Кратко:

Нейтринный детектор

Raymond Davis 2002

Раймонд Девис 2002 год

Ёмкость нейтринного детектора 1966 год

Ёмкость нейтринного детектора 1966 год

Ёмкость диаметром 20, а длиной 48 футов была установлена в заброшенном золотом руднике в штате Южная Дакота вблизи города Хоумстейк на глубине 1500 метров под землёй.

Ёмкость нейтринного детектора

Ёмкость нейтринного детектора

Для исключения побочных ядерных реакций от космического излучения (быстрых нейтронов) дополнительно применялась защита толстым слоем воды.

 

Подробно:

Солнце

Солнечное нейтрино


Знания-сила

Нейтринная астрономия (часть 2).

С атомами хлора могут взаимодействовать только нейтрино высоких энергий. Нейтрино, которые возникают в реакциях протон-протонной цепо́чки, обладают слишком низкой энергией. Они не могут взаимодействовать с атомами хлора. Позволяют ли нам наши представления о строении звезд найти на Солнце источник нейтри́но с высокими энергиями?

Оказывается, что наряду с протон-протонной цепочкой (водородным циклом) происходят другие, сопутствующие ядерные реакции. Эти реакции не вносят практически никакого вклада в выделение энергии на Солнце, и поэтому мы их пока не рассматривали. Среди этих реакций есть одна, которая происходит тем чаще, чем больше гелия образовалось в недрах звезды. Она схематически пока́зана на рисунке.

Побочная цепь реакций на Солнце

Побочная цепь реакций на Солнце

В побочной цепи́ реакций, протекающих наряду с реакциями водородного цикла, возникает радиоактивный изотоп бериллия, который испускает позитрон и нейтрино высокой энергии.

Нормальный атом гелия с массовым числом 4 сталкивается с ядром изотопа гелия с массовым числом 3. При этом возникает бериллий с массовым числом 7. Если с этим атомом до того, как он самопроизвольно распадется, столкнется протон, то возникнет изотоп бора с массовым числом 8. Такие атомы бора тоже радиоактивны, и они через некоторое время снова превращаются в атомы бериллия.

Но в результате такого превращения образуются позитрон и нейтрино с высокой энергией. Нейтрино, возникающие при такой реакции, как раз подходят для взаимодействия с ядрами хлора! Эти нейтри́но тоже проходят через вещество, практически не взаимодействуя с ним, даже если речь идёт о большом количестве хлора. Однако атомы хлора всё же взаимодействуют, хотя и очень редко, с пролетающими нейтрино.

За регистрацию солнечного (и космического) нейтрино Рэймонд Дэвис (США) и Масатоши Коши́ба (Япония) в 2002 году получили Нобелевскую премию.

Эксперимент с галлием

Кроме хлора существуют и другие элементы, я́дра которых могут взаимодействовать с нейтри́но. Одним из них является изотоп элемента галлия. Его массовое число составляет 71. После захвата нейтри́но этот изотоп превращается в ядро элемента германия. Существенное отличие от эксперимента с хлором состоит в том, что в эксперименте с галлием можно подсчитать и нейтри́но низких энергий. Галлиевый детектор считает нейтрино, возникающие в результате реакций водородного цикла. Таким образом, эксперимент с галлием позволил бы определить интенсивность реакции, которая вносит основной вклад в выделение энергии на Солнце, а не фиксировать нейтри́но побочной реакции.

Почему же тогда эксперимент с галлием до сих пор никем не поставлен? Первая трудность состоит в том, как подсчитать все атомы германия, возникающие при взаимодействии галлия с нейтрино. Прежде всего необходимо создать соответствующие детекторы. Вторая трудность является общей для всех опытов с нейтри́но. Дело в том, что эти частицы очень редко взаимодействуют с атомными ядрами. Чтобы зафиксировать в течение суток хотя бы одно превращение атома галлия в атом германия под воздействием солнечных нейтрино, требуется контейнер по меньшей мере с 37 тоннами галлия. Это количество сравнимо со всеми запасами чистого галлия в мире. Галлий получают как побочный продукт при выработке алюминия. Стоимость одной тонны галлия в настоящее время составляет почти миллион марок ФРГ. Конечно, галлий не расходуется в нейтри́нном эксперименте, и его можно потом повторно использовать. Однако непонятно, будет ли это существенно дешевле. В то же время известно, что правительство каждого государства должно иметь запас галлия на случай войны, поскольку галлий требуется для электронной промышленности. Так что идея эксперимента с галлием имеет в этом смысле определенные достоинства. Известно, что в Институте ядерной физики им. Макса Планка в Ге́йдельберге был разработан детектор для германия, а в США, Израиле и Германии проведены исследования по подготовке предварительного эксперимента, вначале с одной тонной галлия.

В проведенных уже экспериментах (GALLEX в Гран Сассо (Италия – Германия) и SAGE (Soviet-American Gallium Experiment) на Баксане (Россия – США)) нейтрино также «не хватает».

Полномасштабный эксперимент тоже будет рано или поздно осуществлён. Подтвердит ли он наши представления о внутреннем строении Солнца? Или же астрофизики узнают, что все их догадки о процессах выделения энергии в недрах звёзд неверны́?

По некоторым предположениям, если нейтрино имеют отличную от нуля массу покоя, возможны превращения (осцилляции) различных сортов нейтрино (эффект Михеева – Смирнова – Вольфенштейна) (существует три сорта нейтрино: электронное, мюонное и тауонное нейтрино). К такому открытию пришли учёные, работающие в нейтринной обсерватории в Онтарио (Канада) в 2001-2002гг. Т.к. другие нейтрино имеют гораздо меньшие сечения взаимодействия с веществом, чем электронное, наблюдаемый дефицит может быть объяснён, без изменения стандартной модели Солнца, построенной на базе всей совокупности сегодняшних астрономических данных.

Регулировки чтения: ↵ что это   ?  

Чтение голосом будет работать во всех современных Десктопных браузерах.

1.1
1.0

Поделиться в соцсетях: