Проекты по теме:

Краткая аннотация и научное обоснование:
Проект направлен на развитие методов ядерной спектроскопии и радиохимии для использования в ядерной медицине, астрофизике и нейтринной физике. Проект включает в себя новые методики регистрации частиц, калибровок экспериментальных установок, описания фона, создание уникально чистых материалов и т.п., а также развитие методов ядерной медицины: получение и очистку радиоизотопов, разработку и синтез радиофармпрепаратов, исследование механизмов воздействия на вещество в локациях распада радионуклидов и др.

Конкретные области: 
- новые детекторы (полупроводниковые детекторы, жидкие и пластмассовые органические сцинтилляторы, композиционные сцинтилляционные системы регистрации, детекторы нейтронов и радона и др.);

- «Постраспадная» спектроскопия электронов и других излучений с акцентом на предельно низкие энергии;

- традиционная гамма-спектроскопия на полупроводниковых детекторах (ППД) с акцентом на прецизионность определения энергии излучений и активности источников (как точеных, так и объемных) в целях изучения типов распада и определения сечений ядерных реакций;

- методы сверхтонких взаимодействий (СТВ) с использованием радиоактивных меток, а именно метод возмущенных угловых корреляций (ВУК) и эмиссионной мессбауэровской спектроскопии для изучения радиофармпрепаратов и их прекурсоров в водосодержащих системах и других матрицах;

- методы получения и очистки радионуклидных препаратов для синтеза радиофармпрепаратов, в том числе генераторные способы их получения, физико-химические методы оценки свойств радионуклидов и радиофармпрепаратов (их прекурсоров) в гомогенных и гетерогенных системах;

- методики и методы получения и анализа низкофоновых материалов с уникально низким содержанием радиоактивных примесей, в том числе метод масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой МС-ИСП, а также другие аналитические и ядерно-спектроскопические методы.

Методы ядерной спектроскопии и радиохимии при изучении свойств нейтрино, поиске частиц темной материи, исследованиях редких физических процессов давно и заслуженно зарекомендовали себя в многочисленных экспериментах, проводимых в области фундаментальной физики и ядерной медицины. Актуальность данной тематики несомненна. Залогом научной новизны проекта является его нацеленность на разработку методик и методов, позволяющих расширить горизонт экспериментов, проводимых в ЛЯП ОИЯИ.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:
Новые детекторы:
- будут разработаны и начнут применяться детекторы на основе карбида кремния (SiC) для регистрации ядерных излучений; планируется использовать SiC-детекторы, обладающие высокой радиационной стойкостью и работоспособностью при высоких температурах (> 400°C), для контроля работы сильноточных ускорителей, ядерных реакторов, а также для диагностики горячей плазмы;

- планируется разработать и исследовать жидкие теллуросодержащие сцинтилляторы для поиска двойного безнейтринного β-распада, а также другие типы жидких и пластмассовых сцинтилляторов;

- ожидается разработка композиционных сцинтилляционных систем регистрации для нейтринных экспериментов;

- будут разработаны и начнут применяться 3He-счетики для регистрации низких потоков нейтронов (не менее 10^-6 n  ×см^-2×c); планируется разработать компактный чувствительный детектор радона, технологию изготовления низкорадиоактивных деталей с использованием 3D-печати.

Планируется провести экспериментальное исследование спектров низкоэнергетических электронов (0–50 кэВ) на спектрометре ESA-50 и спектров гамма- и рентгеновского излучений на ППД при радиоактивном распаде с целью получения новых данных о низковозбужденных состояниях ядер и постраспадной релаксации атомных систем, поиск способов спектрометрии постраспадных фотонов (от края инфракрасного излучения до мягкого рентгеновского) в области энергий 1–200 эВ.

Будет разработана методика применения кодов моделирования (Geant4, MCNP и FLUKA) характеристик HPGe-спектрометров как на ускорителе электронов ЛИНАК-200 с целью определения выходов фотоядерных реакций, так и на других базовых установках ОИЯИ; будут исследованы виды распада широкого круга радионуклидов, определено их содержание в образцах (⁹⁶Zr, ⁴⁰K, ¹³⁸La и др.) для изучения редких процессов.

Планируется усовершенствование метода возмущенных угловых корреляций (ВУК), а также эмиссионной мессбауэровской спектроскопии с использованием радиоактивных меток ¹¹¹In, ¹⁵²Eu, ¹⁵⁴Eu, ¹¹⁹Sb, ^119mSn, ⁵⁷Co, ¹⁶¹Tb и др., для изучения радиофармпрепаратов и их прекурсоров (составных частей) в водосодержащих системах, а также других матрицах; будут улучшены физико-химические методы оценки свойств радионуклидов и радиофармпрепаратов в гомогенных и гетерогенных системах.

Радиохимия и ядерная медицина:
- планируется провести исследования сорбционных процессов для различных систем раствор-сорбент как химической основы методик очистки радиопрепаратов (как и очистки низкофоновых материалов) и приготовления радионуклидных генераторов для производства радиофармпрепаратов;

- будут разработаны методы производства и выделения (в том числе и с использованием масс-сепарации) радионуклидов из мишеней, облученных протонами, нейтронами и гамма-квантами для производства радиофармпрепаратов (¹⁰³Pd, ¹¹⁹Sb, ¹⁶¹Tb, ряд альфа-излучателей и др.);

- на основе реверсно-тандемных методов будет продолжена разработка большого круга радионуклидных генераторов для расширения возможностей получения медицинских радионуклидов; будет рассмотрена возможность создания 1–2 генераторов значимой активности для внешних пользователей;

-  будут разработаны методики мечения радионуклидами радиофармпрепаратов на основе хелаторов с «медленной» кинетикой; будет исследована проблема хелатирования радия.

Будут разработаны и реализованы методы получения образцов (⁸²Se, ⁹⁶Zr, материалы защиты, припой и т.п.) для астрофизических и нейтринных задач с новым ультранизким уровнем содержания примесей (от мБк/кг к мкБк/кг по Th и U); будет применена противоточная хроматография, использованы низкокипящие и другие подготовленные либо отобранные реагенты, а также отобранные и подготовленные материалы реакторов;

- будет разработан и реализован метод анализа образцов на ультранизком уровне чувствительности (от мБк/кг к мкБк/кг по Th и U) с использованием МС-ИСП, нейтроноактивационного анализа (НАА) и других методов; будут разработаны методики прецизионного определения химического и изотопного составов материалов, используемых в астрофизических и нейтринных экспериментах.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:
Новые детекторы: 
- будут определены характеристики детекторов на основе высокочистого карбида кремния (SiC) для спектроскопии ядерных излучений;

- планируется отработать методики получения пластмассовых сцинтилляторов, пригодных для разделения n/γ-излучений по форме импульса;

- ожидается получение результатов разработки композиционных сцинтилляционных систем регистрации для нейтринных экспериментов нового поколения; будет создан прототип вспомогательного детектора для больших реакторных экспериментов;
- планируется тестирование разработанного ³He-счетика с низким собственным фоном;

- будут разработаны технологии изготовления деталей из отобранных низкорадиоактивных пластмасс с использованием 3D-печати.

Будут предложены схемы спектрометров постраспадных фотонов (от края инфракрасного излучения до мягкого рентгеновского) в области энергий 1–200 эВ.

Планируется получить экспериментальные данные о спектрах низкоэнергетических электронов из распада радиоизотопов кобальта-56, кобальта-57, рубидия-83 и европия-155 на бета-спектрометре ESA-50 для тестирования существующих компьютерных кодов для оценки дозовых составляющих оже- и конверсионных электронов в радиационной гигиене и радионуклидной терапии.

Будут получены выходы фотоядерных реакций, уточнены типы распада широкого круга радионуклидов, их содержания в образцах для изучения редких процессов.

Планируется модернизировать спектрометры ВУК и произвести запуск новых установок эмиссионной мессбауэровской спектроскопии с использованием радиоактивных меток ¹¹¹In, ¹⁵²Eu, ¹⁵⁴Eu, ¹¹⁹Sb, ^119mSn, ⁵⁷Co, ¹⁶¹Tb и др.

Радиохимия и ядерная медицина: ожидаются результаты исследования сорбционных процессов для различных систем раствор-сорбент и новые схемы разделения радионуклидов.

Будут разработаны и реализованы методы получения образцов (⁹⁶Zr) для астрофизических и нейтринных задач с новым ультранизким уровнем содержания примесей, получены новые экспериментальные данные.

Планируется калибровка масс-спектрометра (МС-ИСП) с использованием стандартных образцов, будут освоены методики пробоподготовки с целью анализа образцов на ультранизком уровне чувствительности по Th и U.

Краткая аннотация и научное обоснование:
Проект объединяет эксперименты DANSS, RICOCHET и νGeN, которые исследуют антинейтрино от ядерных реакторов на расстояниях менее 20 метров. Работы в экспериментах объединены общей сферой исследований, во многом пересекающимися и совпадающими научными проблемами и способами их решений. Помимо этого, указанные исследования объединены общим научным персоналом и инфраструктурными ресурсами ОИЯИ.

DANSS — это нейтринный спектрометр на основе пластмассовых сцинтилляторов с чувствительным объемом 1 м³, расположенный на четвертом энергоблоке Калининской АЭС. Подъемный механизм позволяет в режиме онлайн перемещать спектрометр на 2 метра по вертикали, обеспечивая диапазон измерений 11–13 м от реактора. Высокая степень сегментации детектора, использование комбинированной активной и пассивной защит обеспечивают подавление фона до нескольких процентов относительно регистрируемых ~5000 нейтриноподобных соб./сут.

Эксперимент νGeN направлен на исследование фундаментальных свойств нейтрино, в частности поиск магнитного момента нейтрино (ММН), упругого когерентного рассеяния нейтрино (УКРН) и других редких процессов. Спектрометр νGeN установлен под активной зоной реактора третьего энергоблока Калининской АЭС. Детектирование процессов рассеяния производится с помощью специально разработанного низкопорогового, низкофонового германиевого детектора. С помощью систем из активной и пассивной защиты от фонового излучения достигается низкий уровень фона в области поиска редких событий. Регистрация искомых событий позволяет осуществлять поиск Новой физики за пределами Стандартной модели, кроме того, может иметь и практическое значение, например при разработке детекторов нового поколения для мониторинга работы ядерного реактора по антинейтринному потоку.

RICOCHET – это реакторный нейтринный эксперимент нового поколения, направленный на исследование когерентного упругого рассеяния нейтрино на ядрах с процентной точностью в области энергий ядер отдачи ниже 100 эВ, что может стать ключом к Новой физике в электрослабом секторе. До конца 2024 года планируется разместить установку вблизи исследовательского ядерного реактора Института Лауэ–Ланжевена (ILL). В RICOCHET будут использованы два массива криогенных детекторов: CRYOCUBE (германиевые детекторы-болометры, аналогичные используемым в эксперименте EDELWEISS) и Q-ARRAY (сверхпроводящий цинк).

Ожидаемые результаты по завершению проекта:
Основными целями эксперимента DANSS являются проверка гипотезы осцилляций реакторных антинейтрино в стерильное состояние и долгосрочный прецизионный мониторинг работы ядерного реактора с помощью измерения потока антинейтрино. В течение ближайших нескольких лет планируется создание усовершенствованной установки — DANSS-2. В результате модификации планируется улучшить энергетическое разрешение и увеличить объем детектора, что позволит повысить чувствительность эксперимента к стерильным нейтрино.Поиск осцилляций в легкое(Δm₁₄² ~ 0,1-10 эВ) стерильное нейтрино является одним из актуальных трендов фундаментальной нейтринной физики. Существование стерильного нейтрино могло бы объяснить ряд наблюдаемых противоречивых результатов, прежде всего реакторную и галлиевую (анти)нейтринные аномалии, и одновременно стать революционным открытием Новой физики. Реакторные эксперименты на короткой базе (<30 м) имеют ряд конкурентных преимуществ в подобной области исследований: гигантский поток антинейтрино от самых интенсивных доступных искусственных источников (анти)нейтрино на Земле и малое расстояние от источника излучения, на котором предполагаемый осцилляционный паттерн еще не размыт. Стоит отметить, что спектрометр DANSS является лидером среди установок подобного типа.

В результате выполнения эксперимента νGeN ожидается впервые зарегистрировать когерентное рассеяние антинейтрино от реактора, улучшить чувствительность к обнаружению магнитного момента нейтрино до уровня ~ 1 × 10^-11 m_B после нескольких лет измерений, что позволит значительно улучшить современное ограничение.

В эксперименте RICOCHET, согласно разработанной и экспериментально проверенной модели фона, статистическая значимость регистрации УКРН составит от 7,5 до 13,6 𝜎 после одного реакторного цикла в зависимости от эффективности мюонного вето. Через 10 реакторных циклов (3–5 лет измерений) ожидается достижение целевой ~1% точности. Это на порядок увеличит вероятность открытия Новой физики по сравнению с существующими экспериментами.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:
DANSS: будут продолжены измерения на установке DANSS, анализ данных измерений; ожидаются новые результаты исследования осцилляций в стерильные состояния; планируется проведение НИОКР по созданию DANSS-2; разработка и финальная сборка DANSS-2 на Калининской атомной станции.

νGeN: планируется проведение измерений в текущей конфигурации и одновременно дальнейшая модернизация установки, включающая новое внутреннее вето, замену пассивной защиты, обновление системы набора данных; ожидается получение новых результатов по магнитному моменту и УКРН. Измерение и анализ фонов, в том числе нейтронного фона.

RICOCHET: ожидаются первые результаты на установке в ILL; будут продолжены работы по усовершенствованию детекторов; на основе экспериментальных данных планируется создание улучшенной модели Монте-Карло. 

Краткая аннотация и научное обоснование:
Проект включает пять основных экспериментов: LEGEND (The Large Enriched Germanium Experiment for Neutrinoless double beta Decay), TGV (Telescope Germanium Vertical), SuperNEMO (Neutrino Ettore Majorana Observatory), MONUMENT (Muon Ordinary capture for the NUclear Matrix elemENTs) и Zr-BNO. Эксперименты решают задачи поиска и исследования безнейтринного двойного бета-распада.

Ожидаемые результаты по завершению проекта:
Эксперимент LEGEND создан для поиска безнейтринного двойного бета-распада ⁷⁶Ge (0νββ). В LEGEND используются открытые детекторы из германия, обогащенного изотопом ⁷⁶Ge, погруженные в жидкий аргон. Ультимативной целью проекта является достижение чувствительности по периоду полураспада 0νββ-распада ⁷⁶Ge > 10²⁸ лет (90% C.L.).

Программа демонстрационного модуля SuperNEMO включает прецизионные измерения двухнейтринного двойного бета-распада 2νββ, она направлена на достижение наилучших ограничений на 0νββ для изотопа ⁸²Se.

Целью эксперимента MONUMENT является проведение измерений мюонного захвата на нескольких дочерних — по отношению к кандидатам на 0νββ распад — ядрах.

Целью Zr-BNO эксперимента является поиск двойного бета-распада Zr-96 на возбужденные состояния Mo-96 и поиск бета-распада Zr-96 в Nb-96.

Спектрометр TGV будет использоваться для дальнейших исследований ECEC-распада ¹⁰⁶Cd и ¹³⁰Ba. Согласно оценкам и теоретическим предсказаниям для этих редких процессов мы надеемся впервые зарегистрировать оба этих распада в прямом эксперименте.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:
Первые результаты в крупномасштабном эксперименте LEGEND по поиску 0νββ-распада ⁷⁶Ge. НИОКР для аппаратных компонентов LEGEND-1000 (держатели детекторов, ASIC, система погружения детекторов, аргоновое вето и т.д.). Начало производства и тестирования новых детекторов из обогащенного Ge и монтажа установки LEGEND-1000 в базовой подземной лаборатории.

Набор калибровочных данных на спектрометре Демонстратор SuperNEMO. Набор данных по 0νββ- и 2νββ-распадам в ядре ⁸²Se.

Продолжение работ по проекту MONUMENT. Подготовка и проведение новой экспериментальной кампании в PSI, включающей НИОКР в ОИЯИ (приобретение детекторов и мишеней, калибровки, моделирование). Сбор данных и анализ накопленных данных. Предполагается провести измерения мюонного захвата с твердой мишенью титана-48 и газовыми мишенями углерода, обогащенных по атомным массам 12 и 13 (исследование легких ядер с точки зрения проверки теоретических моделей, применимых для двойного бета-распада), а также обогащенного ⁹⁶Mo. НИОКР по применению мюонного захвата в других смежных с физикой областях, таких как радиобиология и мезохимия.

Модернизация спектрометра TGV (детекторной части и электроники). Измерение на установке TGV обогащенного ¹⁰⁶Cd. Zr-BNO: результаты измерений обогащенного образца Zr-96 на низкофоновых установках в ОИЯИ и БНО.

Сотрудничество по теме: