ВІДГУК СЦИНТИЛЯЦІЙНОГО ДЕТЕКТОРА З КРИСТАЛАМИ ВОЛЬФРАМАТУ КАЛЬЦІЮ РІЗНОЇ ФОРМИ

 

В. М. Мокіна ¹, Ф. А. Даневич ¹, В. В. Кобичев ¹, Р. В. Кобичев ^1,2, Г. Краус ³, В. Б. Михайлик ³

 

¹ Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, Україна

² Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, Україна

³ Оксфордський університет, Оксфорд, Великобританія

 

Низькотемпературні сцинтиляційні болометри є дуже перспективними детекторами для дослідження подвійного бета-розпаду, пошуків темної матерії, вимірювань рідкісних альфа-розпадів. В роботі [1] були виконані дослідження (експериментальні вимірювання і Монте-Карло моделювання) можливостей оптимізації світлового виходу і енергетичної роздільної здатності сцинтиляційного детектора з кристалами вольфрамату цинку (ZnWO₄). Недоліком ZnWO₄ є суттєва оптична анізотропія (що створює певні труднощі при моделюванні розповсюдження фотонів методом Монте-Карло) і невисокий світловий вихід. Сцинтиляційні кристали CaWO₄ мають ізотропні властивості і вищі сцинтиляційні характеристики. Цей кристал уже використовується у експерименті CRESST як низькотемпературний сцинтиляційний болометр для пошуку слабковзаємодічих масивних частинок темної матерії [2, 3] і розглядається як перспективний детектор у великомасштабному кріогенному експерименті для пошуку темної матерії EURECA. Для цих експериментів принциповою вимогою є зниження порогу реєстрації детектора у світловому каналі, що може бути досягнуто шляхом оптимізації умов збору сцинтиляційних фотонів. Ефективність збору світла важлива також і для пошуку подвійного бета-розпаду, зокрема для досягнення якнайбільшого розділення сигналів ефекту (бета-частинки) від фонових альфа-частинок та випадкових збігів у часі подій двонейтринного подвійного бета-розпаду [4, 5]. Метою наших вимірювань було виявити залежність світлового виходу та енергетичної роздільної здатності детектора із кристалами CaWO₄ у формі циліндра, а також гексагональної, квадратної, трикутної призм розмірами 17.5 (діаметр або діагональ) ´ 15 мм з полірованою та дифузною поверхнею у різних умовах оптичного контакту та відбивання світла. Кристали були виготовлені із однієї заготовки, щоб уникнути ефекту залежності світлового виходу від матеріалу. Показано, що кристали у формі призми дозволяють ефективніше збирати світло на фотодетектор у порівнянні з кристалами циліндричної форми.

 

[1] V.M. Mokina et al., Optimization of light collection from crystal scintillators for cryogenic experiments, Proc. 4-th Int. Conf. on Current Problems in Nucl. Phys. and At. Energy (NPAE-Kyiv2012), Kyiv, 2013, p. 400-403.

[2] G. Angloher et al., Results from 730 kg days of the CRESST-II Dark Matter Search, Eur. Phys. J. C 72 (2012) 1971.

[3] A. Brown et al., Extending the CRESST-II commissioning run limits to lower masses, Phys. Rev. D 85 (2012) 021301(R).

[4] J.W. Beeman et al., A next-generation neutrinoless double beta decay experiment based on ZnMoO₄ scintillating bolometers, Phys. Lett. B 710 (2012) 318.

[5] D.M. Chernyak et al., Rejection of randomly coinciding 2n2b events in ZnMoO₄ scintillating bolometers, arXiv:1312.0246 [physics.ins-det].