Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Как и в предыдущие годы, работы этапа 2024 г. были сконцентрированы в двух основных направлениях: (I) теоретические работы в области спектроскопии реакторных антинейтрино и (II) экспериментальные работы на двух российских установках, одна из которых расположена на выходе пучка тепловых нейтронов исследовательского реактора ИР-8 в НИЦ «Курчатовский институт» (бета-спектрометр «Бета»), а другая – на энергетическом реакторе ВВЭР-1000 энергоблока №3 Калининской АЭС (детектор реакторных антинейтрино iDREAM). По направлению (I) происходит развитие модели Курчатовского института (Курчатовская модель) спектров антинейтрино от реактора, которая сегодня широко цитируется в мировой литературе и используется в расчетах и представлении данных нейтринных экспериментов (см. напр., C. Giunti et al., Phys. Lett. B 829 (2022) 137054; H. Almazan et al, Nature 613 (2023) 257 и др.). Особенностью Курчатовской модели является опор на собственные экспериментальные данные измерений отношения 235U/239Pu установкой «Бета», так что в этой части работ по проекту направления (I) и (II) органично пересекаются. В 2024 г. были проведены ревизия и уточнение кумулятивных спектров бета-частиц продуктов деления 235U, 239Pu и 238U. Обновленные данные подтвердили, что отношение спектров бета-частиц 235U/239Pu группы К. Шрекенбаха ошибочно завышено на ~5.4%. Кроме того, впервые в динамике был произведен расчет тепловой энергии, выделяемой в активной зоне на один акт деления, для стандартного топливного цикла реактора на тепловых нейтронах. Отметим, что развитый метод вычислений может быть использован для расчета тепловой энергии деления и для других видов реакторного топлива (РЕМИКС), а также быстрых реакторов с МОКС-топливом. По направлению (II) продолжался комплекс экспериментальных работ и на установке iDREAM. Нейтринный детектор iDREAM размещен на удалении 19.5 м от центра активной зоны реактора ВВЭР-1000 энергоблока №3 Калининской АЭС. К настоящему времени накоплена статистика нейтринных взаимодействий антинейтрино по реакции обратного бета-распада на протоне порядка 1 млн. событий. Хотя детектор был прежде всего задуман как прототип промышленного прибора для осуществления мониторинга реактора нейтринным методом, с его помощью возможно решение и ряда фундаментальных задач физики реакторных антинейтрино и Новой физики. Так, в отчетном году были проведены поисковые исследования бозонной темной материи и установлены ограничения на константу связи псевдоскалярных и скалярных темных бозонов (ТБ) с заряженными лептонами Стандартной модели. В области масс ТБ < 30 эВ ограничения iDREAM являются сегодня единственными, полученными в рамках модельно-независимого подхода в лабораторном, реакторном нейтринном эксперименте на Земле. В диапазоне масс ТБ 10^{-10} < m < 30 эВ имеющиеся в литературе строгие ограничения на константу связи, следующие из массива астрофизических данных, впервые дополнены экспериментальными результатами реакторного нейтринного эксперимента в рамках модельно-независимого подхода. Также в рамках моделей Новой физики, допускающих существование невидимых (зеркальных) нейтронов, впервые в эксперименте на промышленном реакторе было получено ограничение на вероятность перехода нейтрона в зеркальный мир и обратно. Среди других решенных фундаментальных задач – получение ограничений на параметры смешивания стерильного нейтрино в (3+1)-модели с одним легким стерильным нейтрино. Хотя найденные ограничения слабее имеющихся результатов других нейтринных экспериментов, они могут быть улучшены после увеличения статистики в совокупности с проведенной модернизацией детектора и улучшением его спектрометрических характеристик. Отметим проведенные в 2024 г. работы по модернизации детектора iDREAM. Была произведена замена внутреннего стального бака на бак из акрилового стекла (спроектирован и закуплен в 2023 г). Кроме этого, была осуществлена частичная замена отражателя с люмира на майлар, запаянный в прозрачную полиуретановую пленку толщиной 0.7 мм. Стальные трубки барботирования сцинтиллятора были заменены на трубки из полипропилена. Детектор был полностью слит, после чего была демонтирована система радиационной защиты и сам детектор. После завершения работ в мишень был залит приготовленный нами новый жидкий сцинтиллятор на основе ЛАБ с добавкой Gd (1 г/л) и более высокой концентрацией РРО (3.0 вместо 2.7 г/л). Анализ данных модернизированного детектора продолжается в настоящее время. Тем не менее, уже сейчас можно сказать, что энергетическое разрешение iDREAM (σ/E) улучшилось на ~15% (было 11%, стало 9,4%). Также в рамках работ по модернизации iDREAM был смонтирован и внедрен в систему сбора данных управляемый светодиодный генератор ультракоротких импульсов (проект его внедрения разрабатывался в 2023 г). Диффузор, рассеивающий у/ф и голубой свет от генератора, герметично установлен в центр детектора. Генератор предусмотрен для контроля стабильности сцинтиллятора и его прозрачности и был применен для изучения линейности энергетической шкалы iDREAM. В рамках отдельной НИР была разработана эскизная документация на металлические детали корпуса детектора iDREAM из титанового сплава ВТ-00. Замена корпуса может быть проведена в среднесрочной перспективе с целью минимизации собственного р/а фона детектора. Проведен расчет необходимого типа и массы проката для изготовления корпуса детектора из сплава ВТ-00. Показано, что, с учетом отходов при выполнении механической обработки, ожидаемая масса исходного проката, необходимого для изготовления детектора, составляет 400 кг. Что касается работ в рамках развития нейтринного метода контроля реактора, то здесь на основе данных детектора iDREAM была измерена суточная энерговыработка промышленного реактора ВВЭР-1000. Было показано, что прототип промышленного нейтринного детектора iDREAM на основе 1.1 м. куб. Gd-ЖОС, размещенный на удалении 19.5 м от центра активной зоны реактора ВВЭР-1000, обеспечивает сравнимую со штатными методами АЭС точность измерений энерговыработки. Согласие результатов измерений энерговыработки по нейтрино и по данным СВРК достигает величины лучше 1%. Была исследована чувствительность iDREAM к падению мощности реактора. Показано, что за 2 (4) ч. набора статистики по антинейтрино достоверность обнаружения перехода реактора на режим работы в 50% мощности составляет 2.6 (4) стд. откл. Падение мощности на 10% от номинальной детектируется за 6 ч. со статистической значимостью 1.1 стд. откл. В 2024 г. опубликовано и принято к публикации 4 статьи. Еще одна статья на момент подачи отчета прошла первый раунд рецензирования. В работах участвовали два аспиранта НИЦ «Курчатовский институт» 3-го и 4-го годов обучения. Результаты работ представлены в 6 докладах на всероссийских и международных конференциях.