Реєстраційний номер
0823U102038, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
19-02-2024
Статус
Наказ про видачу диплома
Назва роботи
Подвійний бета-розпад ядра 106Cd
Здобувач
Клавдієнко Володимир Русланович,
Керівник Даневич Федір Анатолійович
Опонент Парлаг Олег Олександрович
Опонент Плюйко Володимир Андрійович
Рецензент Понкратенко Олег Анатолійович
Рецензент Саврасов Андрій Миколайович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Інститут ядерних досліджень Національної академії наук України
Опис
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.
Дата реєстрації
2023-12-28
Додано/оновлено в НРАТ
2024-02-01 / 2026-07-01
