О возможности использования нафталиновых кристаллов при получении жидких органических сцинтилляторов для использования в нейтринной физике
А.М. Пшуков, А.А. Кокоева, Д.Н. Ермоленко, А.З. Кашежев
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.148
Оригинальная статья
Аннотация: В работе представлены результаты комплексного исследования новых сцинтилляционных систем на основе синтина и додекана с добавлением нафталина и 2,5-дифенилоксазола. Впервые продемонстрировано, что оптимизация концентрации нафталина и прямая спектральная согласованность с диапазоном чувствительности фотоприёмников позволяют достичь световыхода, превышающего аналогичные параметры стандартных растворов на основе псевдокумола. Было установлено, что при концентрации нафталина 100 г/л формируются эксимеры, обеспечивающие дополнительный вклад в эмиссию и расширение спектра излучения. Этот эффект позволяет отказаться от применения вторичных флуоров, что снижает энергетические потери и повышает энергетическое разрешение. Измеренные значения относительного световыхода составили до 120 % от стандартного псевдокумольного раствора, что эквивалентно около 15 600 фотонов/МэВ для додекан-нафталиновых систем. Новизна работы заключается в экспериментальном подтверждении
возможности создания высокоэффективных жидких сцинтилляторов с упрощённым составом и рекордной светоотдачей без использования вторичных смещающих добавок. Полученные результаты открывают перспективы применения таких систем в экспериментах по регистрации ионизирующего излучения, включая поиск безнейтринного двойного бета-распада.
Ключевые слова: безнейтринный двойной бета распад, неодим-150, жидкий сцинтиллятор, синтин, додекан, нафталин, световыход, флуоресцентные свойства, механизм переноса энергии, кварцевые фотоумножители
- Пшуков Адам Музарифович – к.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник, директор центра новых детекторных технологий и регистрации нейтрино, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
- Кокоева Анета Ахмедовна – к.х.н., доцент кафедры органической химии и высокомолекулярных соединений, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
- Ермоленко Данил Николаевич – стажер-исследователь центра детекторных технологий регистрации нейтрино, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
- Кашежев Алим Заурбекович – стажер-исследователь центра детекторных технологий регистрации нейтрино, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
Ссылка для цитирования:
Пшуков, А.М. О возможности использования нафталиновых кристаллов при получении жидких органических сцинтилляторов для использования в нейтринной физике / А.М. Пшуков, А.А. Кокоева, Д.Н. Ермоленко, А.З. Кашежев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 148-160. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.148. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Cowan, C.L. Detection of the free neutrino: A Confirmation / C.L. Cowan, F. Reines, F.B. Harrison, H.W. Kruse, A.D. McGuire // Science. – 1956. – V. 124. – I. 3212. – Р. 103-104. DOI: 10.1126/science.124.3212.10.
2. Suzuki, A. Results from KamLAND reactor neutrino detection / A. Suzuki, KamLAND Collaboration // Physica Scripta. – 2005. – V. 2005. – №. T121. – P. 33-38. DOI: 10.1088/0031-8949/2005/T121/004.
3. Alimonti, G. The Borexino detector at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso / G. Alimonti, C. Arpesella, H. Back et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2009. – V. 600. – I. 3. – P. 568-593. DOI: 10.1016/j.nima.2008.11.076.
4. Abe, Y. Indication of reactor electron antineutrinos disappearance in the Double Chooz Experiment / Y. Abe, C. Aberle, T. Akiri et al. // Physical Review Letters. – 2012. – V. 108. – I. 13. – P. 131801-1-131801-7. DOI: 10.1103/ PhysRevLett.108.131801.
5. An, F.P. Observation of electron-antineutrino disappearance at Daya Bay / F.P. An, J.Z. Bai, A.B. Balantekin // Physical Review Letters. – 2012. – V. 108. – I. 17. – Р. 171803-1-171803-7. DOI: 10.1103/ PhysRevLett.108.171803.
6. Ahn, J.K. Observation of reactor electron antineutrinos disappearance in the RENO experiment / J.K. Ahn, S. Chebotaryov, J.H. Choi et al. // Physical Review Letters. – 2012. – V. 108. – I. 19. – P. 191802-1-191802-6. DOI: 10.1103/ PhysRevLett.108.191802.
7. An, F. Neutrino physics with JUNO / F. An, G. An, Q. An et al. // Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. – 2016. – V. 43. – № 3. – Art. № 030401. – 188 p. DOI: 10.1088/0954-3899/43/3/030401.
8. Wurm, M. The next-generation liquid-scintillator neutrino observatory LENA / M. Wurm, J.F. Beacom, L.B. Bezrukov et al. // Astroparticle Physics. – 2012. – V. 35. – I. 11. – P. 685-732. DOI: 10.1016/j.astropartphys.2012.02.011.
9. Serebrov, A.P. The first observation of the oscillation effect in the neutrino-4 experiment on the search for the sterile neutrino (continuation) / A.P. Serebrov, R.M. Samoilov, V.G. Ivochkin et al. // JETP Letters. – 2019. – V. 109. – I. 4. – P. 213-221. DOI: 10.1134/S0021364019040040.
10. Ko, Y.J. Sterile neutrino search at the NEOS experiment / Y.J. Ko, B.R. Kim, J.Y. Kim et al. // Physical Review Letters. – 2017. – V. 118. – I.12. – P. 121802-1-121802-6. DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.121802.
11. Пшуков, А.М. Жидкий сцинтиллятор на основе синтина / А.М. Пшуков, Ш.И. Умеров // Препринт ИЯИ РАН 1442/2019. – М.: Институт ядерных исследований Российской академии наук, 2019. – 14 с.
12. Пшуков, А.М. Исследование оптических свойств жидкого органического сцинтиллятора на основе синтина и нафталина для использования в нейтринной физике / А.М. Пшуков, А.А. Кокоева // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. – 2023. – Т. 13. – № 3. – С. 39-44.
13. Elisei F. Measurements of liquid scintillator properties for the Borexino detector / F. Elisei, F. Gatti, A. Goretti et al. // Physics. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A-accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment. – 1997. – V. 400. – I. 1. –P. 53-68. DOI: 10.1016/S0168-9002(97)00933-9.
14. Вересникова, А.В. Исследование спектральных и люминесцентных характеристик сцинтиллятора на основе синтина / А.В. Вересникова, З.Ю. Исупова, З.Х. Калажоков и др. // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. – 2022. –Т. 12. – № 4. – С. 69-77.
15. Серебров, А.П. Создание второй нейтринной лаборатории на реакторе СМ-3 с целью увеличения точности эксперимента «Нейтрино-4» / А.П. Серебров, В.Г. Ивочкин, Р.М. Самойлов и др. // Журнал технической физики. –2023. – Т. 93. – Вып. 1. – С. 175-186. DOI: 10.21883/JTF.2023.01.54079.241-22.
16. Birks, J.B. The theory and practice of scintillation counting / J.B. Birks. – Oxford, London: Pergamon Press, 1964. – xx + 662 p. DOI: 10.1016/C2013-0-01791-4.
17. Buck, W.L. The origin of scintillations in organic Materials / W.L. Buck // IRE Transactions on Nuclear Science. – 1960. – V. 7. – I. 2/3. – P. 11-16. DOI: 10.1109/TNS2.1960.4315727.
18. Birks, J.B. The influence of excimer formation on solvent-solute energy transfer in organic liquid scintillators / J.B. Birks, J. Conte, G. Walker // IEEE Transactions on Nuclear Science. – 1966. – V. 13. – I. 3. – P. 148-152. DOI: 10.1109/TNS.1966.4324092.
19. Пшуков, А.М. Исследование люминесцентных и спектрометрических свойств гибридных жидких органических сцинтилляторов с добавкой нафталиновых кристаллов для использования в нейтринной физике / А.М. Пшуков, А.А. Кокоева, А.З. Кашежев, Д.Н. Ермоленко // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. – 2024. – Т. 14. – № 3. – С. 30-37.