Научная тема: «ИССЛЕДОВАНИЕ РЕДКИХ РЕАКЦИЙ И РАСПАДОВ НИЗКОФОНОВЫМИ ГАЗОВЫМИ ДЕТЕКТОРАМИ В БАКСАНСКОЙ НЕЙТРИННОЙ ОБСЕРВАТОРИИ ИЯИ РАН»
Специальность: 01.04.16
Год: 2010
Отрасль науки: Физико-математические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Разработаны и созданы методические и аппаратурные ресурсы  для осуществления исследований редких реакций и распадов низкофоновыми газовыми детекторами в подземных условиях БНО ИЯИ РАН.
  2. С целью отбора наилучших выполнены измерения радиоактивной загрязнённости различных материалов  и металлов методами γ-спектрометрии и контроля поверхностной α-активности. Определён список наиболее чистых по радиоактивным  примесям материалов, пригодных для изготовления низкофоновых детекторов и защит.
  3. Разработаны, изготовлены и исследованы различные варианты низкофоновых пропорциональных счётчиков. Отобраны наиболее удачные конструкции. Впервые предложена и реализована конструкция низкофонового миниатюрного кварцевого счётчика с катодом из пирографита для регистрации излучений от внутренних и внешних источников.
  4. Исследованы фоновые, временные, амплитудные характеристик различных рабочих газов и их смесей. Впервые установлено, что  газовая смесь (1-2)% Хе + CF4 относится к классу метастабильных Пеннинговских смесей. Пропорциональные счётчики с таким  газом обладают удлинённой рабочей характеристикой; сниженным в ~2 раза рабочим напряжением; в десятки раз большей величиной предельного коэффициента газового усиления по сравнению с чистым CF4.
  5. Разработана методика, создана установка с многонитяным бесстеночным пропорциональным счётчиком и выполнены высокоточные измерения формы β-спектра 14С. В результате обработки данных установлено, что форма экспериментального спектра, очищенная от всех выявленных искажающих факторов, отличается от формы теоретического спектра для разрешённого перехода. Отличие устраняется при умножении теоретической формы  на корректирующий множитель С(Е) = 1 + β(Е0-Е), где β = (1,24±0,04) МэВ-1.    Получено ограничение на примесь «тяжёлого» нейтрино с массой 17 кэВ к нормальному состоянию с mν ≈ 0: |UeH|2 < 0,0022 (90% у.д.).
  6. С помощью плоскопараллельной ионизационной камеры с сеткой и двух разновидностей больших пропорциональных счётчиков проведён с возрастающей чувствительностью ряд поисковых исследований 2β-распада 136Хе. Установлен наилучший до настоящего времени для экспериментов разностного типа предел на период полураспада изотопа 136Хе относительно (2β2ν)-распада: Т1/2 ≥ 8,5∙1021 лет (90% у.д.). Результат достигнут с применением разработанных новых методов регистрации импульсов от пропорционального счётчика цифровым осциллографом и анализа полной формы импульсов.
  7. В совместной с испанскими физиками работе по поиску 2β+- и еβ+-распадов изотопа 78Kr с помощью цилиндрической сеточной ионизационной камеры, окружённой сцинтилляционными детекторами NaI(Tl), для этих процессов  установлены наилучшие до настоящего времени пределы на периоды полураспада: Т1/2 (2β+)0ν + 2ν ≥ 2,0∙1021 лет (68% у.д.), Т1/2 (Кβ+)2ν ≥ 1,1∙1020 лет (68% у.д.), Т1/2 (Кβ+)0ν ≥ 5,1∙1021 лет (68% у.д.).
  8. В серии экспериментов по поиску 2К-захвата изотопов 78Kr и 124Хе, выполненных с возрастающей чувствительностью на двух разных типах больших пропорциональных счётчиков,  установлены наилучшие до настоящего времени пределы: Т1/2 (0ν+2ν,2К) ≥1,9∙1017 лет (68% у.д.)  для 124Хе, Т1/2(0ν+2ν,2К) ≥ 3,4∙1021 лет (95% у.д.)  для 78Kr. Последний результат получен путём отбора полезных событий по итогам анализа формы записанных в цифровом виде импульсов, выявленной при обработке с применением оригинального нового метода на основе вейвлет-преобразований.
  9. В результате целевых исследований  разработана конструкция  импульсной ионной ионизационной камеры большого объёма для измерения содержания радона в пробах воздуха, заполняющего камеру в качестве рабочего газа. Разработана и изготовлена специальная регистрирующая аппаратура. Энергетическое разрешение камеры при энергии α-частиц 5,5 МэВ достигает 3,9%.  Изготовленный детектор обладает наивысшей чувствительностью среди приборов, предназначенных для прямой регистрации распадов радона в воздухе. С помощью камеры за время 103 с достигается статистическая точность не хуже 10% при регистрации  распадов радона с объемной активностью в воздухе 10 Бк/м3.
  10. Разработана и изготовлена импульсная ионная ионизационная камера для регистрации низких уровней поверхностной  α-активности образцов различных материалов с площадью поверхности до 55,4 см2. Разработана и реализована методика регистрации импульсов длительностью ~10 мс с помощью цифрового осциллографа. Энергетическое разрешение камеры при энергии α-частиц 5,5 МэВ достигает 4,3%. Предложенная конструкция камеры потенциально обладает чрезвычайно высокой чувствительностью. При увеличении полезной площади для размещения образцов до 400 см2 чувствительность метода определения содержания радиоактивных элементов по их поверхностной  α-активности достигает ~0,7 мБк/кг по 238U и ~1,2 мБк/кг по 232Th за время измерений 500 ч с медным образцом.
Список опубликованных работ
1. В.В. Кузьминов, Б.В. Притыченко, «Перспективы поиска скрытой массы Вселенной низкофоновыми газовыми детекторами». Препринт ИЯИ АН СССР, № 88-40, Москва, 1988, 18 стр. Полигр. объединение «ПЕЧАТНИК», 1988.

2. В.В.Кузьминов, В.М.Новиков, А.А.Поманский, «Многосекционный пропорциональный счётчик (МСПС) для регистрации двойного бета-распада 136Хе». Труды XI международного симпозиума по ядерной электронике, Чехословакия, Братислава, 6-12 сентября 1983. Издание ОИЯИ Д13-84-53, Дубна, 1984, 350-352.

3. В.В.Кузьминов, Н.Я.Осетрова. "Моделирование картины событий 2&#61538;-распада 136Хе в многосекционном пропорциональном счетчике". Препринт ИЯИ АН СССР № 729/91, Москва, 1991, 17 стр.

4. V.V.Kuzminov, V.M.Novikov, B.V.Pritichenko, A.A.Pomansky, P.Povinec, R.Janik. "Characteristics of a high pressure low background proportional counter". Nucl. Instr. and Meth. in Physics Research, B17, 1986, 452-453.

5. V.V.Kuzminov, A.A.Pomansky, B.V.Pritychenko. "Baksan multielemental proportional counter for Dark Matter detection". Proc. of the 9th Moriond Workshop: Test of Fundamental Laws (Particle Physics, Astrophysics, Atomic Physics), Les Arcs, France, 21-28 January, 1989, 6 стр.

6. J.Gavriljuk, V.Kuzminov, N.Osetrova, B.Ovchinnikov, V.Parusov, O.Pikhulja, S.Ratkevich, A.Salagin, G.Volchenko. "Search for WIMP´s with multicell proportional counter". Proc. of the 2nd Workshop on "The Dark Side of the Universe", Roma, Italy, 13-14 November 1995. World Scientific Publishing Co., Singapure, 1996, 203-210.

7. Ю.М. Гаврилюк, А.М. Гангапшев, В.В. Кузьминов, Н.Я. Осетрова, С.И. Панасенко, С.С. Раткевич. "Характеристики пропорционального счетчика, заполненного CF4 с добавками Хе". ПТЭ, №1, 2003, 31-36.

8. Ю.М.Гаврилюк, А.М.Гангапшев, А.М.Гежаев, В.В.Казалов, А.А.Клименко, В.В.Кузьминов, С.И.Панасенко, С.С.Раткевич, А.А.Смольников, К.В.Эфендиев, С.П.Якименко. «Содержание радиоактивных изотопов в конструкционных материалах по данным подземного низкофонового полупроводникового спектрометра (глубина – 660 м в.э.)». Препринт ИЯИ РАН, № 1236/2009, 2009 г., 19 стр.

9. В.В.Кузьминов, Н.А.Лиховид, В.М.Новиков. "Миниатюрный пропорциональный счетчик с корпусом из кварцевого стекла". ПТЭ, N 4, 1990, 86-87.

10. В.В.Кузьминов, В.Э.Янц. "Пропорциональный счетчик из кварцевого стекла для регистрации внешнего рентгеновского излучения". ПТЭ, N 3, 1997, 146-147.

11. В.В.Кузьминов, Е.И.Крапивский, С.В.Маркевич. "Быстрые газовые смеси для бесстеночного многонитяного пропорционального счетчика". Препринт ИЯИ АН СССР П-0647, Москва, 1989, 6 стр.

12. Kuzminov V.V., Pomansky A.A., Striganov P.S. "Characteristics of the multiwire proportional counters". а) Proc. of the 2nd Int. Conf. "Low Radioactivities-80", High Tatras, Czechoslovakia, 24-27 November, 1980, v.2, 19-26. б) Nuclear Instruments and Methods, 203, (1982), 477-482.

13. В.И.Волченко, В.В.Кузьминов, Н.А.Метлинский, Е.И.Крапивский. "Многонитяной бесстеночный пропорциональный счетчик для рентгеноспектрального флуоресцентного анализа". Препринт ИЯИ АН СССР П-0646, Москва, 1989, 10 стр.

14. В.В.Кузьминов, А.А.Волков, С.В.Маркевич. "Фон многонитяных бесстеночных пропорциональных счетчиков". Препринт ИЯИ АН СССР П-0648, Москва, 1989, 6 стр.

15. В.В.Кузьминов, Н.Я.Осетрова, А.М.Шалагин. "Исследование формы бета- спектра 14С и поиск нейтрино с массой 17 кэВ" Препринт ИЯИ РАН № 0920/96, Москва, 1996, 27 стр.

16. В.В.Кузьминов, Н.Я.Осетрова, А.М.Шалагин. "Особенности высокоточной регистрации бета-спектра 14С с помощью пропорционального счетчика" ПТЭ, N 5, 1996, 38-47.

17. V.V.Kuzminov, N.Ya.Osetrova. "Precise measurement of 14C beta spectrum with use of wall-less proportional counter". Труды Второй международной конференции "Новая физика в не ускорительных экспериментах" NANP´99, ОИЯИ, Дубна, Россия, 28 июня-3 июля 1999 г. Ядерная физика, т.63, N 7, 2000, 1365-1369.

18. A.S.Barabash, A.A.Gulubev, O.V.Kazachenko. V.V.Kuzminov, V.M.Lobashev, V.M.Novikov, B.M.Ovchinnikov, A.A.Pomansky, B.E.Shtern. "Low background installation for the 136Xe double beta decay experiment". Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res., B17, 1986, 450-451.

19. A.С.Барабаш, В.М.Лобашев, В.В.Кузьминов, В.М.Новиков, Б.М.Овчинников, А.А.Поманский. "Поиск двойного бета-распада 136Хе". Письма в ЖЭТФ, том 45, вып. 4, 1987, 171-173.

20. А.С.Барабаш, В.В.Кузьминов, В.М.Лобашев, В.М.Новиков, Б.М.Овчинников, А.А.Поманский. "Результаты эксперимента по поиску двойного бета-распада 136Хе". Ядерная физика, т.51, вып.1, 1990, 3-13.

21. V.V.Kuzminov, V.M.Lobashev, V.M.Novikov, B.M.Ovchinnikov, A.A.Pomansky, B.V.Pritychenko. "New limit of rate of 2&#61550;2&#61538; decay of 136Xe". Proc. Int. Moriond Workshop 1991, "Massive Neutrinos, Test of Fundamental Symmetries", 105-112.

22. Г.В.Волченко, Ю.М.Гаврилюк, В.В.Кузьминов, Н.Я.Осетрова, С.С.Раткевич. "Методика поиска двойного бета-распада 136Хе с помощью бесстеночных пропорциональных счетчиков высокого давления". ПТЭ, N 1, 1999, 34-51.

23. Ju.M.Gavriljuk, V.V.Kuzminov, N.Ya.Osetrova, S.S.Ratkevich. "Results of a search for the 2&#61550;2&#61538; decay of 136Xe with proportional counters". Phys.Rev. C, v.61, 2000, 035501 (6 pp).

24. Yu. Gavriljuk, A. Gangapshev, V. Kuzminov. N. Osetrova, S. Panasenko, S. Ratkevich. “First result of a search for the two neutrino double beta-decay of 136Xe with high pressure copper proportional counters”. Proc. of the IV International Conference «Non Acceleration New Physics», Dubna, Russia, June 23-28, 2003. Ядерная физика, 67, №11, 2033-2038, (2004).

25. Yu. Gavriljuk, A. Gangapshev, V. Kuzminov. N. Osetrova, S. Panasenko, S. Ratkevich. “Analysis of &#61537;-particle background event in a high-pressure proportional counter”. Proc. of the IV-th International Conference «Non Accelerator New Physics – NANP’03», June 23-28, 2003, Dubna, Russia. Ядерная физика, 67, №11, 2039-2042, (2004).

26. Ю.М. Гаврилюк, А.М. Гангапшев, В.В. Кузьминов, Н.Я. Осетрова, С.И. Панасенко, С.С. Раткевич. “Результаты эксперимента по поиску двойного бета-распада 136Xe с помощью пропорциональных счетчиков высокого давления”. Препринт ИЯИ РАН № 1147/2005, Москва, 2005г.

27. Ju. Gavriljuk, A. Gangapshev, V. Kuzminov, N. Osetrova, S. Panasenko, S. Ratkevich. “Results of a search for the two-neutrino double beta-decay of Xe-136 with copper proportional counters”. Proc. of the V-th International Conference “Non-Accelerator New Physics – NANP’05”, June 20-25, 2005, Dubna, Russia. Ядерная физика, том 69, №12, 2006, стр. 2174-217

28. Кузьминов В.В., Новиков В.М., Поманский А.А., Притыченко Б.В., Вийяр Х., Гарсия Э., Моралес А., Моралес Х., Нуньес-Лагос Р., Пуимедон Х., Саенс К., Салинас А., Сарса М. "Радиоактивный 85Kr в криптоне, обогащенном легким изотопом". Атомная энергия, т. 73, вып. 6, 1992, 499-500.

29. Кузьминов В.В., Новиков В.М., Поманский А.А., Притыченко Б.В., Вийяр Х., Гарсия Э., Моралес А., Моралес Х., Нуньес-Лагос Р., Пуимедон Х., Саенс К., Салинас А., Сарса М. "Цилиндрическая ионизационная камера на сжатом криптоне". ПТЭ, N 1, 1993, 103-108.

30. C.Saenz, E.Cerezo, E.Garcia, A.Morales, J.Morales, R.Nunez-Lagos, A.Ortiz de Solorzano, J.Puimedon, A.Salinas, M.Sarsa, J.A.Villar, A.Klimenko, V.Kuzminov, N.Metlinsky, V.Novikov, A.Pomansky, B.Pritychenko. "Results of a search for double positron decay and electron-positron conversion of 78Kr". Phys. Rev.C, V.50, N 2, 1994, 1170-1174.

31. Г.В.Волченко, Ю.М.Гаврилюк, В.В.Кузьминов, Н.Я.Осетрова, С.С.Раткевич. "Поиск 2К(2&#61550;)-захвата 78Kr и 124Хе с помощью бесстеночных пропорциональных счетчиков". ПТЭ, N 6, 1998, 72-80.

32. Ju.M.Gavriljuk, V.V.Kuzminov, N.Ya.Osetrova, S.S.Ratkevich, G.V.Volchenko. "Search for 2K(2&#61550;) capture decay mode of 78Kr and 124Xe with wall-less proportional counters". Труды Первой международной конференции "Новая физика в неускорительных экспериментах" NANP´97, ОИЯИ, Дубна, Россия, 7-11 июля 1997 г. Ядерная физика, т.61, N 8, 1998, 1389-1394.

33. Ju.M.Gavriljuk, V.V.Kuzminov, N.Ya.Osetrova, S.S.Ratkevich, G.V.Volchenko. "New limit for the half-life of 2K(2&#61550;) capture decay mode of 78Kr". а) Труды Второй международной конференции "Новая физика в неускорительных экспериментах" NANP´99, ОИЯИ, Дубна, Россия, 28 июня-3 июля 1999 г. Ядерная физика, т.63, N 12, 2000, 2297-2300. б) e-Print: arXive: nucl-ex/0002009.

34. A.N. Shubin, G.M. Skorynin, I.I.Pul’nikov, A.V.Ryabukhin, G.A.Sharin, K.V.Fed’ko, I.E.Sharipov, D.G.Arefiev, S.M.Zyryanov, V. N. Gavrin, V. V. Kuzminov. “Deep purification of krypton highly enriched in Kr-78 from Kr-85 with a gas centrifuge cascade”. Proc. of VII all-Russian (International) Scientific Conference “Physical and chemical processes on selection of atoms and molecules”, Zvenigorod, October 6-10, 2003. Moscow, Atominform; Moscow Region, Troitsk, RSC RF TRINITI, 2003, p.p. 11-14.

35. Yu. Gavriljuk, V. Gavrin, A. Gangapshev, V. Kazalov, V. Kuzminov, N. Osetrova, S. Panasenko, S. Ratkevich, A.. Shubin , G. Skorynin, I. Pul’nikov, A. Ryabukhin. “New stage of a search for the 2K(2&#957;)-capture of 78Kr”, Proceedings of the V-th International Conference on NON-ACCELERATOR NEW PHYSYCS “NANP’05”, June 20-25, 2005, Dubna, Russia. Ядерная физика, том 69, №12, 2006, стр. 2169-2173

36. Yu.M.Gavrilyuk, V.N.Gavrin, A.M.Gangapshev, V.V.Kazalov, V.V.Kuzminov, S.I.Panasenko, S.S.Ratkevich. “Comparative analysis of spectra of the background of the proportional counter filled with krypton enriched in 78Kr and with Kr of natural content”. Proceedings of the XIV-th International School “Particles and Cosmology” (P&C- 2007), April 16-21, 2007, Baksan Valley, Kabardino-Balkaria, Russia Москва, ИЯИ РАН, ISBN 978-5-94274-055-9, 2008, 211-217

37. Yu.M.Gavriljuk, A.M.Gangapshev, V.V.Kazalov, V.V.Kuzminov, S.I.Panasenko, S.S.Ratkevich, S.P.Yakimenko. “Pulse Shape Analysis and Identification of Multipoint Events in a Large-Volume Proportional Counter in an Experimental Search for 2K Capture Kr-78”. e-Print: arXiv:0911/5403v1 [nucl-ex] 28 Nov 2009, 10 pp

38. Ю.М. Гаврилюк, А.М. Гангапшев, В.В. Казалов, В.В. Кузьминов, С.И. Панасенко, С.С. Раткевич, С.П. Якименко. «Анализ формы импульса и идентификация многоточечных событий в пропорциональном счётчике большого объёма в эксперименте по поиску 2К-захвата в 78Kr». ПТЭ, №1, (2010), 65-77.

39. V.V.Kuzminov. "Ion-pulse Ionization Chamber for Direct measurement of a Radon Concentration in the Air". III Int. Conf. Non-Accelerator New Physycs (NANP-2001), Dubna, Russia, June 19-23, 2001. Ядерная физика, том 66, №3, (2003), 490-493.

40. Ю. М. Гаврилюк, А. М. Гангапшев, В. В. Казалов, В. В. Кузьминов, С. И. Панасенко, С. С. Раткевич. «Импульсная ионная ионизационная камера для спектрометрических измерений низких уровней поверхностной альфа- активности » ПТЭ, №2, (2009), 24-33.