Российские ученые запатентовали новые сцинтилляторы для нейтринных исследований мирового уровня
Ученые Института ядерных исследований РАН и Кабардино-Балкарского государственного университета имени Х.М. Бербекова получили два патента на жидкие органические сцинтилляторы с цирконием и неодимом. Эти вещества нужны для детекторов, с помощью которых физики исследуют частицы и редкие ядерные процессы, в том числе ищут безнейтринный двойной бета-распад.
Сцинтиллятор испускает слабую вспышку света, когда поглощает энергию частицы — например, электрона, альфа-частицы или гамма-кванта. Приборы регистрируют этот свет. Если в жидкости растворить металл с нужным изотопом, она может одновременно служить источником исследуемого распада и помогать его обнаружить.
Первый патент, № 2859389, описывает сцинтиллятор с цирконием-96. По данным коллектива, до этого никто в мире не создавал жидкий органический сцинтиллятор с растворенным цирконием. Изотоп цирконий-96 выпускает АО «ПО „Электрохимический завод“». Это дает возможность в перспективе собрать крупный детектор с большой массой изотопа.
Второй патент, № 2861998, получили на сцинтиллятор с неодимом. Его основа — карбоксилатный комплекс неодима, то есть соединение металла с остатками карбоновых кислот. Материал показал высокий световыход: при взаимодействии с частицами он испускает много света. Эта разработка завершает цикл исследований, которые коллектив проводил на предыдущем этапе проекта. Тогда ученые создали прототип детектора с тремя литрами неодимсодержащего сцинтиллятора.
Сейчас команда работает над проектом «Разработка новых методов исследований в физике и астрофизике нейтрино», который рассчитан на 2025–2027 годы. Он продолжает проект «Новые методы исследования безнейтринного двойного бета-распада», который шел в 2022–2024 годах. Работу поддерживает Министерство науки и высшего образования России.
Помимо новых материалов для детекторов, ученые разрабатывают алгоритмы, которые помогают по сигналам приборов восстановить картину событий с участием нейтрино высоких энергий. Команда рассчитывает, что результаты проекта позволят России занять лидирующие позиции в этом направлении и в разработке детекторов на основе жидких органических сцинтилляторов с металлами.
В работе участвуют сотрудники и аспиранты КБГУ. Они приезжали в Институт ядерных исследований РАН, чтобы вместе с коллегами синтезировать жидкий сцинтиллятор с цирконием.
Научный руководитель проекта Анна Вересникова отмечает, что студенты, аспиранты и ученые университета повышают свою квалификацию и сами находят решения задач, связанных с безнейтринным двойным бета-распадом и новыми сцинтилляционными материалами. Вересникова — кандидат физико-математических наук, ученый секретарь ИЯИ РАН и старший научный сотрудник совместной лаборатории «Астрофизика и физика космических лучей». По ее мнению, опыт участников проекта показывает научный потенциал КБГУ и помогает готовить специалистов для дальнейших исследований.