Реферат: Название эксперимента

Название эксперимента

EXO (Enriched Xenon Observatory); EXO200

Руководитель, его e-mail и телефон

Д.Ю. Акимов, akimov_d@itep.ru, тел. 59-84 (129-95-84).

Список участников эксперимента от ИТЭФ, их год рождения и должность. * отметить тех, у кого предполагается защита диплома или диссертации

Д.Ю. Акимов, 1958 г.р., начальник лаборатории (50% з/п)

А.Г. Долголенко, 1935 г.р., начальник лаборатории (без з/п)

О.Я. Зельдович, 1938 г.р., начальник лаборатории (без з/п)

А.К. Карелин, 1961 г.р., научный сотрудник (50% з/п)

А.В. Кученков, 1962 г.р., инженер (50% з/п)

В.Н. Стеханов 1953 г.р., научный сотрудник (50% з/п)

Участие других институтов (для известных коллабораций можно не приводить)

- Стэнфордский Университет, Стэнфорд, Соединённые Штаты Америки

- Стэнфордский Центр Линейных Ускорителей (SLAC), Стэнфорд, Соединённые Штаты Америки

- Университет Нюшатэль, Нюшатэль, Швейцария

Статус эксперимента (разработка предложения, изготовление прототипов, создание детектора, набор статистики, обработка данных и др.)

В настоящее время установка EXO200 перевезена из SALC в шахту WIPP в штате Нью Мексико, США в низкофоновую подземную лабораторию. В ближайшее время (2008 г.) начнутся работы по монтажу жидкоксенонового детектора внутри криостата. После этого - запуск детектора и набор статистики в течение 2 лет.

Установка EXO200 является прототипом для полномасштабного детектора EXO с массой рабочего вещества (136Xe) порядка 1 т, который, предположительно, будет располагаться в подземной лаборатории SNO, Канада.

Ведутся исследования по реализации уникальной (только в случае 136Xe) возможности использования метода лазерной идентификации ионов 136Ba, являющихся продуктом -распада 136Xe.

Предполагаемые научные результаты и их соотношение с мировым уровнем

Полученные недавно данные по осцилляциям нейтрино указывают на то, что масса нейтрино должна лежать, скорее всего, в диапазоне масс 0.01 < m < 1 эВ. Наблюдение безнейтринной моды двойного бета-распада явилось бы подтверждением наличия массы у нейтрино. Такой эксперимент крайне осложнён тем, что ожидаемый период полураспада для такой величины массы нейтрино крайне велик (при массе < 0.1 эВ - T1/2 > 10 27 лет). Для регистрации такого процесса необходимо, чтобы масса детектора была около тонны или более исследуемого вещества двойного бета-распадчика, и эксперимент должен проводиться в условиях подземной низкофоновой лаборатории.

По результатам последних расчётов:

- без использования идентификации по 136Ba для детектора EXO200 с массой жидкого ксенона 200 кг, при ожидаемом радиоактивном фоне в области энергий безнейтринного двойного бета распада в 40 событий, за два года наблюдений предел на период безнейтринного двойного бета распада составит - 6.4x1025 лет;

- при использовании идентификации по 136Ba для детектора EXO с массой 1 т жидкого 136Xe за 5 лет, при ожидаемом радиоактивном фоне в области энергий безнейтринного двойного бета распада в 1 событие, за 5 лет наблюдений предел на период двойного безнейтринного бета распада составит - 2x1027 лет.

Существующий в настоящее время предел на период двойного безнейтринного бета распада 136Xe, полученный группой DAMA, составляет >4.5×1023 лет.

Детектор EXO200 позволит зарегистрировать также двух-нейтринную моду двойного бета- распада 136Xe, которая до сих пор ещё не наблюдалась.

Очень краткое описание конструкции установки (для создаваемых ИТЭФ (частей) установок) или ссылка для известных экспериментов

Ксенон является одним из немногих уникальных элементов, которые могут быть одновременно использованы в качестве «двойного бета-распадчика» и детектирующего вещества.

Установка EXO200 представляет собой время-проекционную жидкоксеноновую камеру, состоящую из двух секций с длиной дрейфа 16.5 см в каждой с общим катодом и с массой ксенона в чувствительной области ~200 кг, активной антинейтронной защиты и пассивной свинцовой защиты. Пассивной защитой является также медная стенка криостата (заполненного особо чистым фреоном) толщиной 25 мм. Установка располагается в подземной лаборатории в соляной шахте WIPP на глубине 550 м. Время-проекционный детектор, располагающийся внутри криостата, представляет собой цилиндр из особо чистой бескислородной меди, заполненный жидким ксеноном, в котором находятся электродная система, просматриваемый матрицами LAAPD (лавинные фотодиоды большой площади). К дрейфовому промежутку приложено электрическое поле напряженностью ~4 кВ/см.

В детекторе EXO 1т будет производиться мечение продукта -распада 136Xe – иона 136Ba – методом резонансной лазерной идентификации ионов. Наблюдение таких ионов будет являться абсолютным доказательством регистрации факта двойного бета-распада – "бесфоновый" эксперимент.



График проведения работ (2008г.)


Наименование работы

январь

февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

участие в сборке и отладке детектора примесей в жидком Xe в SLAC





































участие в сборке теплоизолированной криогенной системы на основе фреона в установке EXO200 в WIPP





































участие в сборке системы электродов жидкостного время-проекционного детектора эксперимента EXO в SLAC





































участие в сборке и отладке детектора примесей в установке EXO200 в WIPP





































участие в монтаже системы электродов жидкостного время-проекционного детектора в установке EXO200 в WIPP












































































участие в отладке электронных каналов системы регистрации ионизационных сигналов в детекторе EXO200








































Оценка стоимости установки и всего эксперимента (включая заработанную плату, материалы, оборудование, пучки, энергозатраты, и т.п.), запрашиваемой в ИТЭФ; выделить в 2008 году.

Для уже ведущихся экспериментов провести оценку стоимости их продолжения


2008 – 2010 гг. (эксперимент EXO200)

3000000 руб. – з/п, 600000 руб. – командировочные

итого – 3600000 руб.


2008 г.

1000000 руб. – з/п, 200000 руб. – командировочные

итого – 1200000 руб.


Роль (visibility) ИТЭФ в эксперименте

Участие в разработке детектора и газовой системы и создании установки в подземной лаборатории WIPP.

Обеспечение коллаборации возможностью произвести обогащение ксенона в количестве более 200 кг на Российских центрифугах и обеспечение 100 кг 136Xe, полученными из ксенона, имеющегося в ИТЭФ. Первоначально, концептуальная проработка газовой опции детектора и R&D по ней.


Грантовая поддержка

Грант NATO на поездки в 2003 – 2004 гг.


Для уже ведущихся экспериментов включить в заявку краткий отчет за последние годы (2004-2007), включающий основные результаты эксперимента, полученные с существенным вкладом ИТЭФ, список соответствующих публикаций и докладов, сделанных сотрудниками ИТЭФ на международных конференциях.

Разработана и создана газовая система жидкостного криогенного детектора;

Выполнены работы по инженерному проектированию отдельных элементов установки EXO;

Испытана сборка из семи лавинных фотодиодов большой площади (LAAPD) в жидком Xe, исследованы их характеристики.

Публикации:

1. Systematic study of trace radioactive impurities in candidate construction materials for EXO-200.
D.S. Leonard et al., Submitted to Nucl. Instrum. Meth. e-Print: arXiv:0709.4524 [physics.ins-det]

2. D. Akimov et al., EXO: An advanced Enriched Xenon double-beta decay Observatory. Nucl. Phys. Proc. Suppl. 138:224-226, 2005.