ПОШУК ПОДВІЙНОГО БЕТА-РОЗПАДУ ЯДРА ¹⁰⁶Cd З ВИКОРИСТАННЯМ ЗБАГАЧЕНОГО СЦИНТИЛЯЦІЙНОГО ДЕТЕКТОРА ¹⁰⁶CdWO₄ У ЗБІГАХ З ДЕТЕКТОРАМИ CdWO₄

 

М. М. Зарицький¹,  П. Беллі^2,3, Р. Бернабей^2,3, В.Б. Бруданін⁴, Ф. Капелла⁵, В. Карачіоло⁶, Р. Черуллі^2,3, Ф.А. Даневич¹, А. Інчікітті^5,7, Д.В. Касперович¹, В.В. Кобичев¹,

О.Г. Поліщук¹, В.І. Третяк¹

 

¹ Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ

² Національний інститут ядерної фізики, відділення у Римі, "Тор Вергата", Рим, Італія

³ Римський університет "Тор Вергата", Рим, Італія

⁴ Об’єднаний інститут ядерних досліджень, Дубна, Росія

⁵ Національний інститут ядерної фізики, відділення у Римі "Ла Сапієнца", Рим, Італія

⁶ Національна лабораторія Гран Сассо, Ассерджі, Італія

⁷ Римський університет, "Ла Сапієнца", Рим, Італія

 

            Пошук подвійного бета- (2) розпаду дозволяє досліджувати властивості нейтрино та слабкої взаємодії, шукати ефекти за межами Стандартної моделі елементарних частинок. Процеси 2-розпаду із зменшенням заряду ядра: подвійного електронного поглинання (2), електронного поглинання з випромінюванням позитронів (^) і подвійного позитронного розпаду (2^) цікаві з огляду на можливості визначення механізму безнейтринного 2-розпаду з випромінюванням електронів. Ядро ¹⁰⁶Cd є одним з найбільш перспективних нуклідів, для яких можливі 2, ^ і 2^-процеси, завдяки достатньо високій енергії розпаду Q_2= 2775.39(10) кеВ та порівняно високій ізотопній поширеності δ = 1.245(22)%. Теоретичні передбачення періоду напіврозпаду для ядра ¹⁰⁶Cd відносно двонейтринної (2) моди  ^-розпаду лежить у межах 10²⁰-10²² років, що дає надію на спостереження цього процесу сучасними методами низькофонової спектрометрії. Пошук різних каналів і мод 2-розпаду ядра ¹⁰⁶Cd ведеться за допомогою кристалу вольфрамату кадмію (¹⁰⁶CdWO₄), виготовленого з кадмію, збагаченого ізотопом ¹⁰⁶Cd до 66%, у підземній лабораторії Гран-Сассо в Італії [1, 2, 3]. Сцинтилятор ¹⁰⁶CdWO₄ проглядається через світловід із археологічного вольфрамату свинцю низько радіоактивним фотоелектронним помножувачем і функціонує у збігах / анти-збігах з двома сцинтиляційними детекторами з кристалами CdWO₄. Детектори захищені від зовнішнього фону захистом з міді, свинцю та поліетилену товщиною по 10 см кожного матеріалу. З γ-джерелами ¹³⁷Cs, ²²Na, ⁶⁰Co, ²³²Th виконано енергетичне калібрування детекторів ¹⁰⁶CdWO₄ та CdWO₄, визначено їх енергетичну роздільну здатність. За допомогою відбору подій збігів γ-квантів від джерела ²²Na у детекторі ¹⁰⁶CdWO₄ із анігіляційними γ-квантами у хоча б одному із детекторів CdWO₄ визначено часову роздільну здатність установки. Розроблено метод розділення подій для α- та γ(β)-частинок за формою сигналу, визначено радіоактивну забрудненість кристалу ¹⁰⁶CdWO₄. З підгонки спектрів детектора ¹⁰⁶CdWO₄ у анти-збігах та збігах із детекторами CdWO₄ моделями, що описують радіоактивні забрудненості елементів установки, попередньо оцінено період напіврозпаду ядра ¹⁰⁶Cd відносно 2^-розпаду.

 

Список літератури

1.     P. Belli et al., Development of enriched ¹⁰⁶CdWO₄ crystal scintillators to search for double β decay processes in ¹⁰⁶Cd, Nucl. Instrum. Meth. A 615 (2010) 301.

2.     P. Belli et al., Search for double-β decay processes in ¹⁰⁶Cd with the help of a ¹⁰⁶CdWO₄ crystal scintillator, Phys. Rev. C 85 (2012) 044610.

3.     P. Belli et al., Search for 2β decay of ¹⁰⁶Cd with an enriched ¹⁰⁶CdWO₄ crystal scintillator in coincidence with four HPGe detectors, Phys. Rev. C 93 (2016) 045502.