Физики университета «Дубна» на пути к регистрации нейтронов

Аспирантка ИФИ Ольга Кутинова и студент Дмитрий Устинов участвуют в масштабном проекте по модернизации спектрометра для детекции нейтронов.

Оба молодых физика стали соавторами статьи, посвященной исследованиям нейтронов с помощью сцинтилляционных детекторов. Она опубликована в научном журнале Объединенного института ядерных исследований «Письма в журнал “Физика элементарных частиц и атомного ядра”».

Ольга Кутинова — аспирантка кафедры ядерной физики, Дмитрий Устинов — студент-третьекурсник кафедры физико-технических систем. В исследованиях им помогают завкафедрой физико-технических систем Александр Малахов, доцент кафедр общей физики и ядерной физики Сергей Афанасьев, старшие преподаватели кафедры физико-технических систем Дмитрий Дряблов и Валентин Устинов, а также старший преподаватель кафедры общей физики Евгений Сухов. Все они также являются соавторами статьи «Upgrade of the SCAN-3 spectrometer at Nuclotron».

Статья посвящена исследованиям нейтронов с помощью сцинтилляционных детекторов. Сцинтилляционная техника является одной из самых востребованных в физических экспериментах. Используя ее, ученые могут не только регистрировать наличие нейтронов в реакции, но и измерять их энергию. Для регистрации нейтронов, образующихся при столкновении сильно взаимодействующих частиц ускорителя «Нуклотрон» с атомами мишени, в ЛФВЭ ОИЯИ создается прецизионный трехплечевой гибридный магнитный спектрометр SCAN-3.

Для решения этой задачи спектрометр будет содержать наборы многослойных детекторов нейтронов на основе блока сцинтилляционных пластин. В статье представляется процесс разработки детекторов, состоящих из четырех пластин сцинтиллятора. Многослойная конструкция позволяет значительно улучшить пространственное и временное разрешение детектора. Сцинтиллятор определяет продольную координату нейтрона с точностью до толщины используемой пластины и дополнительно дает временную информацию и поперечную координату.

Валентин Устинов, младший сотрудник ЛФВЭ ОИЯИ, старший преподаватель кафедры физико-технических систем Инженерно-физического института государственного университета «Дубна», ответил на вопросы «Ъ-Науки»:

— Что такое сцинтилляционные детекторы?

— Сцинтиллятор — это вещество, которое преобразует энергию проходящих через него частиц в свет. Этот процесс называется сцинтилляцией. Сцинтилляторы используются в детекторах частиц в физике, медицине и других областях науки.

— Почему ученые решили использовать именно сцинтилляционную технику в своих экспериментах?

— Для измерения энергетических спектров нейтронов и для идентификации заряженных частиц в эксперименте СКАН используется методика времени пролета (Time-of-Flight). Для нейтронов эта методика часто оказывается единственной, обеспечивающей требуемую точность измерения энергии. Для создания времяпролетных систем в основном используются твердые или жидкие органические сцинтилляторы с малым временем высвечивания. Такие сцинтилляторы способны обеспечить отличное временное разрешение детекторов.

— Как проходит эксперимент?

— Спектрометр СКАН служит для исследований поведения нуклонных резонансов и нуклонных флуктуаций в ядрах путем регистрации и анализа заряженных и нейтральных частиц, а также ядерных фрагментов низких энергий. Расположение и набор детекторов обеспечивают исследования парного рождения частиц, вылетающих из области взаимодействия пучка ускорителя «Нуклотрон» с ядрами мишени на углах разлета продуктов реакции, близких к 180° в лабораторной системе отсчета.

— Что ученые планируют увидеть с помощью этих экспериментов?

— Одной из задач спектрометра СКАН является регистрация нейтронов от распада -мезонного ядра. Ожидается, что доминирующими и выделяющимися из фона сигналами распада эта-мезонных ядер будут коррелированные +n- и pn-пары, возникающие при аннигиляции остановившихся (захваченных) -мезонов на внутриядерных нуклонах. Открытие нового состояния вещества, являющегося вторичным эффектом межъядерных взаимодействий при высоких энергиях, безусловно, внесет вклад в фундаментальную науку.

Подготовлено при поддержке Минобрнауки