Registration Number
0823U102038, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
19-02-2024
popup.evolution
o
Title
Double-beta decay of 106Cd
Author
Volodymyr R. Klavdienko,
popup.head Fedor A. Danevich
popup.opponent Parlag Oleg Oleksandrovych
popup.opponent Volodymyr A. Pluiko
popup.review Oleh A. Ponkratenko
popup.review Andriy M. Savrasov
popup.rada
Institute of Nuclear Research of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертаційна робота присвячена пошуку подвійного бета-розпаду ядра 106Cd, розробці експериментальних методів дослідження даного розпаду та дослідженню схеми розпаду ядра 50V. У роботі коротко описано основні аспекти подвійного бета-розпаду: теорія, моделі опису процесу в рамках Стандартної моделі елементарних частинок і взаємодій та за її межами, експериментальні методи дослідження та вимоги до експериментів. Подано результати найбільш чутливих експериментів з пошуку подвійного бета-розпаду атомних ядер, та оцінки чутливості проектів, що знаходяться на етапі розробки або спорудження. Описано експериментальну установку з пошуку подвійного бета-розпаду ядра 106Cd з використанням кристалу вольфрамату кадмію 106CdWO4, збагаченого досліджуваним ізотопом до 66%. Дані набирались у збігах (антизбігах) з двома детекторами CdWO4 великого об’єму у близькій геометрії із збагаченим кристалом. Експериментальна установка була вдосконалена, що дозволило покращити її спектрометричні та часові характеристики. Визначено стабільність роботи детекторів, шляхом аналізу положення краю β-спектру нукліду 113mCd, який є у кристалі 106CdWO4. Енергетична та часова роздільна здатність визначена для всіх детекторів до та після модифікації установки, яка полягала у заміні фотоелектронних помножувачів та світловодів. Для детектора 106CdWO4 енергетична роздільна здатність була визначена як ПШПВ = 6.85 × √(E_γ ), де ПШПВ - повна ширина на половині висоти і E_γ - енергія гамма-кванту у кеВ. Після модифікації установки енергетична здатність покращилась приблизно в 1.5 рази і становить ПШПВ = 4.56 × √(E_γ ). Для додаткових детекторів енергетична роздільна здатність також покращилась зі значення ПШПВ ≈ 3.1 × √(E_γ ) до ПШПВ ≈ 2.8 × √(E_γ ). Часова роздільна здатність була оцінена на рівні ~ 15 нс. Проведено порівняння експериментальних даних, отриманих під час калібрувальних вимірювань з джерелами гамма-випромінювання, та Монте-Карло моделями. Результати порівняння показали гарний збіг і дозволили визначити енергетичні пороги детекторної системи. Реалізовано метод оптимального фільтра, що дозволило відокремити події від β(γ)- та α-частинок за формою сцинтиляційного сигналу. Це дало можливість понизити фон у ~1.6 рази в області 800–1300 кеВ, де очікуються α-події 232Th і 238U та їх дочірніх нуклідів. Забрудненість сцинтиляційних кристалів радіонуклідом 228Th була визначена за допомогою часово-амплітудного аналізу як 0.0174(14) мБк/кг для 106CdWO4 та 0.012(2) мБк/кг для CdWO4. Оцінено забрудненість кристалів CdWO4 α-активними дочірніми елементами 232Th (232Th -> 228Ra і 228Th ->...-> 208Pb) і 238U (238U -> 234Th; 234U -> 230Th; 230Th -> 226Ra; 226Ra->...-> 210Pb; 210Pb->...-> 206Pb) за допомогою аналізу сумарного α-спектру, набраного даними детекторами. Побудовано модель фону на основі комбінованої апроксимації β(γ)-спектрів, набраних різними детекторами у різних умовах відбору. Визначено радіоактивну забрудненість основних компонентів детекторної установки. Встановлено нові обмеження на періоди напіврозпаду для різних каналів і мод подвійного бета-розпаду ядра 106Cd на рівні T1/2 ~ 10^20 − 10^22 років. Покращено обмеження періоду напіврозпаду відносно 2νECβ+-розпаду 106Cd на основний рівень 106Pd як T_(1/2)^(2νECβ+) > 2.1 × 10^21 років. Було встановлено нове обмеження для резонансного безнейтринного подвійного електронного поглинання на збуджений рівень 2718 кеВ 106Pd, як T_(1/2)^0ν2K > 2.9 × 10^21 років. Експериментальна чутливість для даного розпаду знаходиться в межах теоретичних прогнозів, які знаходяться в діапазоні T1/2 ~ 10^22 років. Після вдосконалення установки була оцінена експериментальна чутливість до 0ν2EC-, 2νECβ+-, 0ν2β+- та 0νECβ+-розпаду 106Cd на основний рівень 106Pd в різних умовах відбору: [T]_(1/2)^0ν2EC > 8.9 × 10^20 років, T_(1/2)^(2νECβ+) > 1.5 × 10^21 років, T_(1/2)^(0ν2β+) > 8.4 × 10^21 років та T_(1/2)^(0νECβ+) > 1.1 × 10^22 років. Також у роботі було досліджено схему розпаду ядра 50V. Даний нуклід може розпадатись по каналах електронного поглинання на збуджений рівень 1553.8 кеВ ядра 50Ti та β- розпаду на збуджений рівень 783.3 кеВ ядра 50Cr. Обидва розпади є чотирьохкратно забороненими неунікальними β-розпадами, аналіз яких може дозволити визначити ефективне значення аксіально-векторної константи слабкої взаємодії gA. Дана константа відіграє важливу роль у оцінці ймовірності подвійних β-розпадів. Гамма-спектрометрія зразка ванадію масою 955 г з природним вмістом ванадію виконувалась за допомогою двох напівпровідникових германієвих детекторів з надчистого германію (HPGe). Було проаналізовано спектр, набраний детекторами, визначено найбільш інтенсивні гамма-піки, встановлено радіоактивну забрудненість зразка ванадію. Період напіврозпаду ядра 50V відносно процесу ЕС на 2+ рівень 1553.8 кеВ 50Ti визначений як T_(1/2)^EC= [ [2.774]_(-0.19)^(+0.20) ] × 10^17 років.
Registration Date
2023-12-28
popup.nrat_date
2024-02-01 / 2026-07-01
