Liquid Scintillation Detector

Из ненаписанной диссертации А.С. Мальгина

Жидкостный сцинтилляционный детектор LSD (Liquid Scintillation Detector) был создан в рамках научно-технического сотрудничества между СССР и Италией. В январе 1979 г. министерствами иностранных дел СССР и Италии был подписан Меморандум, предусматривающий совместные исследования в области нейтринной астрофизики. Через год, в январе 1980 г., научные группы Института ядерных исследований (ИЯИ) АН СССР и Института космогеофизики Национального Совета исследований (CNR) Италии приступили к монтажу установки LSD. Проект инициировали академик Г.Т. Зацепин, зав. отделом лептонов высокой энергий и нейтринной астрофизики (ЛВЭНА) ИЯИ и директор Института космогеофизики CNR профессор К. Кастаньоли. Непосредственными руководителями работ были зав. сектором электронных методов детектирования нейтрино (ЭМДН) отдела ЛВЭНА О.Г. Ряжская и сотрудник Института космогеофизики, профессор Туринского университета О. Сааведра.
   Главной целью проекта было создание в низкофоновых условиях детектора для обнаружения всплеска нейтринного излучения, возникающего при гравитационном коллапсе железного ядра звезды. Помимо этого, характеристики планировавшегося детектора давали возможность исследовать потоки нейтрино от астрофизических источников в области энергий >10 МэВ, а также процессы, вызываемые высокоэнергетическими мюонами.
   Местом для монтажа детектора был выбран гараж №25 в транспортном туннеле под Монбланом (h=4810 м), соединяющем города Курмайор (Италия) и Шамони (Франция). Длина туннеля – 11 км, высота над уровнем моря – 1390 м, направление – с юго-востока на северо-запад с западным склонением 36.42’.
   Гаражи – это вспомогательные помещения – камеры, расположенные через ~ 400 метров вдоль всего туннеля. Гараж №25 находится в 3.8 км от въезда в туннель с итальянской стороны, координаты гаража 45.51’ N; 6.54’E, размеры 12.0x9.0x6.5 м^3. Толщина скального грунта над гаражом по вертикали – 1915 м или 5130 м.в.э. при плотности 2.68 г/см^3.
   Для подавления фона естественной радиоактивности стенки гаража были облицованы стальными листами толщиной 2 см. Камера отделялась от туннеля практически герметичной переборкой. Воздух в камеру подавался из туннеля через фильтры мощным кондиционером.
   Детектор состоял из 72 сцинтилляционных счетчиков (наружные размеры счетчика 150x100x100 см^3), объединенных в три трехэтажные колонны по 24 счетчика в колонне, так что заполнение объема камеры счетчиками было максимальным. Наружные размеры детектора – 8.16х6.31х5.00 м^3, масса сцинтиллятора – 84 тонны.
   Каркас установки образовывали железные контейнеры, поставленные друг на друга и вмещающие два счетчика. Стенки контейнеров имели разную толщину с тем, чтобы между сопредельными гранями счетчиков в колонне было 2 см железа. Обращенные к коридорам боковые стенки и дно контейнеров имели толщину 2 см. Таким образом, с учетом толщины стенок счетчиков (0.4 см нержавеющей стали), сцинтиллятор счетчиков в колонне был разделен слоями железа 2.8 см. Между сцинтиллятором соседних колонн был слой железа 4.8 см, между скальным грунтом и сцинтиллятором – 4.4 см. Под установкой было 10 см железа.
   Окружающее установку железо, являясь защитой от радиоактивности грунта, вместе со сцинтиллятором и железом внутри установки входило в состав мишени для взаимодействия нейтрино (и мюонов). Масса 24-х контейнеров двух нижних этажей – 2.0 тонны каждый, 12-ти верхних контейнеров – 2.4 тонны.
   Над детектором и под ним имелось пространство, куда проедполагалось поместить резистивные стримерные камеры для точного определения треков мюонов, но с появлением в 1981 г (?) проекта NUSEX от резистивных камер было решено отказаться. Проект NUSEX предусматривал создание установки вблизи от LSD (2.5 км в сторону Франции, гараж №17), в научную программу которой входила мюонная физика.
   Монтаж установки LSD был закончен в июне 1984 г. В октябре 1984 г. LSD заработал в полном объеме, с января 1985 года начался набор данных в постоянном режиме.
   В июле 1988 г. защита установки была усилена. Детектор снаружи был окружен 25-ти сантиметровым слоем борированного парафина и слоем свинца 2.5 см, обращенным к сцинтиллятору. Защита состояла из блоков весом около 20 кг каждый. Над установкой находилось 30 см борированного парафина и 1 см свинца, снизу – 8 см борированного парафина.
   Детектор LSD прекратил свою работу в марте 1999 г. из-за катастофического пожара в туннеле. В 2000 году установка была демонтирована, а счетчики перевезены в Лаборатирию Гран Сассо, где вошли в состав установки LVD (Large Volume Detector), являющейся расширенным вариантом LSD и содержащей 840 сцинтилляционных счетчиков.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ Коллаборации LSD

1. Correlations between low-energy and high-energy pulses detected by the LSD installation under Mt. Blanc from 10 February 1987 to 1 July 1987, Dadykin, V. L. et al., JETP Lett. 56 (1992) 426-429.
2. Coincidences among the data recorded by the Baksan, Kamioka and Mont Blanc underground neutrino detectors, and by the Maryland and Rome gravitational wave detectors during supernova SN1987A, Aglietta, M. et al., Nuovo Cim. C14 (1991) 171-193.
3. Correlation between the Maryland and Rome gravitational wave detectors and the Mont Blanc, Kamioka and IMB particle detectors during SN1987A, Aglietta, M. et al., Nuovo Cim. B106 (1991) 1257-1269.
4. Correlations of the low-energy pulses and muons recorded at the Mont Blanc LSD apparatus between 10 February and 1 July 1987, Dadykin, V. L. et al., Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 55 (1991) NO.4129.
5. Neutrino astrophysics and SN1987A, Aglietta, M. et al., Nuovo Cim. C13 (1990) 365-374.
6. NEUTRINO OBSERVATIONS FROM SUPERNOVA SN1987A, Galeotti, P. et al., Helv. Phys. Acta 60 (1987) 619-628.
7. DETECTION OF A RARE EVENT ON 23 FEBRUARY 1987 BY THE NEUTRINO RADIATION DETECTOR UNDER MONT BLANC, Dadykin, V. L. et al., JETP Lett. 45 (1987) 593-595.
8. NEUTRINO OBSERVATIONS FROM SUPERNOVA SN1987A, Galeotti, P. et al., Helv. Phys. Acta 60 (1987) 619-628
9. Upper limit on the solar anti-neutrino flux according to LSD data, Aglietta, M. et al., JETP Lett. 63 (1996) 791-795.
10. Search for fractionally charged particles in the Mont Blanc LSD scintillation detector, Aglietta, M. et al., Astropart. Phys. 2 (1994) 29-34.
11. Search for neutrino radiation from stellar gravitational collapses with the LSD installation under Mont Blanc, Dadykin, V. L. et al., Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 57 (1993) 691-693.
12. Limits on low-energy astrophysical neutrino fluxes based on the Mont Blanc LSD experiment data, Dadykin, V. L. et al., Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 57 (1993) 689-690.
13. Limits on low-energy neutrino fluxes with the Mont Blanc liquid scintillator detector, Aglietta, M. et al., Astropart. Phys. 1 (1992) 1-9.
14. MONOPOLE SEARCH WITH THE MONT BLANC LSD EXPERIMENT, Aglietta, M. et al., Nuovo Cim. C9 (1986) 588-597.
15. RESULTS OF THE LIQUID SCINTILLATION DETECTOR OF THE MONT BLANC LABORATORY, Aglietta, M. et al., Nuovo Cim. C9 (1986) 185-195.
16. LOW-ENERGY NEUTRAL PARTICLE DETECTION IN THE MONT BLANC LSD EXPERIMENT, Dadykin, V. L. et al., Nuovo Cim. C9 (1986) 271-280.
17. THE 90 TONS LIQUID SCINTILLATOR DETECTOR OF THE MONT BLANC LABORATORY Nuovo Cim., 7C, 573, 1984

1. A Study of the LSD-2 experiment background, Aglietta, M. et al., Nucl. Phys. Proc. Suppl. 14B (1990) 205-209.
2. Coincidences among the data recorded by the Baksan, Kamioka and Mt Blanc underground Neutrino detectors and by Mariland and Rome gravitational wave detectors during SN1987A, Proc of XXI ICRC Adelaide v.2, 1990, Australia, 242-245
3. Coincidences among the data recorded by the LSD, Kamiokande II and Baksan underground neutrino telescopes during Supernova 1987A, Proc of XXI ICRC Adelaide v.2, 1990, Australia, 246-249.
4. MEASUREMENTS OF THE NEUTRINO FLUX FROM DIFFUSE SOURCES WITH THE LSD EXPERIMENT AT MONT BLANC, ICRC 21, 10, 48, 1990.
5. MEASUREMENTS OF VERY LOW ENERGY PARTICLES (E > 0.8 MEV) WITH LSD, ICRC 21, 10, 44, 1990.
6. STUDY OF THE NEUTRON FLUX GENERATED BY COSMIC RAY MUONS AT THE DEPTH OF 5200 HG/CM2. DEPTH-NEUTRON INTENSITY CURVE, ICRC 21, 9, 382, 1990.
7. PRESENT STATUS OF THE DETECTOR LSD2, ICRC 21, 10, 248, 1990.
8. Status of LSD experiment, Dadykin, V. L. et al., Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 53 (1989) NO.2139.
9. Present status of the LSD-2 neutrino telescope of the Mont Blanc laboratory, Aglietta, M. et al., 1988. In "Venice 1988, Proceedings, Neutrino telescopes" 146-150.
10. Search for neutrinos from collapsing stars at Mont Blanc, Aglietta, M. et al., 1988. In "Vulcano 1988, Proceedings, Frontier objects in astrophysics and particle physics" 103-120.
11. Present status of LSD at Mont Blanc, Aglietta, M. et al., 1988. In "Tokyo 1988, Proceedings, Neutrino mass and related topics" 239-248.
12. Neutrino astronomy at Mont Blanc: from LSD to LSD-2, Saavedra, O. et al., 1988. In "La Thuile 1988, Proceedings, Supernova 1987A, one year later" 83-106.
13. Search for very high-energy gamma rays from SN1987A, Castagnoli, C. et al., 1988. In "La Thuile 1988, Proceedings, Supernova 1987A, one year later" 43-49.
14. Supernova neutrinos detected in the Mont Blanc experiment, Aglietta, M. et al., 1987. In "Uppsala 1987, Proceedings, High energy physics, vol. 1" 609-611.
15. Study of astrophysical neutrino at LSD experiment under Mont Blanc, Aglietta, M. et al., 1987. In "Moscow 1987, Proceedings, Cosmic ray, vol. 9" 176-178.
16. On the event observed in the Mont Blanc Underground Neutrino Observatory during the supernova SN1987A explosion, Dadykin, V. L. et al., 1987. In "Moscow 1987, Proceedings, Cosmic ray, vol. 9" 68-73.
17. Neutrino observations from supernova SN1987A, Saavedra, O. et al., 1987. In "Ashland 1987, Proceedings, Neutrino masses and neutrino astrophysics" 41-50.
18. On the neutrino burst from SN1987A detected in the Mt. Blanc LSD experiment, Saavedra, O. et al., 1987. In "Hamburg 1987, Proceedings, Lepton and photon interactions at high energies" 453-462.
19. The Mont Blanc detection of neutrinos from SN1987A, Galeotti, P. et al., 1987. In "Los Angeles 1987, Proceedings, Observational neutrino astronomy" 123-133.
20. Neutrino observations from supernova SN1987A, Saavedra, O. et al., 1987. In "Les Arcs 1987, Proceedings, The standard model, the supernova 1987a, Vol. 1" 717-725.
21. Low-energy neutrino detection with the Mont Blanc LSD experiment, Aglietta, M. et al., 1986. In "Heidelberg 1986, Proceedings, Weak and electromagnetic interactions in nuclei" 741-744.
22. Neutrino experiments at LSD and ASD installations, Dadykin, V. L. et al., 1986. In "Sendai 1986, Proceedings, Neutrino '86" 285-296.
23. RESULTS OF LOW-ENERGY BACKGROUND MEASUREMENTS WITH THE LIQUID SCINTILLATION DETECTOR OF THE MONT BLANC LABORATORY, ICRC 19, 8, 108, 1985
24. THE RESEARCH PROGRAM OF THE MONT BLANC LIQUID SCINTILLATION DETECTOR ICRC 19, 8, 112, 1985
25. Neutrino physics and astrophysics with the liquid scintillation detector in the Mont Blanc laboratory, Saavedra, O. et al., 1984. In "Nordkirchen 1984, Proceedings, Neutrino Physics and Astrophysics", 556-567.
26. Use of large volume liquid scintillator for monopole detection, Galeotti, P., Badino, G., Castagnoli, C., Fulgione, W., Saavedra, O., 1983. In "Ann Arbor 1983, Proceedings, Monopole '83", 561-566.
27. The Mont Blanc liquid scintillator detector, Saavedra, O. et al., 1982. In "Javea 1982, Proceedings, Weak Interactions and Neutrinos", 325-329.