×
10.11.2014
216.013.05b5

СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ИОНИЗАЦИОННОГО СИГНАЛА В ЭМИССИОННЫХ ДЕТЕКТОРАХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области низкофоновых экспериментов по поиску редких событий, например взаимодействий темной материи с обычным веществом, и может быть использовано для экспериментов по исследованию взаимодействия нейтрино (антинейтрино) с энергией 1-100 МэВс веществом. Способ регистрации ионизационного сигнала в эмиссионных детекторах излучений включает создание электрического поля в жидком ксеноне, подтягивание электронов ионизации к поверхности раздела жидкость - насыщенный пар, вытягивание (эмиссию) электронов ионизации в газовую фазу и последующую их регистрацию в газовой фазе, при этом в жидком ксеноне растворяют электроотрицательное вещество, обладающее высоким коэффициентом захвата для электронов ионизации, термализованных под поверхностью раздела жидкого и газообразного ксенона, и обладающее одновременно низким коэффициентом захвата для дрейфующих в жидком ксеноне электронов ионизации. Технический результат - существенное уменьшение фона от задержанных подповерхностных электронов, уменьшение энергетического порога регистрации и повышение чувствительности. 1 ил., 1 табл.
Основные результаты: Способ регистрации ионизационного сигнала в эмиссионных детекторах излучений, включающий создание электрического поля в жидком ксеноне, подтягивание электронов ионизации к поверхности раздела жидкость - насыщенный пар, вытягивание (эмиссию) электронов ионизации в газовую фазу и последующую их регистрацию в газовой фазе, отличающийся тем, что в жидком ксеноне растворяют электроотрицательное вещество, обладающее высоким коэффициентом захвата для электронов ионизации, термализованных под поверхностью раздела жидкого и газообразного ксенона и обладающее одновременно низким коэффициентом захвата для дрейфующих в жидком ксеноне электронов ионизации.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области низкофоновых экспериментов по поиску редких событий, например взаимодействий темной материи с обычным веществом, и может быть использовано для экспериментов по исследованию взаимодействия нейтрино (антинейтрино) с энергией 1-100 МэВс веществом.

Известен способ регистрации [1] редких событий в эмиссионном детекторе, когда в результате взаимодействия исследуемого излучения с жидком ксеноном создается ионизация (электроны+ионы), под действием внешнего электрического поля электроны дрейфуют в жидком ксеноне к поверхности раздела фаз, вытягиваются в газовую фазу и регистрируются при помощи фотоэлектронных умножителей по интенсивному свечению (электролюминесценции) в электрическом поле.

В наиболее близком к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату способе регистрации, реализованном в [2] фиг.1, электроны ионизации дрейфуют в жидком ксеноне с энергией около 1 эВ, подходят к поверхности раздела фаз, эмитируют в газовую фазу и регистрируются затем при помощи фотоэлектронных умножителей по интенсивному свечению (электролюминесценции) в электрическом поле. При этом в известном способе часть электронов ионизации не способна сходу преодолеть поверхность раздела жидкость - газовая фаза, поэтому они остаются под поверхностью, где в упругих соударениях с атомами ксенона сбрасывают свою энергию до величины около 0,02 эВ и далее с течением времени случайным образом эмитируют в газовую фазу. В близком к предлагаемому способе регистрации [2] частота эмиссии в газ подповерхностных электронов составляет около 100 Гц, что связано с ионизацией жидкого ксенона фоновыми гамма-квантами от радиоактивных загрязнений материала корпуса детектора и космическими мюонами.

Известный способ не позволяет регистрировать редкие события при ионизации с малой передачей энергии, когда результатом является образование в жидком ксеноне и эмиссия в газ одного электрона ионизации. Такие события неотличимы от эмиссии одиночных термализованных электронов от фона, задержавшихся под поверхностью жидкого ксенона.

Техническим результатом предложенного способа является существенное уменьшение фона от задержанных подповерхностных электронов, случайным образом эмитирующих в газовую фазу, и, как следствие, уменьшение энергетического порога регистрации способа и повышение чувствительности способа, что делает возможным исследование таких редких процессов с малой передачей энергии, как когерентное рассеяние нейтрино на ядрах - фундаментальный физический процесс, предсказанный в рамках стандартной модели электрослабых взаимодействий, но до сих пор не наблюдавшийся на практике.

Для получения технического результата в жидком ксеноне растворяют вещество, обладающее высоким сечением захвата для электронов с энергией около 0,02 эВ с целью их быстрого захвата и превращения в ионы. Высокое сечение захвата должно обеспечить малое время жизни подповерхностных термализованных электронов. При этом для обеспечения малых потерь электронов в процессе дрейфа к поверхности жидкого ксенона сечение захвата для электронов, обладающих энергиями около 1 эВ, должно быть у выбранного вещества низким.

В качестве такого вещества предложено использовать элегаз (SF6) и хлор (Сl). В Таблице 1 представлены литературные данные по сечениям захвата для двух значений энергии электронов - 0,02 и 1 эВ, оценки концентрации указанных веществ, необходимые для обеспечения длины дрейфа электронов до захвата в жидком ксеноне 10 метров и полученные оценки характерных времен жизни подповерхностных термализованных электронов.

Расчеты были проведены с использованием известных из теории низкоионизированной плазмы формул:

, где λ - длина пробега электронов до захвата, см;

σ - сечение захвата электронов примесью, см2;

N - концентрация примеси, см-3;

где τ - время жизни электрона до захвата, с;

σ - сечение захвата электронов примесью, см2;

N - концентрация примеси, см-3;

υ - тепловая скорость электрона, при энергии 1 эВ - это 6×107 см/с, при энергии 0,02 эВ - это 9×105 см/сек

На фиг.1 изображена схема работы эмиссионного детектора.

Способ осуществляется следующим образом.

В жидком ксеноне растворяют SF6 (Сl) с концентрацией 1015 1/см3 (2,5×1015 1/см3), создают дрейфовое электрическое поле напряженностью около 1 кВ/см. В результате исследуемого взаимодействия, например упругого рассеяния нейтрино на ядре ксенона, происходит ионизация жидкого ксенона с образованием пар (электрон+ион). В приложенном электрическом поле электроны "разогреваются" до энергии около 1 эВ и дрейфуют к поверхности раздела фаз. Длина дрейфа электронов до захвата, составляющая 10 м (см. Табл.1) при указанных концентрациях выбранных газов, практически не ухудшает амплитудные характеристики метода регистрации для характерных используемых размеров дрейфового зазора детектора ~ 10 м. В приложенном электрическом поле электроны проходят (эмитируют) сквозь поверхность раздела фаз и выходят в газовую фазу, где регистрируются с помощью фотоэлектронных умножителей по свечению (электролюминесценции). Часть электронов, не способная эмитировать в газовую фазу, остается под поверхностью жидкого ксенона и в упругих соударениях быстро сбрасывает свою энергию до величины около 0,02 эВ, приходя в тепловое равновесие с окружающими атомами ксенона. При указанных концентрациях растворенных газов характерное время жизни до захвата таких электронов на молекулы растворенного SF6 (Сl) составляет 5×10-7 (1,3×10-6)с.

Техническая эффективность предложенного способа по сравнению с прототипом заключается в сильном подавлении фона от эмиссии подповерхностных электронов из-за их быстрого захвата в жидком ксеноне на молекулы введенных примесей SF6 (Сl). Техническая эффективность предложенного способа по сравнению с прототипом заключается в уменьшении энергетического порога регистрации способа и повышении чувствительности способа. Становится возможным исследовать редкие события при ионизации с такой передачей энергии, когда результатом является образование в жидком ксеноне и эмиссия в газ одного электрона ионизации. Такие события в прототипе не отличимы от эмиссии одиночных термализованных электронов от фона задержавшихся под поверхностью жидкого ксенона. Это делает возможным исследование таких редких процессов с малой передачей энергии, как когерентное рассеяние нейтрино на тяжелых ядрах - неисследованный до настоящего времени фундаментальный физический процесс, предсказанный в рамках стандартной модели.

Источники информации

1.2. М. Hornetal. Nuclear recoil scintillation and ionization yields in liquid xenon from ZEPLIN-III data. Phys. Lett. В 705 (2011) 471-476; arXiv: 106.0694 [physics.ins-det].

2. D. Yu. Akimov, I.S. Aleksandrov, V.A. Belov, A.I. Bolozdynya et al. Measurement of Single-Electron Noise in a Liquid Xenon Emission Detector. Instruments and Experimental Techniques 55(2012)423-28.

3. Hayes T.R., Wetzel R.C. and Freund R.S. "Absolute Electron - impact-ionization Cross sectionmeasuremensotf the Halogen Atoms", Phys. Rev. 35(2), 578-584, 1987.

4. Kouichi Ono, MutumiTuda, Hiroki Ootera, and Tatsuo Oomori, "Electron cyclotron resonance plasma etching ofSiwith C12: plasma chemistry and mechanisms", Pure&Appl. Chem., Vol.66, No. 6, pp.1327-1334, 1994.

Способ регистрации ионизационного сигнала в эмиссионных детекторах излучений, включающий создание электрического поля в жидком ксеноне, подтягивание электронов ионизации к поверхности раздела жидкость - насыщенный пар, вытягивание (эмиссию) электронов ионизации в газовую фазу и последующую их регистрацию в газовой фазе, отличающийся тем, что в жидком ксеноне растворяют электроотрицательное вещество, обладающее высоким коэффициентом захвата для электронов ионизации, термализованных под поверхностью раздела жидкого и газообразного ксенона и обладающее одновременно низким коэффициентом захвата для дрейфующих в жидком ксеноне электронов ионизации.
СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ИОНИЗАЦИОННОГО СИГНАЛА В ЭМИССИОННЫХ ДЕТЕКТОРАХ ИЗЛУЧЕНИЙ
СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ИОНИЗАЦИОННОГО СИГНАЛА В ЭМИССИОННЫХ ДЕТЕКТОРАХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 35 items.
20.09.2013
№216.012.6bef

Способ изготовления стали с упрочняющими наночастицами

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способу получения стали, содержащей наноразмерные частицы боридов, оксидов, нитридов. Может использоваться для изготовления элементов деталей для хранения отработавшего ядерного топлива, чехлов тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493282
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6d05

Система контроля кислорода и водорода в газовых средах

Изобретение относится к устройствам для контроля параметров газовых сред, в частности к контролю газовых смесей, содержащих кислород и водород, и может быть использовано в атомной энергетике, транспортном, химическом машиностроении и других отраслях техники, например, для контроля водородной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493560
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.10.2013
№216.012.729f

Плавленолитой хромсодержащий огнеупорный материал

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления хромсодержащих огнеупорных материалов для футеровки стекловаренных печей при утилизации радиоактивных отходов. Плавленолитой хромсодержащий огнеупорный материал содержит компоненты в следующем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495000
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.10.2013
№216.012.7339

Способ нанесения на металлическую деталь комплексного покрытия для защиты детали от водородной коррозии, состоящего из множества микрослоев

Изобретение относится к области атомного и химического машиностроения, а именно к способам нанесения покрытий для защиты деталей от водородной коррозии. Технический результат - повышение работоспособности, надежности и увеличение долговечности деталей с покрытием. Способ включает обезжиривание...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495154
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.10.2013
№216.012.7578

Способ получения консолидированных порошковых материалов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения объемных ультрадисперсных и наноматериалов путем электроимпульсной консолидации порошков. Может использоваться при изготовлении изделий с высокими прочностными характеристиками. Предварительную очистку порошка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495732
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.01.2014
№216.012.959c

Способ нелинейного трехмерного многораундового преобразования данных dozen

Изобретение относится к вычислительной технике и электросвязи, предназначено для решения задач защиты компьютерной информации, может использоваться при построении генераторов псевдослучайных чисел, а также криптографических примитивов хеширования, блочного и поточного шифрования. Достигаемый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503994
Дата охранного документа: 10.01.2014
10.01.2014
№216.012.95c2

Способ изготовления керамических топливных таблеток с выгорающим поглотителем для ядерных реакторов

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано в технологии производства спеченных керамических топливных таблеток с выгорающим поглотителем для ядерных реакторов. Для прессования таблеток используют смесь порошка диоксида урана, приготовленного по одной из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504032
Дата охранного документа: 10.01.2014
20.01.2014
№216.012.992c

Способ итеративного криптографического преобразования данных

Изобретение относится к вычислительной технике и электросвязи, предназначено для решения задач защиты компьютерной информации. Наиболее предпочтительной областью использования изобретения является построение генераторов псевдослучайных чисел (ГПСЧ), а также криптографических примитивов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504911
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.07.2014
№216.012.df01

Устройство для определения количества единиц в упорядоченном двоичном числе

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам обработки данных, и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления. Техническим результатом является упрощение устройства за счет использования однотипных элементов,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522875
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.df42

Способ изготовления токоснимающей фольги и токоснимающая фольга суперконденсаторов

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу изготовления токоснимающей фольги суперконденсатора с двойным электрическим слоем (КДЭС). Техническим результатом изобретения является повышение мощности суперконденсатора за счет снижения паразитного контактного сопротивления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522940
Дата охранного документа: 20.07.2014
Showing 1-10 of 34 items.
20.09.2013
№216.012.6bef

Способ изготовления стали с упрочняющими наночастицами

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способу получения стали, содержащей наноразмерные частицы боридов, оксидов, нитридов. Может использоваться для изготовления элементов деталей для хранения отработавшего ядерного топлива, чехлов тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493282
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6d05

Система контроля кислорода и водорода в газовых средах

Изобретение относится к устройствам для контроля параметров газовых сред, в частности к контролю газовых смесей, содержащих кислород и водород, и может быть использовано в атомной энергетике, транспортном, химическом машиностроении и других отраслях техники, например, для контроля водородной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493560
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.10.2013
№216.012.729f

Плавленолитой хромсодержащий огнеупорный материал

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления хромсодержащих огнеупорных материалов для футеровки стекловаренных печей при утилизации радиоактивных отходов. Плавленолитой хромсодержащий огнеупорный материал содержит компоненты в следующем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495000
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.10.2013
№216.012.7339

Способ нанесения на металлическую деталь комплексного покрытия для защиты детали от водородной коррозии, состоящего из множества микрослоев

Изобретение относится к области атомного и химического машиностроения, а именно к способам нанесения покрытий для защиты деталей от водородной коррозии. Технический результат - повышение работоспособности, надежности и увеличение долговечности деталей с покрытием. Способ включает обезжиривание...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495154
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.10.2013
№216.012.7578

Способ получения консолидированных порошковых материалов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения объемных ультрадисперсных и наноматериалов путем электроимпульсной консолидации порошков. Может использоваться при изготовлении изделий с высокими прочностными характеристиками. Предварительную очистку порошка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495732
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.01.2014
№216.012.959c

Способ нелинейного трехмерного многораундового преобразования данных dozen

Изобретение относится к вычислительной технике и электросвязи, предназначено для решения задач защиты компьютерной информации, может использоваться при построении генераторов псевдослучайных чисел, а также криптографических примитивов хеширования, блочного и поточного шифрования. Достигаемый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503994
Дата охранного документа: 10.01.2014
10.01.2014
№216.012.95c2

Способ изготовления керамических топливных таблеток с выгорающим поглотителем для ядерных реакторов

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано в технологии производства спеченных керамических топливных таблеток с выгорающим поглотителем для ядерных реакторов. Для прессования таблеток используют смесь порошка диоксида урана, приготовленного по одной из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504032
Дата охранного документа: 10.01.2014
20.01.2014
№216.012.992c

Способ итеративного криптографического преобразования данных

Изобретение относится к вычислительной технике и электросвязи, предназначено для решения задач защиты компьютерной информации. Наиболее предпочтительной областью использования изобретения является построение генераторов псевдослучайных чисел (ГПСЧ), а также криптографических примитивов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504911
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.07.2014
№216.012.df01

Устройство для определения количества единиц в упорядоченном двоичном числе

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам обработки данных, и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления. Техническим результатом является упрощение устройства за счет использования однотипных элементов,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522875
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.df42

Способ изготовления токоснимающей фольги и токоснимающая фольга суперконденсаторов

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу изготовления токоснимающей фольги суперконденсатора с двойным электрическим слоем (КДЭС). Техническим результатом изобретения является повышение мощности суперконденсатора за счет снижения паразитного контактного сопротивления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522940
Дата охранного документа: 20.07.2014
+ добавить свой РИД