Прототип установки для измерения атмосферных нейтронов ПРИЗМА

 

В совместном проекте НИЯУ МИФИ с ИЯИ РАН на базе экспериментального комплекса НЕВОД создана установка ПРИЗМА-32, основанная на новом методе регистрации широких атмосферных ливней ШАЛ (с помощью запаздывающих тепловых нейтронов, сопровождающих ШАЛ) [1, 2, 8]. При взаимодействии высокоэнергичных адронов ливня с ядрами атомов атмосферы и поверхностного слоя грунта Земли образуется нейтронная компонента, которая несет важную информацию о степени развития ШАЛ. В качестве регистрирующего элемента используются эн-детекторы, способные регистрировать сразу две компоненты ливней: электромагнитную, по групповому прохождению заряженных частиц, в основном электронов (э), и адронную, через тепловые нейтроны (н). Основной целью исследований на установке является изучение спектра и состава космических лучей в области «излома» 3´1015 эВ посредством анализа нейтронной компоненты ШАЛ.

Конструкция эн-детектора является стандартной для детекторов ШАЛ с той лишь разницей, что вместо обычного толстого пластического сцинтиллятора используется специализированный тонкий сцинтиллятор. В основании светонепроницаемого корпуса (промышленной полиэтиленовой бочки объемом 200 л с высотой 570 мм и диаметром 740 мм) расположен специализированный неорганический сцинтиллятор ZnS(Ag) с добавкой 6LiF в виде тонкого слоя (~ 30 мг/см2), который просматривается одним фотоумножителем (ФЭУ-200) с диаметром фотокатода 15 см. Заряженная компонента взаимодействует непосредственно со сцинтиллятором ZnS. Тепловые нейтроны захватываются 6Li и продукты этой реакции дают вспышку в сцинтилляторе:

 

1

PRISMA det

 

Установка ПРИЗМА-32 состоит из 32 эн-детекторов, расположенных с шагом 5 м ´ 2.5 м, разбитых на два кластера по 16 детекторов, занимающих площадь ~ 450 м2, и находится внутри экспериментального зала на 4-м этаже здания ЭК НЕВОД в НИЯУ МИФИ [3, 4, 7]. Схема установки приведена на рисунке ниже. Неравномерное расположение детекторов обусловлено свободным пространством в экспериментальном комплексе, в котором работают и другие установки, в том числе черенковский водный детектор (в центре) [5].

 

PRISMA shema

 

В ходе создания установки разработана методика сборки и тестирования эн-детекторов, а также регистрирующей электроники. Установка для регистрации нейтронной компоненты ШАЛ работает в режиме непрерывного набора информации, начиная с 2013 года. На установке ПРИЗМА-32 зарегистрировано более одного миллиона событий. Первые экспериментальные результаты показали возможность одновременной регистрации двух основных компонент ШАЛ (адронной и электронной) с помощью одних и тех же детекторов [3, 4, 6].

 

[1]        Yu.V. Stenkin and J.F. Valdes-Galicia, Proc. 27th ICRC (Hamburg 2001), v. 4, p. 1453.

[2]        Yu.V. Stenkin, Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.), 196, 293 (2009).

[3]        D.M. Gromushkin et al., Astrophys. Space Sci. Trans. 7, 115 (2011).

[4]        Д.М. Громушкин и др., Изв. РАН. Сер. физ. 77, № 5, 704 (2013).

[5]        O. Saavedra et al., J. Phys.: Conf. Ser. 409. Issue 1. 012009 (2013).

[6]        Д.М. Громушкин и др., Изв. РАН. Сер. Физ. 75, № 3, 403 (2011).

[7]        D. Gromushkin et al., JINST 9, C08028, (2014).

[8]        Д.М. Громушкин и др., Ядерная физика, 78, №5, (2015).