РОЗРОБКА НИЗЬКОФОНОВИХ СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ КРИСТАЛІВ ВОЛЬФРАМАТУ ЦИНКУ ДЛЯ ПОШУКУ ТЕМНОЇ МАТЕРІЇ ТА 2β-РОЗПАДУ

 

Д.В. Касперович¹, П. Беллі^2,3, Р. Бернабей^2,3, Ю.А. Боровлев⁴, Ф.А. Даневич¹, В.Н. Жданков⁵, А. Інчіккітті^6,7, Ф. Каппелла⁶, В. Караччіоло⁸, О.Г. Поліщук¹, Д.С. Ткачов⁴, С.В. Ткачов⁴, В.І. Третяк¹, Р. Черуллі^2,3, В.Н. Шлегель⁴

 

¹ Інститут ядерних досліджень, Київ, Україна

² Римський університет «Тор Вергата», Рим, Італія

³ НІЯФ, відділення у Римі «Тор Вергата», Рим, Італія

⁴ Інститут неорганічної хімії ім. А.В. Ніколаєва, Новосибірськ, Росія

⁵ CML Ltd., Новосибірськ, Росія

⁶ НІЯФ, відділення у Римі, Рим, Італія

⁷ Римський університет «Ла Сапієнца», Рим, Італія

⁸ Національна лабораторія Гран-Сассо, Ассерджі, Італія

 

Можливість пошуку добової модуляції сигналів від гіпотетичних взаємодій частинок темної матерії з речовиною за допомогою анізотропних сцинтиляційних кристалів було вперше розглянуто у роботі [1]. Ідею використання сцинтиляційних кристалів вольфрамату цинку (ZnWO₄) для таких експериментів вперше запропоновано у [2] та у подальшому розроблено у [3]. Крім цього, сцинтилятори ZnWO₄ перспективні для дослідження подвійного бета-розпаду ядер цинку та вольфраму. Два зразки кристалів ZnWO₄ було вирощено методом Чохральського з низьким градієнтом температури, ще два кристали було отримано шляхом подвійної кристалізації матеріалу. Окрім цього, були отримані два зразки шляхом одиночної кристалізації з додатково очищеного вольфраму. Вимірювання радіоактивної чистоти зразків проводилися в установці DAMA/R&D, розташованій у підземній лабораторії Гран-Сассо (Італія). Показано виключно високий рівень радіоактивної чистоти кристалів. Так, загальна активність альфа-радіоактивних ядер з ланцюжків урану і торію у зразках лежить у межах 158 – 1418 мкБк/кг. Активність ²²⁸Th у кристалах становить 0.35(15) мкБк/кг для найбільш забрудненого кристалу, для інших зразків встановлено обмеження на рівні < 0.2 – < 1.3 мкБк/кг. Крім цього, встановлено обмеження на поверхневу забрудненість альфа-радіоактивними нуклідами кристалів, вирощених з додатково очищеного вольфраму, на рівні < 0.10 – < 0.21 мкБк/см². Спостережено суттєву сегрегацію у кристалах радіоактивних елементів рядів урану і торію та (або) їх дочірніх, що проявляється у приблизно у два рази меншій сумарній альфа-активності цих радіонуклідів у сцинтиляторах, вироблених з тих частин кристалічних буль, що були вирощені на початку процесу росту.

 

1.         P. Belli et al., Identifying a “dark matter” signal by nonisotropic scintillation detector, Nuovo Cimento C 15 (1992) 475.

2.         F.A. Danevich et al., ZnWO₄ crystals as detectors for 2b decay and dark matter experiments, Nucl. Instr. Meth. A 544 (2005) 553.

3.         F. Cappella et al., On the potentiality of the ZnWO₄ anisotropic detectors to measure the directionality of Dark Matter, Eur. Phys. J. C 28 (2003) 203.