Кіріспе
Жапониядағы нейтрино тербелісі эксперименті Камиока сұйық сцинтилляторлы антинейтрино детекторы (KamLAND) - Жапонияның Гифу штатындағы Хида қаласында орналасқан жер асты нейтриноны анықтау қондырғысы Камиока обсерваториясындағы электронды антинейтрино детекторы. Құрылғы Жапон Альп тауларында орналасқан ескі KamiokaNDE қуысында орналасқан. Бұл жоба Токио университетінің құрамына кіретін Камиока обсерваториясында орналасқанымен, оны Тохоку университетінің тобы жүргізеді. Бұл нысанды Жапонияның 53 коммерциялық ядролық реакторы қоршап тұр. Ядролық реакторлар ядролық отынның радиоактивті бөлшектену өнімдерінің ыдырауы кезінде электронды антинейтринолар шығарады. Жарық шамдарынан немесе алыс жұлдыздардан сәулеленудің қарқындылығы сияқты, изотропиялық сәулелену ағыны реактордан R арақашықтығы арту сайын 1/R2 төмендейді. Құрылғы 1,8 мегаэлектронвольт (MeV) энергия шегінен асатын ядролық реакторлардан шыққан антинейтринолардың шамамен 25% -ына дейін сезімтал және осылайша детекторда сигнал шығарады. Егер нейтриноның массасы болса, олар экспериментте байқалмайтын дәмдерге ауысып, электронды антинейтринолардың одан әрі күңгірттенуіне немесе "жоғалуына" әкелуі мүмкін. КамЛЭНД реакторлардан шамамен 180 км орташа ағынды салмақталған қашықтықта орналасқан, бұл оны күн нейтрино проблемасының ірі араласу бұрышы (LMA) шешімдерімен байланысты нейтринолардың араласуына сезімтал етеді.
The Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector (KamLAND) is an electron antineutrino detector at the Kamioka Observatory, an underground neutrino detection facility in Hida, Gifu, Japan. The device is situated in a drift mine shaft in the old KamiokaNDE cavity in the Japanese Alps. Although located in the Kamioka Observatory, which is part of the University of Tokyo, this project is conducted by a team at Tohoku University. The site is surrounded by 53 Japanese commercial nuclear reactors. Nuclear reactors produce electron antineutrinos during the decay of radioactive fission products in the nuclear fuel. Like the intensity of light from a light bulb or a distant star, the isotropically emitted flux decreases at 1/R2 per increasing distance R from the reactor. The device is sensitive up to an estimated 25% of antineutrinos from nuclear reactors that exceed the threshold energy of 1.8 megaelectronvolts (MeV) and thus produces a signal in the detector. If neutrinos have mass, they may oscillate into flavors that an experiment may not detect, leading to a further dimming, or "disappearance," of the electron antineutrinos. KamLAND is located at an average flux weighted distance of approximately 180 kilometers from the reactors, which makes it sensitive to the mixing of neutrinos associated with large mixing angle (LMA) solutions to the solar neutrino problem.
KamLAND детекторы
KamLAND детекторының сыртқы қабаты диаметрі 18 метрлік тот баспайтын болаттан жасалған ыдыстан тұрады, оның ішкі қабаты 1,879 фотомультипликатор түтіктерінен (1325 17" және 554 20" ПМТ) тұрады. Фотокатодтың қаптамасы 34%. Оның екінші ішкі қабаты 13 диаметрлі нейлонды шардан тұрады, онда 1000 тонна минералды май, бензол және флуоресцентті химиялық заттардан тұратын сұйық сцинтиллятор толтырылған. Шырылдамайтын, жоғары тазартылған май шақтың жүзу қабілетін қамтамасыз етеді және шақты фотомультипликатор құбырларынан алыс ұстайтын буфер ретінде әрекет етеді; май сонымен қатар сыртқы сәулеленуден қорғайды. 3,2 килотонналық цилиндрлі су Черенков детекторы контейнерді қоршап, мюон ветосы ретінде әрекет етеді және қоршаған тау жыныстарынан келетін ғарыш сәулелері мен радиоактивтіліктен қорғайды. Электрондық антинейтринолар 1.8 МеВ энергия шегі бар кері бета ыдырауы реакциясы арқылы анықталады. Позитроннан келетін жедел сцинтилляция жарығы инцидент антинейтрино энергиясының шамасын береді, мұнда жедел оқиға энергиясы, оның ішінде позитронның кинетикалық энергиясы мен аннигиляция энергиясы. <> шамасы - орташа нейтрондық керілу энергиясы, ол тек бірнеше ондаған килоэлектронвольт (keV). Нейтрон сутегінен шамамен 200 микросекунд (мкм) кейін ұстап, 2,2 сәуле шығарады. Бұл кешіктірілген кездейсоқтық белгісі антинейтриноларды басқа бөлшектерден пайда болған фоннан ажырату үшін өте күшті құрал болып табылады. Ұзақ негізге байланысты ағынды жоғалтуды өтеуге, KamLAND-тің бұрынғы құрылғыларға қарағанда әлдеқайда үлкен анықтау көлемі бар. KamLAND детекторы 1000 тонналық детекторлық массаны қолданады, бұл Borexino сияқты ұқсас детекторлардың көлеміне қарағанда екі есе артық. Дегенмен, детектордың көлемі артуы сонымен қатар ғарыш сәулелерінен көбірек қорғануды талап етеді, сондықтан детекторды жер астына орналастыруды талап етеді. 2011 жылы Камланд Зен екі есе бета ыдырауының іздеуінің бір бөлігі ретінде детектордың ортасына 320 кг еріген ксенонды қамтитын сцинтиллятор шары іліктірілді. Детекторды жақсарту жоспарланып отыр, оған кванттық тиімділігі жоғары жарық жинағыш айналар мен ПМТ қосылады.
Геологиялық антинейтринолар (геонейтринолар)
KamLAND 2005 жылы геологиялық жолмен өндірілген антинейтриноларды (геонейтринолар деп аталады) зерттеуді жариялады. Бұл нейтринолар торий мен уранның ыдырауынан пайда болады. Бірнеше геонейтринолар анықталды және бұл шектеулі деректер U/Th радиоқуатын 60TW-тан төмен шектеуге пайдаланылды. Борексиномен біріктіру нәтижелері 2011 жылы жарияланды, U/Th жылу ағынын өлшеу. 2013 жылы жаңа нәтижелер, жапондық реакторлардың тоқтатылуына байланысты азайтылған фоннан пайдаланып, 116 оқиғаны пайдалану арқылы U/Th радиогендік жылу өндірісін TW-ға шектеуге мүмкіндік берді. Бұл ірі силикатты Жердің құрамының модельдерін шектейді және эталондық Жер моделімен келіседі.
КамЛАНД-Зен қос бета-тазалануды іздеу
КамЛэнд Зен детекторды 136Xe бета-тозуын зерттеу үшін 2011 жылдың жазында сцинтилляторға қойылған шардан пайдаланады. Байқаулар нейтриносыз қос бета ыдырауының жартылай ыдырауының шекті уақытын 1, 9 деп белгіледі. Сонымен қатар, екі есе бета ыдырау мерзімі де өлшенді: "KamLAND Zen" ғарыш айлағының бақылауын одан әрі кеңейтілген Xe және жетілдірілген детектор компоненттерімен жалғастыруды жоспарлап отыр. 2016 жылдың тамызында жақсартылған іздеу жарияланды, жартылай жойылу мерзімі 1,07 дейін ұлғайтылды, нейтрино массасы 61165 меВ-қа тең болды. KamLAND Zen 400 атты алғашқы KamLAND Zen аппараты екі зерттеу бағдарламасын аяқтады, І кезең (2011 ж. қазан 2012 ж. маусым) және ІІ кезең (2013 ж. желтоқсан - 2015 ж. қазан). I және II фазаның жиынтық деректері нейтриносыз қос бета ыдырауының жартылай ыдырауының төменгі шекті жылдарын білдірді. KamLAND Zen 400 2011 жылдың қазанынан 2015 жылдың қазанына дейін жұмыс істеді, содан кейін KamLAND Zen 800 алмасты. 2018 жылдың 10 мамырында екінші "КамЛАНД Зен" эксперименттік аппараты "КамЛАНД Зен 800" Ксенонның 750 кг-ға жуық үлкен шарымен "КамЛАНД" детекторына орнатылды. Операция 2018-2019 жылдың қысқы мезгілінде басталады деп күтілуде. "KamLAND Zen 800" эксперименті 2019 жылдың қаңтар айында деректерді алуды бастады және алғашқы нәтижелері 2020 жылы жарияланды. 2022 жылдың наурыз айында KamLAND Zen 800-ді пайдаланатын KamLAND Zen Collaboration компаниясы 2019 жылдың 5 ақпаны мен 2021 жылдың 8 мамыры аралығында жиналған деректерді пайдалана отырып Xe 136-да нейтриносыз қос бета ыдырауы туралы нәтижелер жариялады. Нейтриносыз қос бета ыдырауы байқалмады, ал жартылай ыдырауының төменгі шегі T > yr болды, бұл Majorana нейтриносының тиімді массасының жоғарғы шегіне сәйкес келеді, ол 36 156 меВ. "KamLAND Zen" бірлестігі ұзақ мерзімді перспективада "KamLAND2 Zen" атты тағы бір аппаратты жасауды жоспарлап отыр.