Zahlavi

Zdroj monoenergetických elektronů pro neutrinový experiment KATRIN připraven

17. 06. 2021

V ÚJF AV ČR byl úspěšně připraven dosud nejsilnější kalibrační zdroj monoenergetických elektronů na bázi 83Rb. V Technologickém Institutu Karlsruhe (KIT) bylo právě zahájeno měsíční měření tohoto zdroje, které umožní detailně prozkoumat řadu vlastností komplexní aparatury KATRIN.

Unikátní kalibrační zdroj konverzních elektronů je založen na principu radionuklidového generátoru 83Rb/83mKr. Mateřský radionuklid 83Rb s dlouhým poločasem rozpadu 86 dní je zakotven v pevnolátkové matrici. Z matrice se nesmí během měření uvolňovat, aby nedošlo k vysoce rizikovému zamoření systému KATRIN. Naopak dceřiný radionuklid 83mKr s krátkým poločasem rozpadu 1,8 h, který vzniká jeho rozpadem, je plyn, který z matrice trvale uniká, tzv. emanuje, a to téměř kompletně. Vstupuje přes filtry do systému KATRIN, kde se dokonale mísí s tritiem. Právě on při svém rozpadu emituje konverzní elektrony s přesně známou energií, které slouží ke kalibraci. Sledování polohy a tvaru linek ve spektru těchto elektronů lze využít k prozkoumání celé 70 m trasy KATRIN a zejména plynného zdroje molekulárního tritia. Kvalita měření závisí na statistické přesnosti, která se zvyšuje s aktivitou kalibračního zdroje. Proto byl v ÚJF připraven generátor, který emanuje miliardy atomů 83mKr za sekundu. Tomu odpovídá aktivita 10 GBq mateřského 83Rb, nejvyšší, s níž lze v rámci experimentu KATRIN s ohledem na platná povolení pracovat.

Toto zadání představovalo technologickou výzvu hned po několika stránkách. Prvním byla příprava 83Rb jadernou reakcí na plynovém kryptonovém terči několikadenním ozařováním svazkem protonů. K tomu posloužil klíčový nástroj infrastruktury CANAM, kanadský urychlovač TR-24. Proces ozařování klade vysoké požadavky na použitou terčovou technologii, stabilitu svazku a dokonalou těsnost terče – tyto všechny parametry se podařilo splnit. Druhým byla manipulace s vysokou aktivitou, především však nutnost automatizovat řadu kroků separace 83Rb z terče i přípravy samotného kalibračního zdroje. Jde tu mimo jiné o skloubení požadavků na radiační bezpečnost s precizním provedením všech operací. V některých případech bylo nevyhnutelné nahradit přímý zásah rukou citlivými telemanipulátory.

S potěšením konstatujeme, že připravený generátor splňuje očekávání do něj vložená. Minulý týden byl připojen ke KATRIN a plánované měsíční měření s 83mKr právě probíhá.