Использование пластических сцинтилляторов большой площади для модернизации баксанского подземного сцинтилляционного телескопа и регистрации редких событий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

Клименко Николай Федорович

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКИХ СЦИНТИЛЛЯТОРОВ

БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДИ ДЛЯ МОДЕРНИЗАЦИИ БАКСАНСКОГО ПОДЗЕМНОГО СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО ТЕЛЕСКОП \ И РЕГИСТРАЦИИ РЕДКИХ СОБЫТИЙ

01.04.16 - ФИЗИКА ЯДРА И ЭЛЕМЕНТ АРНЫХ ЧАСТИЦ

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК

МОСКВА 1992

Работа выполнена н Институте ядерных исследовании РАН.

Научный руководитель .

доктор физико-математических наук

Е.Н. АЛЕКСЕЕВ

Официальные оппоненты:

доктор 'физико-математических наук Н. М. НЕСТЕРОВА

кандидат физико-математических наук Л. Б. БЕЗРУКОВ

Ведущая организация:

Научно-исследовательский институт ядерной физики Московского Государственного университета им, М.В. Ломоносова.

Института ядерных исследований РАН. < Москва, проспект со-летия Октября, дом 7-а).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института ядерных исследовании РАН.

Защита состоится

на заседании Спе|. ...... _ ..

Ученый секретарь совета

кандидат физико-математических наук Б.А. ТУЛУПОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Установки,расположенные в подземных условиях, предоставляют уникальные возможности для изучения редких событий , обусловленных слабым взаимодействием, фотоядерными взаимодействиями мюонов и процессами , предсказываемыми моделями большого обьединения, что имеет важное значение для понимания природы элементарных частиц. Так как сечения данных процессов ничтожно малы, то для их регистрации необходимы установки с большими эффективными площадями и массами, малыми фонами.Создание таких установок является сложной и дорогостоящей задачей, поэтому модернизация Бак-санского подземного телескопа - действующей установки, отвечающей необходимым требованиям, представляется оптимальным решением для постановки эксперимемента по регистрации подобных событий.

Цель настоящей работы - разработать стандартный детектор на основе пластических сцинтилляторов, определить основные его характеристики, показать, что данный детектор является удобным модулем для монтажа сцинтилляционных слоев большой аффективной площади и постановки эксперимента по регистрации репких событии в подземных условиях,изучить фон эксперимента. на основании набранной статистики измерить потоки высокоэнергичных нейтронов, генерируемых а тмосферными мюонами в скальном грунте,оценить постоянный поток высокоэнергичных нейтрино от Солнца и поток нейтрино во время солнечных вспышек, получить ограничение на время жизни протона.

Новизна работы. Использование пластических сцинтилляторов для проведения модернизации действующей установки в подземных условиях. Сочетание активной антисовпадательной защиты с применением метода измерения времен пролета для регистрации частиц, пересекающих два внутренних слоя снизу вверх.на фоне ат-

мосферных мюонов. Измерен поток нейтронов высоких энергий С Еи > 200 МэВ ) , генерируемый мюонами в скальном грунте на глубине йЬО м.в.э.

Практическая и научная значимость работы. Разработанный большой пластмассовый сцинтилляционныи детектор является удоб иым модулем дня изготовления слоев детекторов с большой эффективной площадью регистрации в подземных условиях.Собранные

два слоя ( 24 м2 и 1Ь"Ь м2 ) на функционирующем Баксапском телескопе включены в единою систему регистрации. Измеренный поток нейтронов, генерируемый мюонами в скальном грунте на глубине 850 м.в.э., согласуется в пределах точности с оценкой 1'

Оцененная величина показателя энергетического спектра таких

2 \

нейтронов отличается от даваемого в литературе . Экспериментальная регистрация на телескопе событий от высокоэнергичных нейтронов и величина измеренного потока на нашей глубине позволяет считать, что нейтронный фон необходимо учитывать при постановке экспериментов на других подземных установках.

Апробация работы. Основные результаты приведенные в диссертации, сообщались и обсуждались на Международных конференциях по космическим лучам в Киото ( 1879 ), Париже < 1Э&1 >, Бангалоре ( 3 983 >. На Всесоюзных конференциях по космическим лучам и на семинарах отделов БНО и ЛВЭНА'ИЯИ.

Публикация и объем работы. Основные результаты диссертации опубликованы в девяти работах. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 153 страницы текста, включая 43 рисунка, 1Ь таблиц и список литературы из 117 наименований.

' 1. Мальгин A.C. и др.■Письма в ЖЭТФ, т 36,выл.8,сгр 300. Z. F.F. Khalchukov et al. Proe. of Uiö 20 ICRC.Moskow, 1987,v.5,p.266.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанный на основе пластического сцингаплятора детек-

2

тор площадью 1м имеет коэффициент неоднородности 0,2, энергетическое разрешение при прохождении заряженной частицы п,55, диапозон измерения энерговыделений 6-20ПП0 МэВ, временное разрешение 5нс, темп счета самопроивольных срабатываний выше порога 1,8-10~3с~'.

2. Характеристики изготовленных пластмассовых детекторов

в пределах lu:; точности одинаковы для всех детекторов, что позволяет изготовлять сцинтиллнциопиые слои большой площади.

3. Собранные в подземных условиях два регистрирующих слоя общей площадью 189 м2 включены в систему регистрации Бак-санского сцинтилляционного телескопа. Расширены возможности установки - увеличено число каналов для измерения времен пролета, энерговыделения, причем в отдельном детекторе

с порогом 0,5 loin .

4. Снижен мюонный фон на 40 % для внутренней плоскости по программе поиска нейтрино от коллапса звезд.

5. Примененная время-пролетная методика дает возможность с достаточной степенью надежности выделять события прохождения частицы снизу вверх между двумя внутренними слоями на фоне большого потока мюонов сверху. Вероятность имитации обратного движения за счет ошибки измерения времени пролета ~ ю" 3.

6. Сочетание активной аптисовпадательнои защиты и время-про летной методики снижает фон при проведении эксперимента по поиску редких событий до ~ 1 события в год.

7. Измеренный поток нейтронов высоких энергий íEn>2U0 МэВ ¡, генерируемый мюонами в скальном грунте, равен-.

Р -(2.5 ± 0.5> 10" W1- на нижним слой жидкостных

детекторов,

р -(3.8+0.5) 10"°м"2с"1- на боковую поверхность

установки.

Оцененный показа!ел!> энергетического спектра r=-1.7 + 0.5. У. Время жизни нуклона 'Г > G.9-1031 лет для основных в

ап(Ь> моделях мол распада на 90% уровне достоверности.

9. Ограничение на потоки высокоэнергетичных неитрино: от Солнца - р <0.3 см~2с"1 1Е1> > 200МэВ);

4 -2-1

солнечных вспышек - р< 9-10 см с .

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во »ведении излагается краткая история сцинтилляцион-ного метода регистрации элементарных частиц, использования пластических сиинтилляторов для этих целей и дан краткий обзор экспериментов по регистрации редких событии, обусловленных взаимодействием атмосферных нейтрино и мюонов в грунте,а так же возможным распадом протона.

В первой главе приведены требования, пред'являемые к детектору, необходимые для модернизации Баксанского телескопа, обосновывается использование пластического сцинтиллято-ра . Описывается конструкция разработанного детектора (рис 1). Размер детектора -( 1005 хЮ05 >:730 ) мм3; Масса - 68 кг;

з

Объем пластического сцинтиллятора - <1000x1000x50) мм ;

Определены экспериментально и рассчитаны основные характеристик] Коффициент светосбора - 0,05;

НеЗдйоркйотость коэффициента' светосбора - 0,2;

■ • Число .фотоэлектронов на фотокатоде • - 27Ь"; '

Диапазон измерения энерговыделении - 6 -20000 МэГЗ; Энергетическое разрешение .. - 0,55;

•Временное разрешение - 3 не.

Но второй главе дается описание экспериментальной установки • Баксанского подземного сцинтиллиционного телескопа, его основные характеристики до и после модернизации, а так же параметры собранных пластмассовых слоен и возможность их применения в некоторых штатных программах. Телескоп располагается в подземном помещении обьемом 12000 м? на эффективной глу-2

Сине ЬЬи гг/см и представляет собой параллепипед с основапи-

2

ем <1Ь,их1б,б > м и высотой 11,1 м , грани и два внутренних горизонтальных слоя которого собраны из стандартных жидкостных сцинтилляционых детекторов (рис 1).

а) жидкостной сцинтилляционный детектор, 1 - иллюминатор, 2 - фотоумножитель ФЭУ -49, о - делитель напряжения <ЮУ. 4 - светозащитной кожух,5-блок электроники, 6 - жидкий оцинтиллятор, 7 - алюминиевый контейнер.

С) плаомаосовый детектор ) - пластический оцин-тидлятор, 2 - полый диффузор, 3 - фотоумножитель ФЗУ -49, 4 -делитель напряжения, 5 - светозащитный кожух, 6 - логарифмический преобразователь, 1 - поддон.

Рис. 1. Схематический разрез Баксапокого подземного телеокопа и типы регистрируемых событий в 'эксперименте, I - пролет частиц онизу вверх на участке 2 горизонтальный слой -- пластик, II- разлет частиц из 2 слоя, Ш - пролет нижним и 2 жидкостными слоями. IV - продет '"низу вверх трех жидкостных слоев, V - пролет двух жидкоетинх слоев, VI - пролет трех слоев.

Общее число жидкостных детекторов па телескопе - ЗХЬО.

Изучение редких событий на телескопе по программе распада протона^' показало, что для улучшения параметров и понимания природы регистрируемых фоновых событий необходимо было провеет модернизацию. Поскольку в данной задаче продукты предгюлагаемог распада регистрировались только в слое сцинтиллятора толщиной 30см, то для увеличения эффективной массы над исследуемым слск необходимо установить дополнительный регистрирующий слои, с помощью которого измерять энерговыделения и времена пролета. Для уменьшения фона мюонов со стороны их максимального потока смонтировать вертикальный слой. В качестве стандартного модуля пластмассовый детектор выбран благодаря своему относительно небольшому весу.низкому порогу регистрации, достаточно хорошим временному и энергетическому разрешениям и возможности сборки из них больших площадей в подземных условиях.

На рис. 1 показан схематический разрез телескопа после модернизации. Слои пластмассовых детекторов расположены ьнутри телескопа. Один слой расположен горизонтально на высоте 6,4 м другой - вертикально на высоте 3,8 м . Горизонтальный слой собран из 165 детекторов в виде квадрата 13x13 и крепится к потолку второго этажа Вертикальный слои, состоящий из 24 детекторов, ( 2x12 ) укреплен на вертикальной стенке с внутренней стороны между вторым и третьим слоями жидкостных детекторов.

Общее число смонтированных и включенных в систему регистращ Баксанского телескопа пластмассовых детекторов составляет 189.

Основные характеристики пластмассового слоя следующие: амплитудное разрешение - 50%;

временное разрешение - 6 не;

темп счета при антисовпадательной защите - 0,3 с-1; угловое разрешение пары

жидкостной - пластмассовый горизонтальные слои - ?.1°; среднеквадратичная ошибка измерения c/v мюонов на том же участке - О,¿9;

вероятность имитации пролета снизу вверх - 1,5-10"^; то же при минимальной пролетной базе 8 не - 5-10 >) Алексеев E.H. и др. Письма в ЖЗТФ.т. 33, с. 664.

Модернизованный телескоп имеет больнмм площадь регистрации на lfl'J м~, массу на 9т: число слоев на ; детекторов на 1Йм па сравнению с телескопом до модернизации. Пластмассовые слои имеют порог па С Мз13 ниже, . чем жидкостные .Между вторым снизу жидкостным и иласмассовым слоями нет вещее тна, что позволяет регистрировать события пролета частиц между эшми слоями с порогом ?.V, М'.)В. До модернизации порог составлял - :;пн МэН.

пластмассовые слои могут быть использованы при проведении штатных задач на телескопе таких как: регистрация потока аптиноитрино от коллапсирующих звезд и каскадные ливни, инициируемые мюонами под землей.

Пластмассовые детекторы имеют размеры отличные от размеров жидкостных детекторов. Щели пластмассовых слоев не совпадают с щелями жидкостных слоев. Мюоны, прошедшие в щели жидкостных детекторов, регистрируются в пластике, что снижает величину фона от мюонов по программе регистрации антинейтрино следующим образом:

нижний слои на 0,3 % второй слой на 4 2 z тротии слои на 2 X.

Для использования пластмассовых слоев при регистрации каскадов они были откалиброваны при больших энерговыделе! шях. С этой целью отбирались ливни полностью лежащие в границах жидкостного и пластмассового горизонтальных слоев. Характеристики жидкостного слоя хорошо изучены.Между ними отстству-ет вещество, поэтому энерговыделения в слоях пропорциональны толщинам сцинтилляторов. Коэффициепг корреляции двух измерении u.a. Отношение энерговыделений 4,8 ± 2,3 , что соответствует толщинам сцинтилляторов.

13 п^етьеи главе приведена методика использования пластмассовых слоев сцинтилляционных детекторов в эксперименте по регистрации редких событий , оценен фон задачи и расчитаны: эффективности регистрации нейтрино и нейтронов, оценены темпы счетов редких' событии обусловленные потоками атмосферных неитрино и нейтронов, генерируемых мюонами в скальном грунте, определена эффективная масса при регистрации продуктов распада нуклонов.

Установка двух дополнительных слоев пластиковых детекторов на внутренних поверхностях установки позволила получить эффективным объем наиболее защищенный от мюонов внешними слоями жидкостных детекторов при использовании их в качестве анти-еовпадательной защиты. Поэтому основной идеей эксперимента по использованию пластических детекторов при регистрации редких событий является детектирование с их помощью частиц, движущихся снизу вверх на фоне потока мюонов сверху вниз. Использовании для этой цели время-пролетной методики в сочетании с активной защитой позволило уменьшить фон- Наиболее характерные типы событий, регистрируемые в эксперименте, показаны на рис.1

На Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе регистрация мюонов от нейтрино из нижмеи полусферы проводится с 1978 года. Исследовались события от нейтрино с энергиям! несколько ГэВ и выше. Применяя описанную.выше методику, имеется возможность регистрации нейтрино меньших энергий, так как порог для событий 1 типа составляет ~ 20 МэВ, что соответствует пороговой энергии нейтрино Evltv 150 MjB, Ei> 40' МэВ.

ц е

Для оценки возможности регистрировать потоки нетрино , определения эффективности регистрации для выбранных типов событий i их характеристик был проделан расчет методом Монте-Карло прохоя дения нейтрино различных типов через установку. Рассчитанные темпы счета событий, вызываемые взаимодействиями атмосферных неитримо из нижней полусферы, составляют: 1 тип - 0,4 год-1; 111 тип - 0,6 год-1; IV тип - 1,2 год-1; VI тип - 0,5 год-1.

На рис. 2 приведено распределение, наиболее используемых в дальнейшем, событий 1 типа по найценным характеристикам. Такими характеристиками являются : энерговыделение в жидкостном слое (Еж), в пластмассовом (Епл), отношение энерговыделений (к=Еж/Елл), скорость пролета ((^.Девяносто процентов событии имеет отношение энерговыделении в слоях от 4 до 20 и скорость пролета от 0,8 до 1,7 с.

Для оценки возможности регистрировать поток нейтронов, определения эффективности регистрации для различных типов событий и их характеристик был проделан расчет методом Монте-Карло прохождения нейтронов через установку. Разыгрывались 8

прохождения нейтронов следующих энергии: н.г, 0.3,0.5,1-8ГэВ. Для каждой энергии число испытаний составило не менее Ю4.

Для каждого типа событии находилась усредненная по спектру эффективность регистрации по формуле:

Кк

X

W . ( Е ) Е i J i n n

К i

H. .-----------,

i

J kn .1 E J n

Km i n'

где liiin - порог регистрации; ti i . - границы диапазона

энергии нейтрона; (Е л - эффективность регистрации в середине диапазона, определенная из розыгрыша.

Спектр генерации нейтронов от мюоноп апроксимировался степенной функцией с - -1,7.

Ожидаемый темп счета событий i-типа на установке, обусловленный потоком нейтронов, может быть вычислен по формуле:

2 Л. Л/2

п = Г Г f W. (Е ') А Е* S (d,<p) oos & sin & dO din JEa,

i J J J i 4 n n n'

£ O O

III 1II

где А - постоянная энергетического спектра нейтронов; W. (К j - эффективность регистрации ciAunw i-типа для нейтронов с энергией К ; ^( ■), <¡> )- эффективная площадь боковой поверхности установки; 0 , ц> - углы прихода нейтронов; Enili -пороговая энергия нейтронов; ■(=-}.'/ - показатель энергетического спектра нейтронов.

Постоянную энергетического спектра найдем из потока неит-ронов. данного в работе 1 ' для глубины Каксанского телескопа.

Результаты расчета, усредненной по спектру, эффективности регистрации и темпов счета событий при потоке 1^ представлены в таблице 1.

Аналогичный расчет был проделан для потока нейтронов, но падающего па нижний горизонтальный жидкостной слои. Оцененные эффективности регистрации и темпы счета событий при потоке1^ приведены в таонице ¿.

Таблица I

Тип события I II ш IV V .VI

Эффективность регистрации х нИ 4 . ¿1', 0. 36 0 .52 0.02 0.77 0. 2

Темп счета (год-1) 75 е а 0.3 13 л

Таблица

Тип событий I II III IV V VI

Эф- ть регистрации 0. 0Й6 0.001 о.оа! Г).01 0.003 и. 002

•Темп счета (год-1) 102 17 1377 170 51 34

Распределение событии 1 типа от взаимодействий нейтронов приведено на рис. г.

I Ыасмассовые слои были использованы в эксперименте но изучению распада протона для регистрации движущихся снизу вверх продуктов предполагаемого распада нуклонов вещества второго снизу горизонтального жидкостного слоя и бетонного перекрытия под ним. Продукты реакции регистрируются в двух жидкостных слоях и горизонтальном пластике. Четыре внешних вертикальных и два верхних горизонтальных жидкостных слоя * ое>разуют антисовпадательную защиту. Событиям распада протона соответствуют события 1 и 11 типов ( рис. 1). Для определения эффективных масс для этих типов событий был проделан розыгрыш методом Монте-Карло распадов протона р и п по двум , основным в ¿11(5) моделях, модам распада:

+ о

р => а + П

I

■ ¿Г

+

п => д + е

Количество разыгранных событии составило 2000, по шоп для каждой г>еакции. Точки распада были равномерно распределены в

> еме сцинтиллятора и перекрытия пол ним. Общая масса детек >рои и бетонного перекрытия -326 тонн, число нуклонов -1" ' • Эффективность регистрации распада по I типу - 1Ъ%, 1 ! 1 - соответствующие эффективные массы равны; ьи т

14 т. На рис. Z представлено распределение, ■ полученное из >зыгрыша событии 1 чина. Большая часть событий (« 90%; ie<; 1 следующие характеристики: 2 < к . 10 . 5 и 0 . 8 <. ¡3 1.7 .

При регистрации редких событий особенно важной являет-1 точная оценка фона установки. Результаты оценок и отдельно эксперимента по изучению фона от прошедших через защиту оочов представлены в таблице 3.

Таблица 3

Источник фона ТИП события Прим.

I II II TV V VI Темп счета ( год-1)

.Случайные совпадения -4 -12 -4 -О -4 - й 10 10 1U 10 10 10

.Ошибки измерения времени пролета 0.У Ь 0,02 U.4 0.1 и,оь а,г иГ2ю"~ iu""'url 1" ■ 1нс 1 > вне

.Ьзаимодеиствие ммонов, прошедших защиту,в стенках Из них зарег-ся в верт пластике и отметчиках 3,7 59 0.7 U, (12 0,2 0.14

2,7 31 0 0 .04 .04

. и-« распады 0.1 0 и 0 и 0

Итого 1 2У Л J 0,02 0,2 0,1

Как видно из таблиц!! а фон установки всех ( за исключением I типа» событии мал. что позволило пронести эксперимент по ре лСтрации редких событии. Распределение событий 1 типа мкюн-г>го фона показано на рис. ¿ точками.

ф

ч. ф

ф

X Ф

а

I 10°

о

-1

0,5

1,0

1,5

2,0

Скорость пролета, с

2

Рио. 2. Распределение событий I типа в плоскости отношения энерговыделений и скорости пролета, ♦ - события розыгрыша прохождения нейтрино, + - события розыгрыша прохождения нейтронов, * - события распада протона, - имитация мюомами ( эксперимент ), о - зарегистрированные события.

В четвертой главе проведен анализ полученных экспериментальных данных и приведены основные результаты по регистрации >едких событий. рассматривается информация набранная за календарное время 4,42 года, время экспозиции 3,t> года, живое зремя 3,24 года. За это время зарегисгрироиано событий различных типов -1 - 115, 11 - 208, 11 1 - 43, IV - 7, V - 14, /1 - 5. Из анализа характеристик событии следует определенны» зыыод о природе зарегистрированных событий: во-первых, боль-лая часть всех типов зарегистрированных событии не является следствием ошибок в системе измерения времен пролета; во-аторы}<, большая часть событии не связана с пролетом снизу LiDopx заряженных релятивистских частиц; в третьих, только события 11 типа определяются взаимодеиствиями в вертикальных стенках установки мюонов, прошедв!их без регистрации защиту, остальные же типы событий не обг>ясняются взаимодеиствиями мюонов. Сравнение характеристик экспериментально зарегистрированных событии и событий, полученных из проделанных розыгрышей, позволят сделать вывод, что основная часть экспериментальных событий определяется потоком нейтронов. Применение критерия согласия Пирсона так же позволяет утверждать, что совокупность событий не противоречит гипотезе о нейтронной природе своего происхождения. Достаточно наглядно природа зарегистрированных событий 1 типа видна из распределения, приведенного на рис.2.

Используя эти утверждения, оценены, учитывая фон (таблица 3) и эффективности регистрации (таблицы 1,2} , потоки нейтронов:

а) на нижний слой жидкостных детекторов (из 111 и IV типов }

F = ( 2,5 ± 0,5 )10-8 м-2 с"1,

б) на боковую поверхность установки ( из 1 , V , VI типов)

I' = ( 3,8 ± 0,4 ) 10~ó м-2 с"1.

Энергетический порог регистрации ней тронов 200 МэВ. Он мини-мальныи для событии 1 типа и выше для событий остальных типов. Усреднение эффективностей регистрации для всех типов событии поэтому проводилось от минимальной энергии 200 МэВ до бесконечности и, следовательно, в оцененном потоке энергия нейтронов больше 200 МэВ.'

Поток нейтронов с Еи - 0,7 ГэВ при предполагаемом степенном

4

виде энергетического будет равен: Р = (1,47 10 в год па 1 сон

|)

боковой поверхности, что при указанной точности 'совпадает с оценкой. Наилучшее согласие темпов счета событий с различным порогом регистрации получается при показателе степенного спектра ч = - 1,7.

13 свяли.с вопросом о темной материи < Ы1НР') и о ны-сокознергичных нейтрино, как источнике ее обнаружения представляется интересным попытка регистрация постоянного потока нейтрино на установке. В работах 'в качестве интересного объекта наблюдения рассматривается Солнце.

Распределение всех событий 1 типа в зависимости от угла между направлением движения частиц и направлением на Солнце в пр делах статистического разброса по косинусу угла равномерно. Шесть событий имеют по всем параметрам ( Еж, Епл, к, р ) характеристики взаимодействия нейтрино и они в системе координат Солнца в пределах углового разрешения 21° не зарегистрированы, что позволяет оценить постоянный поток высокоэнергичных неитриио от Солнца. В таблице 4 приведены для различных энергии нейтрино эфиктивности регистрации и ограничения на потоки, с соогветсвующими энергиями.

Таблица 4

кч< МэВ) 200 500 1000 2000 3000 4000 5000 81 ¡00

Эффективность 0.01 0.22 0.48 0. 16 0.06 0.035 0. ОН 0.03

I (см"' сГ1> Ч' 1Й 0.3 0.07 (1.11 I). 18 0.24 0.22 0. 10

Т. К. 0а1заег. РИуз . Кеу. , 0 34, 1;.. 2206, 1986.

7). П. СНЫег. Ргоо. оГ 2ЦЬ Йутр. иР-87, р.51.

8). .) . 1.а ¿есоо еЬ а!. Ргоо. оГ К:КСЛ£Ш7, у.О, р. 220.

Как Ьыло показано в работах <?'во время солнечных вспышек с числом протонов Np(E>30 МэВ)-1034 и более возможно рождение нейтрино-с энергиями, выше порога регистрации на нашей установке. Потоки неитрино от вспышек с большим числом протонов ьудут на несколько порядков превышать потоки атмосферных нейтрино. Используя приведенный спектр неитрино и рассчитанную эффективность регистрации, можно оценить поток нейтрино на Земле во время вспышки. Длительность вспышки t=luOO с . За все время набора от Солнца в любые интервалы по 1000 сек не было, зарегистрированно ни одного события. При отсутствии зарегистрированных событий для 9 и я

2

доверительного интервала число мюонных нейтрино через 1 см за весь период вспышки составит: Ф i>(i 0,9 10® см "2. Из 115 событий за ~ Згода наблюдения 6 событий, по всем параметрам имеют характеристики событии розыгрыша распада нуклонов. Фон задачи определяется имитациями от взаимодействий нейтрино и нейтронов. Фон от нейтронов составляет 1,7 год-1, фон нейтрино - 0,4 год"1. Поскольку превышения эффекта над фоном не обнаружено величина фона устанавливает предел на время жизни нуклонов. Формула, по которой вычисляется минимальное время жизни нуклона, имеет вид: Т » N t Г? / п

о

где N - число нуклонов в мишени; 'Г - время наблюдения; т) -

эффективность регистрации продуктов распада по выбранному

мастеру; п - верхняя граница 90% доверительного интервала в

для числа фоновых событий п ф. Подставив численные значения, найдем:

Т » 0,«МО31 лет на 90% доверительном уровне.

->>. Г.А. К овалы ion'. Изв. АН СССР, сер. физ., 198^, т. 4'., с. 1151.

10). Г.К. Кочаров и др. Изв. АН СССР, сер. физ., 1984. т. 4Н, с. ¿246.

Основные выводы и результаты диссертации сформулированы в заключении:

1. Разработан и изготовлен детектор i 1 м~> на основе пластического сцинтиллятора.

Изучены его основные характеристики: неоднородность, энергетическое и временное разрешения, о. Из данных детекторов на Баксанском телескопе со браны и включены в систему регистрации два слоя общей площадью около 200 мг (183 детекторов).

3. . Проведенная модернизация телескопа и использование вре-

мя - пролетной методики в сочетании с активной антисов-падателыюй защитои позволило использовать пластические сцинтилляторы большой площади в подземном эксне-' рименте по поиску редких событий.

5

4. За время набора t - 5 лет зарегистрировано ю событий взаимодействия частиц во внутреннем обьеме установки, из которых ~ 300 событии с направлением движения снизу' вверх (за это время через установку прошло

9

1.5-10 МЮОНОВ).

5. Оценен фон для различных типов регистрируемых событии.

6. Оцененный поток нейтронов, генерируемый мюонами в скальном грунте, соответствует в пределах точности расчету для энергии нейтронов En > 700 МэВ, падающих на бс ковую поверхность установки для глубины 850 м.в.э. Оценен поток нейтронов на нижний слои Баксанского телескопа. Вид спектра предполагался степенной с --1.7

7. Даны ограничения на постоянные потоки нейтрино с энерп ями Ег'(|>200 МэВ от Солнца и на поток нейтрино во время

солнечны вспышек

8. Получен предел на время жизни нуклонов в веществе, рав ный 1 s О.а-Ю лет для основных в 30(5) мод распада.

Основные результаты настоящей диссертации опубликованы в следующих работах:

1. <Mv:xeyev E.N., Aiexeyenko V.V., Andreyev Yu. М. , .... Kliiwenko H.F. et al. Baksan underground scintillation b.-leseope. Croc, of 16th ICHJ ,1 , v. 10, p . 278-2V1 .

2. E.H. Алексеев, А.В. Буткевич, А.П. Воеводский,...,

Н.Ф. Клименко и др. Баксанский подземный сцинтилляцион-ный телескоп. Изв. АНСССР, сер. физ. , 1980, т.44, O.BU9-612.

'J С II. Алексеев. Л. Н. Буткевич, А. В. Воеводский, С.Н.Карпов, Н.Ф.Клименко, И.М.Когай, Ю.Н.Коновалов, Г.В.Лу-ненко, Г.С.Малкиель, В.Я.Марков, А.Ф.Титенков. А.Е.Чудаков Большой пластический сцинтилляционный детектор.

Модернизация Баксанского подземного телескопа. Препринт ИЯИ, П-0610, М., 1989. ■1. Andreev Yu. И., Baktanov V.N., Chudakov А.Е., Keydari

G.P., Klimenko (J.F., Harkov V.Ya., Hovoseltsev Yu.F., Stenkin Yu.V., Stepanov V.I. Observation of muon-induced cascades in Baksan underground scintillation telescope. Pros, of 17 1CKC, Paris,1У31,v. 7, p. 67-70.

E>. Алексеев E.H., By скевич А. В., Воеводский А. В., Карпов С. Н. , Клименко Н.Ф. , Когай И.М. . .Пеонов-Вендровскин А.

H., Малкиель Г.С.. Титенков А.Ф.. Чудаков А.Е. Поток нейтронов высоких энергий в скальном грунте на глубине iiiAJ м.в.з. Препринт ИЯИ, Н-291, Москва, 1988.

С. К.N.Alexeyev, A.V. Butkevich, А.Е. Chudakov,...,

И к' Klimenko el. al. Search for pinion decay at Baksan undergound telescope. Proc. of the 19 ICftC, Bangalore, lHcuJ, v . 5 , 11.517. 7. Baliatanov V.H., Chudakov A.E.. Ijanshin A.E., Klimenko H . P . , Novoseltsev Yu.F., Stenkin Vu.V. Stopping nuoria at. the depth 8i.O hg/sm underground. Proc. of lUth ICRC, Kyoto. 1079, v. 10, p . 175-178.

liakatanov V.N., Chudakov A.K., bjiisliin A.E., Klimenko H.F., Harkov V.Ya., Hovoseltsev Yu.F., Stenkiu Yu.V.,

Ütepanov V.l. lJetection of ß-e decays in Baksari scintillation telescope. Proc. of ltith 1CKC, Kyoto, 1 U7£l, v . 10, p,179-18:j.

9. Бакатанов Ж.H., Даншин А.Е., Клименко Н.Ф., Марков В.Я., Новосельцев Ю.Ф., Сгенькин Ю.В., Степанов В.И., Чудаков а.Е. Исследование потока останавливающихся мюо-нов на глубине 850 гг/см . Изв. АН СССР, сер. физ. , 1980, т.44, 3,•С.618-621.