем захватав t = 170 мксек.
    n + p -> d* -> d+g, E=2.23МэВ
    Для уверенного обнаружения коллапса необходима достаточно большая масса регистрирующего вещества, так же как и для увеличения эффективности регистрации g-квантов из реакции.
    Увеличение размеров детектора было желательно и с точки зрения исследования взаимодействий мюонов. Это уменьшает недомер энерговыделения каскада за счет выхода его из установки и, как уже отмечалось, приводит к увеличению эффективности регистрации нейтронов, содержащихся в каскадах и используемых для их разделения в зависимости от природы происхождения.
    Масса детектора была выбрана ~ 100 тонн. Предполагалось, что он явится прототипом огромного 1000-тонного монодетектора. На 100-тонной модели планировалось проверить детали конструкторского решения и отработать методику экспериментов. К этому можно добавить, что проблемы создания 100-тонного монодетектора, как и детектора, по массе на порядок большего, качественно отличаются от проблем, с которыми пришлось столкнуться при конструировании жидкостных сцинтилляционных счетчиков массой 0,3 тонны. Нужно отметить, что 100-тонный детектор имеет размеры порядка длины электромагнитного ливня с начальной энергией 100 ГэВ.
    Цилиндрическая форма детектора с почти равновеликими высотой и диаметром была выбрана, с одной стороны, из соображений упрощения оценочных расчетов и технологичности конструкции, с другой.
    Размещение установки в соляной шахте уменьшило фон естественной радиоактивности примерно в 300 раз по сравнению с помещением в обычном грунте. Темп счета составил 1,1*103 имп/сек в диапазоне (1-3) МэВ регистрации энерговыделений от гамма-квантов nр захвата. Глубина расположения и большие размеры детектора снизили фон, связанный с мюонами космических лучей, до 0,4 имп/сек в интервале 5-50 МэВ, где регистрируется позитрон из реакции (I.I). Этот фон создается, в основном, мюонами, пересекающими детектор по коротким путям, и g-квантами каскадов, генерированных мюонами в соли.
    Цилиндрический контейнер детектора сварен из нержавеющей стали толщиной 4 мм. Контейнер герметично закрывается стальной крышкой при помощи поджимающих струбцин и полиэтиленовой уплотняющей прокладки. Для проведения измерений и проверок в крышке сделаны 6 также герметично закрывающихся отверстий диаметром 3 см, расположенных по радиусу, и люк диаметром D = 80 см. В центре контейнера находится опора, D = 10 см, поддерживающая крышку. Детектор имеет систему экстренного слива сцинтиллятора в емкости, находящиеся поблизости. Он установлен на передвигающейся по рельсам платформе и по всей высоте окружен конструкцией для эксплуатации установки. На платформе детектор вдвигается в полость, выбранную в соли по его размеру (среднее расстояние от стенок детектора до грунта - 120 см). В боковой поверхности контейнера сделаны 144 отверстия, D = 25 см, которые с помощью фланцев и фторопластовых прокладов закрыты иллюминаторами из оргстекла толщиной 10 см. Коэффициенты преломления оргстекла и сцинтиллятора одинаковы и равны ~1.5 (для волны l = 4200 А°) .
    К иллюминаторам притираются фотоумножители, просматривающие весь объем детектора. Оптический контакт между фотокатодом и иллюминатором осуществляется посредством смазки на основе вазелина. Внутренняя поверхность контейнера оклеена светоотражающей пленкой - лавсаном с диффузно отражающим покрытием из двуокиси титана TiO2, kотр пленки в области максимальной чувстельности фотокатода используемых ФЭУ (l = 4200 А) равен 0,86.
    Поверхность детектора сделана отражающей с тем, чтобы увеличить число фотоэлектронов для одного ФЭУ от малых энерго-выделений . С этой точки зрения желательна большая прозрачность сцитиллятора для указанной длины света l. ЖС был приготовлен на основе уайт-спирита CnH2n+2 (n=10). Уайт-спирит - низкотоксичное вещество с температурой вспышки +38°С, очищался перегонкой под давлением через хромотографическую окись алюминия Al2O3 с одновременным растворением шифтера POPOP’a C24H16N202 до концентрации 0.03 г/литр. Сцинтиллятор заливался в контейнер порциями по 1,2 м3 , прозрачность каждой порции до растворения POPOP’a контролировалась на модифицированном спектрофотометре СФ-14 с увеличенной базой измерения 80 см и ФЭУ-110 в качестве регистрирующего элемента. Величина прозрачности lсц, постепенно изменялась в зависимости от чистоты Аl203 от ~ 35 до 20 метров. Поддерживать высокую прозрачность можно частой заменой загрязняющейся окиси алюминия. Оптимальное значение прозрачности, с учетом желаемых физических свойств детектора и экономичности, было выбрано lсц,~25 м.
    После заполнения детектора сцинтиллятор был пробарботирован аргоном, затем растворялась сцинтилляционная добавка РРО (С15Н11NО) до концентрации 0,7 г/литр. При барботаже растворенный в сцинтилляторе кислород замещался аргоном, и световыход увеличивался примерно в два раза. Барботирование проводилось при непрерывном контроле до момента, когда световыход прекращал расти. Над сцинтиллятором была создана аргоновая атмосфера.
    Детектор оснащен фотоумножителями трех типов. Для регистрации малых энерговыделений в реакциях (I.I), (1.2) в энергетическом диапазоне I-IOO МэВ используются 128 ФЭУ-49Б (мультищелочной SbKNaCs фотокатод, диаметр фотокатода D=15см), энерговыделения каскадов (10 - 104) ГэВ регистрируются шестнадцатью ФЭУ-ПО (D ф.к.=8 см). 16 быстрых, с фронтом нарастания 3 нсек, ФЗУ-30 ( D ф.к.=5 см) установлены для определения координат ствола ливня и треков мюонов по временам задержек сигналов с выходов умножителей.
    Фотоумножители расположены на боковой поверхности детектора, в среднем, равномерно. ФЭУ-110 и ФЭУ-30 размещены на одном иллюминаторе. Все 144 иллюминатора с фотоумножителями герметично закрыты металлическими кожухами, которые частично играют роль экрана от магнитного поля Земли.
    Детектор разделен на четыре сектора А, Б, В и Г условными вертикальными диаметральными плоскостями. В секторе тридцать два ФЭУ – 49Б и четыре ФЭУ-30. Фотоумножители ФЭУ – 49Б каждого сектора имеют свой источник высокого напряжения ВС-28. ФЭУ-110 и ФЭУ-30 питаются от общего сильноточного источника Б1-4. В секторах установлены распределительные щиты для питания и регулирования коэффициента усиления каждого ФЭУ.
   
   

СТАТЬИ АНС

articles

1. Безруков Л.Б., Бондарев Б.В., Береснев В.И., Захаров А.В., Нюнин М.И., Ряжская О.Г. и др. «Установка для изучения фотоядерных взаимодействий мюонов космических лучей в грунте» Труды Всесоюзной конференции по физике космических лучей, Ташкент, 1968 ч.I, вып. 3. Яд.физ.асп. (1969, Москва) с. 110-114.

2. Безруков Л.Б., Береснев В.И., Зацепин Г.Т., Нюнин М.И., Степанец Л.Н., Ряжская О.Г. и др. «Ядерные взаимодействия мюонов космических лучей с веществом», Изв. АН СССР, 1971, т. XXXV №10, с. 2155-2159.

3. L. Bezrukov, V. Beresnev, G. Zatsepin, L. Stepanets, O. Ryazhskaya “Investigation of nuclear Interaction of Cosmic Ray Muons Underground” Proc. of 12th International Cosmic Ray Conference (Hobart) 1971, N6, 2445-2449

4. Безруков Л.Б., Береснев В.И., Зацепин Г.Т., Нюнин М.И., Степанец Л.Н., Ряжская О.Г. и др. «Исследование ядерных взаимодействий мюонов космических лучей под землей», Ядерная физика, 1972, т. 15, вып. 2, с. 313-325.

5. Безруков Л.Б., Береснев В.И., Зацепин Г.Т., Нюнин М.И., Степанец Л.Н., Ряжская О.Г. и др., «Исследование зависимости ядерных эффектов, вызываемых мюонами космических лучей от глубины грунта», Ядерная физика, 1973, т. 17, вып. 1, с. 98-103.

6. L. Bezrukov, V. Beresnev, G. Zatsepin, L. Stepanets, O. Ryazhskaya “Investigation of Underground Nuclear Interactions of Cosmic Ray Muons” Series of selected papers in physics, 1973, 184, p.176-183.

7. Безруков Л.Б., Зацепин Г.Т., Еникеев Р.И., Ряжская О.Г. и др. «Предварительные результаты исследования ядерных взаимодействий мюонов с энергией до 1012 эВ», Изв. АН СССР сер. физ. 1974, т. 38, №5, 1089-1092.

8. Безруков Л.Б., Еникеев Р.И., Корчагин В.Б., Ряжская О.Г. и др. «Высокоэффективный сцинтилляционный счетчик весом 1800 кт для регистрации нейтронов», ПТЭ, 1975 №3, с. 66-68.

9. Степанец Л.Н., Ряжская О.Г. , «Исследование послеимпульсов, сопровождающих основной сигнал в фотоумножителях», ПТЭ, 1975, №5, с. 174-176

10. Безруков Л.Б., Зацепин Г.Т., Еникеев Р.И., Ряжская О.Г. и др. «Неупругое рассеяние мюонов космических лучей с потерями энергии до 1000 ГэВ и фотоядерное сечение» , Proc. of 14th International Cosmic Ray Conference, 1975, Vol.6, p.1993-1997.

11. Безруков Л.Б., Зацепин Г.Т., Еникеев Р.И., Ряжская О.Г. и др. «Фотоядерное сечение и ядерные потери мюонов», Изв. АН СССР 1976, т. 40, №5, 1046-1048.

12. Chudakov A.E. and Ryazhskaya O.G. “Experimental search for neutrino bursts from collapsing stars: possibilities and planes”, Proc. of neutrino conference “Neutrino 77”, Baksan valley, 1977, T. I, p. 155-169.

13. Безруков Л.Б., Зацепин Г.Т., Еникеев Р.И., Ряжская О.Г. и др. «Исследование неупругого рассеяния мюонов космических лучей с энергией больше 300 ГэВ на ядрах NaCl», Ядерная физика, 1978, т.28, вып. 6 (12), с. 1548-1556.

14. Beresnev V., Enikeev R., Zatsepin G., Korchagin P., Malgin A., Ryazhskaya O., Ryasny V, Stepanets L., “The Possibilities of scintillating installation in Arteomovsk (Ukraine) for collapsing star antineutrino registration”, Proc. of neutrino conference 78 Purdue University, 1979, p. 881.

15. R. Enikeev, G. Zatsepin, V. Korchagin, A. Malgin, O. Ryazhskaya “Investigation of muon inelastic scattering for muon energy up to 3*1012 eV”, Proc. of 16 ICRC, Kyoto, Japan, 1979, v. 10, p.214-219.

16. V. Beresnev, A. Chudin, R. Enikeev, V. Korchagin, P. Korchagin, A. Malgin, O. Ryazhskaya, V. Ryasny, V. Talochkin, V. Yakushev, G. Zatsepin,“100-tons scintillation detector for the registration of the antineutrino fluxes from collapsing stars in our Galaxy and for high energy muon interaction studies” , Proc. of 16 ICRC, Kyoto, Japan, 1979, v. 10, p.293-298.

17. V. Korchagin, O. Ryazhskaya, V. Ryasny, G. Zatsepin “The search for antineutrino fluxes from collapsing object” , Proc. of 16 ICRC, Kyoto, Japan, 1979, v. 10, p.299-304.

18. V. Beresnev, A. Chudin, R. Enikeev, P. Korchagin, V. Korchagin, A. Malgin, O. Ryazhskaya, V. Ryasny, V. Talochkin, V. Yakushev, G. Zatsepin «Стотонный сцинтилляционный счетчик для регистрации потоков антинейтрино от коллапсирующих звезд в нашей Галактике и для исследов.», ПТЭ, №6, 1981, с. 48-51.

19. R. Enikeev, V. Kudryavtsev, A. Malgin, O. Ryazhskaya, G. Zatsepin, “Investigation of muon inelastic scattering with energy up to 5*1012eV” , Proc. of 17 ICRC, v.10, 1981, p. 359-362.

20. Еникеев Р.И., Кудрявцев В.А., Мальгин А.С., Зацепин Г.Т., Ряжская О.Г. «Исследование энергетического спектра и взаимодействий мюонов космических лучей до энергии 1313 еВ на глубине 550 м.в.э.» , (Самарканд) Изв. АН СССР сер. физ., т. 46, №9, 1982, с.1847-1850.

21. Мальгин А.С., Ряжская О.Г., Рясный В.Г., Хальчуков Ф.Ф. «Адроны высоких энергий генерируемые мюонами космических лучей под землей, как источник фона в экспериментах по распаду протона.», Письма в ЖЭТФ, т. 36, вып. 8, 1982, с. 308-310.

22. A. Malgin, O. Ryazhskaya, V. Ryasny, F. Khalchukov, “High energy hadron background in proton decay experiments”, Nuovo Cimento, v.6C,N3, 1983, p.320-326.

23. R. Enikeev, E. Korolkova, V. Kudryavtsev, A. Malgin, O. Ryazhskaya, G. Zatsepin, “Study of inelastic interactions of muon with NaCl nuclei in energy range up to 4 TeV”, Proc. of 18 ICRC, v. 7, 1983, p.82-85.

24. F. Khalchukov, V. Ryasny, O. Ryazhskaya, G. Zatsepin, “The search for antineutrino fluxes from collapsing stars at the Arteomovsk scientific station in 1981-1982.”, Proc. of 18 ICRC, v. 7, 1983, p.112-115.

25. R. Enikeev, F. Khalchukov, E. Korolkova, V. Kudryavtsev, A. Malgin, O. Ryazhskaya, “The characteristics of hadron flux in electromagnetic and nuclear cascades generated by muon underground”, Proc. of 18 ICRC, v. 7, 1983, p.73-76.

26. R. Enikeev, E. Korolkova, V. Kudryavtsev, A. Malgin, O. Ryazhskaya, G. Zatsepin, “The differential spectrum of cosmic ray muons with energy up to 20 TeV”, Proc. of 18 ICRC, v. 7, 1983, p.36-39.

27. Мальгин А.С., Ряжская О.Г., Рясный В.Г., Хальчуков Ф.Ф., «Фоны в экспериментах по поиску распада нуклона», тематический сборник «Частицы и космология» ч.2, Москва, 1984, с. 62-72.

28. Еникеев Р.И., Зацепин Г.Т., Мальгин А.С., Корчагин П.В., Ряжская О.Г., «Возможности 100-тонного сцинтилляционного детектора для исследования неупругого рассеяния мюонов космических лучей с энергией 3*1012 эВ» , Изв. АН СССР, сер. физ., т. 44, №3, 1980, с. 630-633.

29. R. Enikeev, A. Malgin, O. Ryazhskaya, G. Zatsepin, Korchagin P.V., “On method of muon spectrum measurement by the scintillation detectors of a large thickness T > 4 to” , Proc. of 19 ICRC, La Jolla, USA, 1985, v.8, p. 90-93.

30. F. Khalchukov, E. Korolkova, V. Kudryavtsev, A. Malgin, O. Ryazhskaya, G. Zatsepin “The spectrum of cosmic ray muons obtained with 100-ton scintillation detector underground and the analysis of recent experimental results”, Proc. of 19 ICRC, La Jolla, USA, 1985, v.8, p. 12-15.

31. F. Khalchukov, V. Ryasny, O. Ryazhskaya, G. Zatsepin “The capability of the existing network of installations for detecting the antineutrino burst from collapsing stars”, Proc. of 19 ICRC, La Jolla, USA, 1985, v.8, p. 140-143.

32. V. Dadykin, F. Khalchukov, Korchagin V.B., Korchagin P.V., Korolkova E.V. et al. “Neutrino Experiments at LSD and ASD installations”, Proc. of “Neutrino 86”, Sendai, Japan, p. 285-296.

33. Еникеев Р.И., Зацепин Г.Т., Королькова Е.В., Кудрявцев В.А., Мальгин А.С., Ряжская О.Г., Хальчуков Ф.Ф., «Адроны, генерируемые мюонами космических лучей под землей», Ядерная физика, 46, №5 (11), 1987, с. 1492-1502.

34. E. Korolkova, V. Kudryavtsev, A. Malgin, O. Ryazhskaya, G. Zatsepin, “Study of inelastic muon scattering with 100 ton Arteomovsk scintillation detector”, Proc. of 20 ICRC, Moscow, Russia, v.6, 1987, p. 182-185.

35. F. Khalchukov, Kuznetsov V.A., V. Ryasny, O. Ryazhskaya, G. Zatsepin “Search for antineutrino fluxes from collapsing stars at the Arteomovsk scientific station”, Proc. of 20 ICRC, Moscow, Russia, v.6, 1987, p. 281-283.

36. Khalchukov F.F., Kuznetsov V.A., Ryasny V.G., O.G. Ryazhskaya, Vinogradova D.A., “Measurements of the neutron energy spectrum underground”, Proc. of 20 ICRC, Moscow, Russia, v.5, 1987, p. 266-268.

37. Еникеев Р.И., Зацепин Г.Т., Королькова Е.В., Кудрявцев В.А., Мальгин А.С., Ряжская О.Г., Хальчуков Ф.Ф., «Исследование спектра мюонов на глубине 570 м.в.э. под землей с помощью 100т. сцинтилляционного детектора», Ядерная физика, 47, 4, 1988, с. 1044-1053.

38. Зацепин Г.Т., Королькова Е.В., Кудрявцев В.А., Мальгин А.С., Ряжская О.Г., Хальчуков Ф.Ф., «Исследование неупругого рассеяния мюонов на 100-тонном сцинтилляционном детекторе», Ядерная физика, №4,т. 49, вып.2, 1989, с. 426-435.

39. F. Khalchukov, E. Korolkova, V. Kudryavtsev, A. Malgin, V. Ryasny, O. Ryazhskaya, G. Zatsepin, O. Saavedra, “Hadrons and Other Secondaries generated by Cosmic Ray Muons underground”, Nuovo Cimento, Vol. 18C, N 5, 1995, p. 517-529.

40. О.Г. Ряжская, «Нейтрино от гравитационных коллапсов звезд: современный статус эксперимента.». УФН, т. 176, №10 (2006), 1039- 1050.

41. А.С. Мальгин, О.Г.Ряжская «Нейтроны от мюонов под землей», Яд. Физ., т. 71 № 10 с. 1800-1811, 2008.

42. В.В. Бояркин, О.Г.Ряжская, «Поваренная соль как мишень для нейтрино от Сверхновых», Труды конференции 30 РККЛ 2008, Изв. РАН Сер. Физ. т.73, №5, (2009) с. 691-693

Сотрудники | Экспериметы | История | Статьи | Фото  | Ссылки | Гранты | Темп |
Главная страница
E-mail: agafonova@vaxmw.tower.ras.ru
Тел.: +7(495)954-40-38