Изотопы помогут открыть тайны Вселенной
![](https://strana-rosatom.ru/wp-content/uploads/2019/05/100131-1.jpg)
Почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии? Какова природа нейтрино? Как поймать темную материю? Чтобы найти ответы, ученые проводят сложнейшие эксперименты, для которых нужны редкие изотопы. «Росатом» — один из ключевых поставщиков этого рынка. Рассказываем, какие международные научные коллаборации мы снабжаем изотопами.
Одна из главных загадок современной физики — барионная асимметрия, то есть преобладание вещества над антивеществом в видимой Вселенной. Как это возможно, если в Стандартной модели каждой частице соответствует античастица? Ответ может скрываться в природе нейтрино: ученые предполагают, что эта частица идентична своей античастице. Тогда получается, что именно нейтрино могут нарушать барионное число.
Если догадка верна, это делает возможным двойной безнейтринный бета-распад — ядерный процесс, в котором два нейтрона распадаются только на два протона и два электрона — без нейтрино. Нейтрино, испущенное при распаде первого нейтрона, поглощается тем же ядром при испускании второго электрона.
LEGEND
Зарегистрировать безнейтринный двойной бета-распад — задача проекта LEGEND. Для эксперимента, который проводится в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Италии, используются детекторы из особо чистого германия, обогащенного изотопом германий‑76. Чтобы естественный радиоактивный фон не помешал зарегистрировать распад германия‑76, детекторы окружили многослойной защитой: они погружены в криостат, заполненный жидким аргоном, сам криостат помещен в резервуар с водой, а резервуар расположен в подземной лаборатории. Скальные породы защищают установку от космического излучения.
Коллаборация сложилась в результате слияния двух крупных международных проектов — европейского GERDA и североамериканского Majorana. К объединенной команде присоединились другие научные группы, занимавшиеся аналогичными экспериментами, коллаборация уже включает 50 организаций со всего мира, в том числе 30 российских. Объединение позволило консолидировать не только результаты исследований, но и финансовые ресурсы.
И GERDA, и Majorana использовали детекторы из германия‑76 производства Электрохимического завода. Для нового эксперимента выбрали того же поставщика, но заказ сделали гораздо больше: чем больше германия‑76, тем выше чувствительность. В конце апреля этого года В/О «Изотоп» поставило крупную партию — порядка 20 кг. Позже коллаборация планирует приобрести еще в районе 1 т.
![](http://strana-rosatom.ru/wp-content/uploads/2019/05/CCOct18Dark-frontis.jpg)
У LEGEND очень жесткие требования к хранению и транспортировке продукции. В «Росатоме» специально разработали саркофаг для подземного промежуточного хранения германия‑76, защищающий изотопы от космического излучения. Кроме того, специалисты ЭХЗ сконструировали транспортный упаковочный контейнер, который выполняет те же функции, что и подземный саркофаг, во время перевозки.
AMoRE и CUPID
ЭХЗ также производит изотопы для другого крупного проекта по изучению свойств нейтрино — AMoRE. Международная коллаборация объединяет более 100 ученых, представляющих 16 институтов — России, Китая, Германии, Южной Кореи, Пакистана, Таиланда и Украины. Исследователи ждут безнейтринного двойного бета-распада ядер другого изотопа — молибдена‑100. В качестве детектора используются монокристаллы молибдата кальция, они же одновременно служат источником. Эксперимент проводят в подземной лаборатории Янъяна в Южной Корее. Молибдена‑100 надо много — десятки килограммов.
В/О «Изотоп» в 2015 году подписало с коллаборацией AMoRE контракт на поставку до 2021 года 120 кг молибдена‑100 в Корею, 80 кг уже поставлено.
Недавно компания начала переговоры с итальянскими представителями новой коллаборации СUPID. Объем потенциального заказа — 300 кг молибдена‑100. Коллаборация планирует эксперименты по поиску безнейтринного двойного бета-распада в подземной лаборатории Модана во Франции. Будут использованы монокристаллы молибдата лития.
В мире формируются проекты по изучению безнейтринного двойного бета-распада с использованием и других изотопов: ксенона‑136, селена‑82, теллура‑130. ЭХЗ производит их, идут переговоры о поставках.
XMASS и WARP
Еще одна интригующая загадка для физиков — темная материя. Астрономические наблюдения последних десятилетий определенно свидетельствуют, что помимо наблюдаемой части Вселенной есть и скрытая. Мы можем судить об этом по гравитационным эффектам. Ученые предполагают, что большая часть темной материи состоит из частиц с массой порядка нескольких десятков гигаэлектронвольтов, очень слабо взаимодействующих с обычной материей. Их называют вимпами (WIMP — Weakly Interacting Massive Particles, слабовзаимодействующие массивные частицы) и пытаются обнаружить по следам взаимодействия.
«Росатом» поставляет изотопы для экспериментов по поиску темной материи XMASS и WARP. В первом темную материю ловят с помощью детектора на жидком ксеноне. Когда в сцинтилляторе возникают вспышки, их регистрируют фотоэлектронные умножители, гипотетический вимп упруго рассеивается на ядре ксенона. Эксперимент проводится в нейтринной обсерватории Камиоки в Японии. WARP в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Италии приманивает вимпы на аргон. Принцип детектирования тот же: регистрируется малое энерговыделение от процесса рассеяния на ядрах детектора-мишени.