Создание сцинтилляционного криогенного детектора на основе сцинтилляционного монокристалла 40Ca100MoO4 с использованием обогащенного изотопа 100Mo и кальция, обедненного по изотопу 48Ca, для коллаборации AMoRE (Advanced Molybdenum-based Rare process Experiment) в рамках проекта по изучению безнейтринного двойного бета-распада изотопа Mo-100. Основной целью коллаборации AMoRE является исследование процесса 0ν2β-распада изотопа 100Mo: 100Mo → 100Ru + 2e- + 3.043 МэВ (Q-value). Qββ = 3034 кэВ самая высокая энергия среди процессов двойного бета-распада изотопов, потенциально производимых центрифужным методом в количествах свыше десятков-сотен килограммов. Для достижения чувствительности к процессу безнейтринного двойного бета распада на уровне 1026 – 1027 лет (что соответствует диапазону масс Майоранового нейтрино ≈ 0.05 – 0.02 эВ) требуется детектор, содержащий порядка 100 кг изотопа 100Мо (примерно 500 сцинтилляционных элементов 40Ca100MoO4), и обладающий высоким энергетическим разрешение < 0,5% (на уровне разрешения ППД).
Материал детектора должен содержать ультранизкое количество опасных радиоактивных примесей (226Ra(214Bi) ≤ 0.1 мБк/кг, 228Th ≤ 0.05 мБк/кг). Кристалл молибдата кальция, выращенный в компании «Фомос-Материалс» обладает рядом преимуществ, благодаря которым на нем остановили свой выбор ученые из коллаборации AMoRE. Физические преимущества калориметрического детектора заключаются в том, что «детектор ≡ источник» → высокая эффективность (⁓ 90%) регистрации полезных событий; высокое содержание рабочего изотопа (⁓ 50% по массе) в соединении; получение кристалла методом Чохральского позволяет добиться высокой чистоты выращиваемых кристаллов → существенное снижение внутреннего фона от 238U -, 232Th-рядов; энергетическое разрешение, сравнимое с разрешением для ППД (3 – 6 кэВ для фононного режима), подавлен вклад от 0ν2β-распада 100Mo; высокий световыход (до 9300 фотон/МэВ); возможность анализа сигнала с целью подавления α-фона от поверхностного и приповерхностного загрязнения; возможность увеличения масштабов экспериментов, путем последовательного добавления монокристаллов в установку.
В результате исследований и многочисленных работ на Фомос-Материалс разработана технология, позволившая вырастить кристаллы 40Ca100MoO4 и изготовить из них сцинтилляционные элементы размерами (D(40-42) x (40-45)) мм и массой до 300 г и со световыходом LY = 9300 фотонов/МэВ, что сравнимо с лучшими монокристаллами молибдата кальция, выращенными на природном сырье; τrt = 16.5 мкс при комнатной температуре и τcr = 345 мкс при 8 К и ниже. "Фомос-Материалс" уже изготовил сцинтилляционные элементы для первого и второго этапа эксперимента (шесть СЭ для AMoRE Pilot с общей массой 1,69 кг и 13 СЭ для AMoRE I с общей массой до 5 кг).
Если Вам интересна эта тема, пожалуйста, посетите сайт нашей компании newpiezo.com.