Úspěšné zkoušky radioaktivních zdrojů elektronů v neutrinovém projektu KATRIN

03. 08. 2017

V Technologickém ústavu Karlsruhe (KIT) se dokončuje výstavba rozsáhlého experimentálního zařízení KATRIN (zařízení má délku 70 m), jehož cílem je změřit hmotnost nejhojnější částice ve vesmíru - neutrina. Zprávu o prvních zkouškách tohoto unikátního zařízení zveřejnily NOVINKY ÚJF 27. 10. 2016. V červenci 2017 proběhly první komplexní zkoušky KATRIN monoenergetickými elektrony ze zdrojů vyvinutých v ÚJF.

Byly navrženy a odzkoušeny dva typy zdrojů elektronů. Oba typy jsou založené na radioaktivních rozpadech isotopů rubidia a kryptonu: ⁸³Rb→^83mKr→⁸³Kr. Zdokonalili jsme způsob přípravy ⁸³Rb na urychlovači ÚJF včetně radiochemických operací pro oba typy zdrojů a provedli řadu fyzikálních zkoušek s cílem nalézt optimální variantu zdrojů s ohledem na potřeby KATRIN. Hlavní požadavky vývoje představovaly zkrácení doby ozařování na cyklotronu, dosažení nebývalé čistoty radiochemických operací, extrémní stabilita energie elektronů po dobu stárnutí zdroje a vysoký stupeň emise elektronů nebo emanace ^83mKr. Dalším požadavkem bylo omezení kontaminace zařízení KATRIN izotopem ⁸³Rb (má poločas rozpadu 3 měsíce) na minimum.

První typ zdroje připravujeme implantací ⁸³Rb do vodivé podložky ve spolupráci s laboratoří hmotového separátoru na Bonnské universitě. Je určen pro monitorovací spektrometr KATRIN, jehož úkolem je sledovat stabilitu vysokého analyzujícího napětí KATRIN na metrologické úrovni - miliontin jmenovité hodnoty za měsíc.

Druhý typ lze získat depozicí ⁸³Rb do zeolitových kuliček (molekulové síto). Vyvinuli jsme generátor, ve kterém může být deponované ⁸³Rb o aktivitě až 1 GBq. Vznikající plynný ^83mKr lze řízeně injektovat do tritiového zdroje. Monoenergetické elektrony z rozpadu ^83mKr slouží k provádění testovacích, kalibračních a systematických měření tritiového zdroje. Uvedený zeolitový zdroj se dále aplikuje do zařízení „Zdroj elektronů s kondenzovaným ^83mKr“, které pro KATRIN vyvinuli fyzikové z university v Münsteru.

Během nedávných zkoušek bylo, po dobu šestnácti dnů, v nepřetržitém provozu téměř celé zařízení KATRIN včetně monitorovacího spektrometru. Z provozu byly vyjmuty tzv. zadní díl a tritiové cirkulační smyčky. Oba typy našich elektronových zdrojů byly s úspěchem použity. Zdroj na bázi zeolitu byl aplikován jak v generátoru, tak i v zařízení s kondenzací ^83mKr. Při ověřování vlastností komponent i celého uspořádání KATRIN bylo změřeno téměř 600 elektronových spekter, jejichž analýza přinese cenné údaje pro spolehlivé dlouhodobé měření tritiových spekter záření beta.

V lednu 2018 má být zahájeno uvádění do provozu tritiového zdroje KATRIN včetně cirkulačních smyček. Při této činnosti bude kromě testovacího plynného deuteria opět využit i ^83mKr z našeho generátoru. První měření s malým množstvím tritia je naplánováno na květen 2018.

Náš generátor monoenergetických eletronů v tritiové laboratoři KIT
Náš generátor ⁸³Rb→^83mKr→⁸³Kr v tritiové laboratoři KIT při komplexních zkouškách aparatur KATRIN v červenci 2017. V levé části snímku je kontejner na převoz zeolitového zdroje z ÚJF do KIT.

Úspěšné zkoušky radioaktivních zdrojů elektronů v neutrinovém projektu KATRIN

Přečtěte si také