High pure substances for astrophysical research

Abstract

The features of the application of high-purity substances for studying rare nuclear events in astrophysics, in particular double beta decay, are considered. It was noted that for such studies, the special underground laboratories are needed to eliminate the cosmic radiation background, and the use of high-purity materials for possibility to record rare nuclear events. The content of neutral impurity elements should not exceed 0.1 ppm, and the level of radionuclide contamination should be less than units mBq/kg. At the NSC KIPT, the technologies have been developed for the production of high-purity refractory (W, Mo, Re, Ru, Os) and low-melting metals (Zn, Cd, Te, archPb), including isotopically-enriched ¹⁰⁶Cd, ¹¹⁶Cd, satisfying these requirements. Using these metals both as individual elements and as part of low-background scintillation single crystals, it was possible to obtain a number of new fundamental results in the field of astrophysics, together with the Institute for Nuclear Research of the National Academy of Sciences of Ukraine and the Gran Sasso Laboratory of the National Institute of Physics (Italy).

Розглянуто особливості застосування високочистих речовин для дослідження рідкісних ядерних подій в астрофізиці, зокрема подвійного β-розпаду. Відзначено, що для проведення подібних досліджень необхідні спеціальні підземні лабораторії для усунення фону космічних випромінювань і застосування високочистих матеріалів для можливості реєстрації рідкісних ядерних подій. Вміст нейтральних домішкових елементів при цьому не повинен перевищувати 0,1 ррm, а рівень радіонуклідного забруднення – менше одиниць мБк/кг. У ННЦ ХФТІ були розроблені технології отримання високочистих тугоплавких (W, Mo, Re, Ru, Os) і легкоплавких (Zn, Cd, Тe, apxPb) металів, у тому числі ізотопно-збагачених ¹⁰⁶Cd, ¹¹⁶Cd, що задовольняють цим вимогам. З використанням цих металів як у вигляді окремих елементів, так і в складі низькофонових сцинтиляційних монокристалів спільно з Інститутом ядерних досліджень НАН України та лабораторією Гран-Сассо Національного інституту фізики (Італія) вдалося отримати ряд нових принципових результатів у галузі астрофізики

Рассмотрены особенности применения высокочистых веществ для исследования редких ядерных событий в астрофизике, в частности двойного β-распада. Отмечено, что для проведения подобных исследований необходимы специальные подземные лаборатории для устранения фона космических излучений и применение высокочистых материалов для возможности регистрации редких ядерных событий. Содержание нейтральных примесных элементов при этом не должно превышать 0,1 ррm, а уровень радионуклидного загрязнения – менее единиц мБк/кг. В ННЦ ХФТИ были разработаны технологии получения высокочистых тугоплавких (W, Mo, Re, Ru, Os) и легкоплавких (Zn, Cd, Те, apxPb) металлов, в том числе изотопно-обогащенных ¹⁰⁶Cd, ¹¹⁶Cd, удовлетворяющих этим требованиям. С использованием этих металлов как в виде отдельных элементов, так и в составе низкофоновых сцинтилляционных монокристаллов совместно с Институтом ядерных исследований НАН Украины и лабораторией Гран-Сассо Национального института физики (Италия) удалось получить ряд новых принципиальных результатов в области астрофизики.