Поиск упругого когерентного рассеяния антинейтрино на ядрах ксенона в эксперименте РЭД-100 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Разуваева Ольга Евгеньевна

• Разуваева Ольга Евгеньевна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Разуваева Ольга Евгеньевна

Введение

Глава 1. СЕ^N8 и методы его регистрации

1.1 Упругое когерентное рассеяние реакторных антинейтрино на атомных ядрах

1.1.1 Сечение процесса

1.1.2 Эксперименты по исследованию ОЕ^N8

1.1.3 Модели спектров реакторных антинейтрино

1.2 Двухфазный метод регистрации частиц

1.2.1 Основной принцип работы

1.2.2 Двухфазные детекторы в современной физике

1.3 Выводы по Главе

Глава 2. Детектор РЭД-100

2.1 Устройство детектора РЭД-100

2.1.1 Электродная и детектирующая системы

2.1.2 Система циркуляции и очистки

2.1.3 Система термостабилизации

2.2 Система сбора данных

2.2.1 Триггерная система

2.3 Обработка и моделирование данных детектора РЭД-100

2.3.1 Программный пакет REDOffline

2.3.2 Моделирование отклика детектора РЭД-100

2.4 Выводы по Главе

Глава 3. Эксперимент РЭД-100 на Калининской АЭС

3.1 Конфигурация установки

3.1.1 Набор данных

3.2 Внешний фон в эксперименте РЭД-100 на КАЭС

3.2.1 Гамма-фон

3.2.2 Нейтронный фон

3.2.3 Мюонный фон

3.3 Калибровка и определение параметров детектора РЭД-100

3.3.1 Параметры однофотоэлектронных импульсов

3.3.2 Время жизни свободных электронов

3.3.3 Функции распределения эффективности регистрации света

3.3.4 Параметры сигналов от одиночных электронов ионизации

3.3.5 Эффективность экстракции электронов при переходе границы раздела фаз

3.4 Выводы по Главе

Глава 4. СЕ^Б в эксперименте РЭД-100

4.1 ОЕ^ ^-данные

4.1.1 Набор ОЕ^^-подобных данных

4.1.2 Моделирование сигнала ОЕ^8 в детекторе РЭД-100

4.1.3 Отбор событий

4.1.4 Отбор «точечных» событий

4.2 Анализ разностного спектра

4.2.1 Определение ожидаемого верхнего предела на сечение и величину сигнала ОЕ^N8

4.2.2 Установление верхнего предела на сечение и величину сигнала ОЕ^8

4.2.3 Флуктуации зарядового выхода

4.3 Выводы по Главе 4 и дальнейшие перспективы развития РЭД-100

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Словарь терминов

Список литературы

Список рисунков

Список таблиц

Приложение А. Характеристики ФЭУ в детекторе РЭД-100

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Поиск упругого когерентного рассеяния антинейтрино на ядрах ксенона в эксперименте РЭД-100»

Введение

Процесс упругого когерентного рассеяния нейтрино (Coherent elastic neutrino-nucleus scattering — CE^NS) на атомных ядрах предсказан Стандартной Моделью (СМ) в 1974 году, как в работах зарубежных ученых [1], так и отечественных [2], однако, только в 2017 году он был зарегистрирован экспериментально [3]. Исследования нейтрино всегда сопровождались значительными экспериментальными трудностями, и данный случай — не исключение. Редкость происходящих взаимодействий и очень малое количество выделяющейся энергии (единицы-десятки кэВ на ядро) послужили причинами такого большого временного промежутка между теоретическим предсказанием и экспериментальным обнаружением.

CE^NS играет важную роль в понимании механизмов образования Вселенной и эволюции звезд. Расхождения между экспериментально измеренным сечением CE^NS и предсказанием Стандартной Модели могут быть использованы для поиска явлений за ее пределами. Кроме того, данный процесс можно использовать для изучения ядерных форм-факторов. Также разработка технологий регистрации CE^NS может позволить добиться существенного прогресса в области удаленного мониторинга ядерных реакторов, что имеет важное практическое значение.

В настоящее время технология мониторинга ядерных реакторов посредством антинейтрино основана на эффекте обратного бета-распада [4], однако, сечение процесса CE^NS может быть гораздо больше в случае тяжелых ядер. Это свойство потенциально может позволить осуществлять мониторинг ядерных объектов на значительном удалении от них [5].

Регистрация CE^NS требует использования детекторов с низким уровнем шума и высокой чувствительностью. Для решения такой задачи хорошо подходит технология двухфазных детекторов, изобретенная в Московском инженерно-физическом институте (МИФИ) [6] и позволившая достичь значительного прогресса в поиске темной материи (ТМ) в виде WIMP-ов (Weakly Interacting Massive Particles) за последние пятнадцать лет [7].

Детектор РЭД-100 (Российский Эмиссионный Детектор) является двухфазным детектором на жидком ксеноне [8]. Тестовый запуск детектора РЭД-100

был проведен в 2019 году в лаборатории экспериментальной ядерной физики (ЛЭЯФ) в Национальном исследовательском ядерном университете (НИЯУ) МИФИ [9]. В 2021-22 гг. на четвертом энергоблоке Калининской атомной электростанции (КАЭС), расположенной в городе Удомля Тверской области, был поставлен эксперимент с использованием детектора РЭД-100 [10], целью которого было исследование возможности регистрации СЕ^N8 реакторных антинейтрино.

Целями данной работы является: оценка верхнего предела на сечение и величину сигнала редкого процесса: упругого когерентного рассеяния реакторных антинейтрино на ядрах ксенона.

Для достижения поставленных целей необходимо было решить следующие задачи:.

1. Провести исследование характеристик детектора и свойств ксенона как рабочего вещества.

2. Провести моделирование сигнала СЕ^N8 с учетом полученных характеристик детектора.

3. Оценить чувствительность детектора РЭД-100 к сигналу СЕ^N8.

4. Получить верхний предел на сечение и величину сигнала СЕ^N8 реакторных антинейтрино на ядрах ксенона на основе сравнения данных с включенным и с выключенным реактором.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Значения коэффициента экстракции электронов ионизации через границу раздела жидкой и газообразной фаз в ксеноне: 38.5±6.9% и 32.8±2.8% для полей на границе раздела фаз 2.82±0.04 кВ/см и 2.68±0.04 кВ/см соответственно - ранее в данном диапазоне достоверные измерения отсутствовали.

2. Метод подавления фона случайных совпадений сигналов от одиночных электронов ионизации в двухфазных детекторах на основе алгоритмов машинного обучения позволивший сохранить 85% сигнала при подавлении 65% фона, что увеличивает чувствительность детектора РЭД-100 к СЕ^N8 реакторных антинейтрино в 1.5 раза.

3. Верхний предел на сечение и величину сигнала СЕ^8 реакторных антинейтрино на ксеноне на уровне достоверности 90%, полученный

впервые. Для энергии реакторных антинейтрино 8 МэВ верхний предел соответствует сечению 1.4 • 10-37 см2.

Научная новизна. Впервые получен верхний предел на сечение и величину сигнала от упругого когерентного рассеяния реакторных антинейтрино на ядрах ксенона. Для энергии реакторных антинейтрино 8 МэВ верхний предел соответствует сечению 1.4 • 10-37 см2. Ранее экспериментальные измерения CE^NS реакторных антинейтрино на ксеноне вообще не проводились.

Научная и практическая значимость. Характеристики упругого когерентного рассеяния нейтрино важны как для фундаментальных областей науки, таких, как исследования процессов при взрывах сверхновых, так и для практических целей, таких, как мониторинг ядерных реакторов. Измеренные характеристики ксенона как рабочего вещества в будущем позволят увеличить точность основанных на экспериментальных данных моделей процессов в благородных газах.

Степень достоверности результатов обеспечивается согласием полученных характеристик детектора с аналогичными значениями в других экспериментах, использующих жидкий ксенон как рабочее вещество, а также с теоретическими предсказаниями.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на международных конференциях ICPPA-2020, ICPPA-2022, Neutrino-2022, NPML-2023, Ломоносов-2023, Magnificent CE^NS-2024, Neutrino-2024, ICPPA-2024, сессии-конференции секции ядерной физики ОФН РАН-2025, российских молодежных конференциях ИТЭФ (2020, 2021), а также на многочисленных семинарах лаборатории экспериментальной ядерной физики НИЯУ МИФИ.

Личный вклад. Основные представленные в работе результаты получены автором лично, либо при ее определяющем участии.

1. Автор непосредственно принимала участие в подготовке и постановке эксперимента на КАЭС и тестового запуска детектора РЭД-100 в лаборатории МИФИ.

2. Автор лично разработала процедуры обработки калибровочных событий и пространственного восстановления событий всех типов.

3. Автором лично проведено моделирование фоновых и сигнальных событий.

4. Автором лично предложен метод подавления фона с использованием алгоритмов машинного обучения. В разработку данного метода автор внесла определяющий вклад.

5. Автором лично оценена чувствительность детектора РЭД-100 к сигналу CE^ NS.

6. Автором лично получен верхний предел на сечение и величину сигнала CE^NS реакторных антинейтрино на ядрах ксенона.

Кроме того, автор принимала участие в анализе данных и обсуждениях всех этапов эксперимента РЭД-100 с 2017 года.

Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в 5 статьях [9—13], одна [13] из которых издана в журналах, рекомендованных ВАК, все 5 входят в международные базы Web of Science и Scopus.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и одного приложения. Полный объём диссертации составляет 124 страницы с 53 рисунками и 8 таблицами. Список литературы содержит 153 наименования.

Глава 1. СЕ^N8 и методы его регистрации

В течение ХХ века была разработана одна из наиболее сложных физических теорий — Стандартная Модель [14]. Данная теория объединила в себе все известные на момент своего создания элементарные частицы, а также предсказала новые, которые впоследствии были открыты.

Современная экспериментальная физика элементарных частиц отличается большим разнообразием как предметов, так и методов исследования. Цели этих экспериментов варьируются от проверки предсказаний СМ и уточнения ее параметров, до поиска подтверждений расширений существующих теорий и «новой физики». Среди экспериментов присутствуют классические ускорительные, главным из которых, безусловно, является Большой адронный кол-лайдер [15]. В последние годы также большой интерес вызывают эксперименты по исследованию темной материи [16] и физики нейтрино [17].

Существование нейтрино было теоретически предсказано в 30-х годах XX века, в качестве объяснения возможного несохранения энергии при /3-распаде [18]. Уже тогда предполагалось, что регистрация частицы-призрака будет крайне нетривиальной задачей. Однако, нейтрино экспериментально было зарегистрировано уже в 1956 году [19]. По сей день регистрация и исследование свойств нейтрино являются одной из самых сложных и перспективных направлений в экспериментальной физике. Исследования упругого когерентного рассеяния [20], процесса, которому посвящена настоящая диссертация, составляют значительную долю проводимых исследований нейтрино.

1.1 Упругое когерентное рассеяние реакторных антинейтрино на

атомных ядрах

Зарубежными и отечественными учеными в работах [1; 2] в 1974 году в рамках электрослабой теории был предсказан процесс упругого когерентного рассеяния нейтрино — СЕ^N8. Исследования СЕ^N8 важны как с точки зрения подтверждения СМ, так и для поисков «новой физики» [21—23].

2?

Рисунок 1.1 — Схема когерентного рассеяния нейтрино на ядре.

В процессе СЕгЖБ, схема которого представлена на рисунке 1.1, нейтрино взаимодействует когерентно со всеми нуклонами ядра. Такое возможно в случае, если дД <С 1 [24], где д — импульс, переданный нейтрино ядру, Я — характерный размер ядра. Длина волны Де-Бройля рассеивающегося нейтрино должна быть больше характерного размера ядра, чтобы внутренняя структура ядра не играла роли. Нужными энергиями (приблизительно до 50 МэВ) обладают нейтрино и антинейтрино, образующиеся при взрывах сверхновых, внутри Солнца [25; 26], в ядерных реакторах и при помощи ускорителей [20].

Вычисление сечения СЕгЖБ можно найти в работе [22; 27]. В данном разделе приводится краткое изложение данных расчетов. Согласно СМ, нейтральный ток записывается в виде:

1.1.1 Сечение процесса

^с = 2 X) д[кГк + яУю^п

/

(1.1)

/

где f обозначает все элементарные фермионы в СМ, JlJr — их левые/правые

компоненты, соответственно:

1 - 75 fi = —z— f

2 5 (1.2)

1 + 75 V ;

ír = —2—

а 9l, 9r определяются квантовыми числами соответствующих фермионов при SU(2)r х U(1)Y:

gl = 1, gVR = 0, geL = - 2 + sin2 9W, gR = sin2 9W,

9l = 2 - 2 sin2 0w , gUR = - 3 sin2 9w , gl = -1 + 3 sin2 9w , gR = 3 sin2 9w ,

f f

9y, 9a записываются как:

9V = 9Í + 9Jr '

f f f 9a = 9L - 9r ■

(1.3)

(1.4)

Для низких энергий:

Gp

следовательно, амплитуда рассеяния:

= ^N^NC^ (1.5)

гМ(и + N ^ и + N) = {Ы (к2)\Ы> {у (к1)\^Ы)> , (1.6)

где р\,к\,р2,к2 — начальные и конечные импульсы нейтрино и ядра, соответственно. Так как ядро представляет собой множество связанных состояний и и ё,

кварков, матричный элемент (N (к2)\ J^c \ N (р2)) зависит только от кваркового

TV

ív (^2)| J

сектора в Jtc. Следовательно,

{М\,^С\М> =д1 {М\й£>у»иь\М> + диЕ {М\М > .

+ 9ь \Ть1Чь\Ы> + д*К {Ы\!к1^<1к\Ы>. .

Принимая, что для ядра не нарушается четность, имеем:

(N \ ülI"Ul\N) = (W|SR7 "Ur\N),(N\dL"il'dL\N) = (N\dR",f'dR\N).

(1.8)

Используем следующее соотношение:

(Ж_ + N

(1.9)

где N — количество нейтронов в ядре, 2 — количество протонов. Числитель и знаменатель в правой части этого соотношения соответствуют количествам и и ё, кварков, соответственно. Из данного соотношения следует:

(Ж = (2г + N = (2Ы + £(1.10)

где может быть определен исходя из электромагнитных свойств ядра. Для начала рассмотрим ток:

2 —1 -

= 3 ^ + -3- (1.11)

Вершина взаимодействия калибровочного бозона со скалярным полем должна быть пропорциональна (р2 + к2)^. Поэтому имеем

(М (к2)1 ^ Ы) = (Р2 + ЬТ г Г (д2) , (1.12)

где д — переданный ядру импульс. Из уравнений 1.10, 1.11, 1.12 следует, что

у* = (Р2 + к2Т Р (д2) (1.13)

Стоит отметить, что что форм-фактор Р [д2 ^ -/г2ис0 ~ -. Принимая во внимание формулы 1.8, 1.10, 1.13, формула 1.7 может быть переписана:

(Ж (*2)| ^о I ^ Ы) = ^ (д2) (Р2 + к2Т [{2г + N)& + (2Ж + Я)д$г] (1 14)

= ^ (д2) (р2 + к2Т [гдру + ] , {')

где

9у = - - 2 ^п2 ^

2 1 (1.15)

пп = ^

дУ = - 2.

В итоге, квадрат матричного элемента записывается как:

|Ш|2 = 32С|^ )2 м2^ (1 - £ - , (1.16)

где Gf — константа Ферми, М — масса ядра, — энергия нейтрино; Т — энергия отдачи ядра, — слабый заряд. ^^ определяется как [28]:

Qw = -2 (гдру + Ыд^) = N - (1 - 481п2) X. (1.17)

Дифференциальное сечение рассеяние в лабораторной системе отсчета записывается в виде:

1^|2 (2д"ьЯш)2 Е2 (д2) м / - ^ - МТ\ (118)

— = —:-:— =-:—- м i----

dT 32жМЕ2 4к V Ev 2E¡2 J

Отметим, энергия ядра отдачи равна

Т =_2МЕ2 cos ^_ (119)

(М + Ev)2 - Е2 cos в2

где в — угол рассеяния между нейтрино и ядром. Соответственно, максимальное значение энергии ядра отдачи достигается при в = 0:

2Е1

Tmax = М + 2Ev' (1.20)

то есть, для большинства элементов энергия ядра отдачи очень мала — порядка единиц-десятков кэВ на ядро. Таким образом, возникают серьезные экспериментальные трудности при регистрации подобных процессов.

Используя значение угла Вайнберга, можно показать, что сечение взаимодействия пропорционально квадрату количества нейтронов в ядре:

sin2 ew « 0.22 ^ Qw - N ^ а - N2. (1.21)

Полное сечение процесса приближённо равно [20]: 0.4 • 10 44 • N2 • Е2 см2, где

2

)-44 • N2 • Е1 см2,

N — число нейтронов в ядре, Е'2 — энергия нейтрино в МэВ. Ввиду пропорциональности сечения количеству нейтронов в квадрате, эксперименты на тяжелых ядрах предпочтительны для исследования СЕ^N8.

1.1.2 Эксперименты по исследованию СБиN8

Долгое время, несмотря на теоретическое предсказание, эксперименты по исследованию упругого когерентного рассеяния нейтрино не проводились. Это было связано с экстремально низкой (единицы-десятки кэВ, как следует из формулы 1.20) энергией ядра отдачи, что предъявляет серьезные требования к экспериментам, уровням шумов электроники и внешних фонов. Благодаря возросшему интересу к темной материи в последние годы прогресс в области низкофоновых детекторов сильно шагнул вперед.

На поверхности Земли представляется возможным зарегистрировать СЕ^N8 от трех основных источников нейтрино. Это ускорители, атомные реакторы и Солнце. В таблице 1 представлены последние (на момент написания данной работы) результаты экспериментов по регистрации и ограничению СЕ^N8. Типы нейтрино в таблице 1 указаны без учета нейтринных осцилляций [29]. Выделенному жирным шрифтом в данной таблице результату посвящена данная диссертация. Далее представлено более подробное описание источников нейтрино и экспериментов.

Таблица 1 — Эксперименты по исследованию СЕ^8 от различных источников. Использованы обозначения «р.» и «п.», означающие «регистрация» и «предел», соответственно.

Мишень Ускорительные v^ + Ve + Vp Солнечные ve Реакторные ve

Cs/I COHERENT (р.), 2017 [3] — —

Ar COHERENT (р.), 2019 [30] -

Ge COHERENT (р.), 2024 [31] - CONUS+ (р.), 2025 [32]

Xe XENON, PandaX (р.), 2024 [25; 26] РЭД-100 (п.), 2025 [13]

Si CONNIE (п.), 2021 [33]

Эксперименты на ускорителях

Подходящим для исследования CE^NS источником является рождение нейтрино при столкновении протонов с фиксированной мишенью. Они часто используются в качестве генераторов нейтронов. К таким источникам можно отнести Spallation Neutron Source (SNS) [34] в Окриджской Национальной Лаборатории (США) и строящийся European Spallation Source (ESS) [35] в Швеции. Кроме того, стоит отметить эксперименты Coherent CAPTAIN-Mills [36], CLOVERS [37] и планируемые эксперименты на ускорителе JSNS2-II [38]. К однозначным плюсам экспериментов на ускорителях стоит отнести возможность точной привязки детектируемых событий к времени включения пучка. В ускорительных экспериментах производится значительное количество пионов при столкновении протонного пучка с плотной мишенью. Нейтрино образуются в результате реакции двухчастичного распада положительных пионов ^ + сопровождающегося последующим распадом мюона ^ е+ + ve + [28]. Отрицательные же пионы и мюоны в рождении нейтрино не участвуют из-за того, что захватываются атомными ядрами до распада [28].

На ускорителе SNS работает коллаборация COHERENT, знаменитая тем, что впервые зарегистрировала процесс CE^NS на кристалле CsI[Na] [3]. В 2020 и 2024 годах успех коллаборации был повторен и CE^NS был зарегистрирован на ядрах аргона [30] и германия [31]. Результаты измерений CE^NS коллаборацией COHERENT представлены на рисунке 1.2.

Будущая экспериментальная программа на ускорителе ESS включает в себя эксперименты на цезии и йоде, кремнии, ксеноне и германии [35]. Учитывая, что поток нейтрино от ускорителя ESS больше, чем от SNS, работа данного ускорителя открывает большие перспективы в исследовании свойств нейтрино.

Солнечные нейтрино

Основными экспериментами, исследующими CE^NS солнечных нейтрино, являются эксперименты, связанные с поисками темной материи в виде WIMP-

10 20 30 40 50 60 70 80 90 Количество нейтронов в ядре

Рисунок 1.2 — Результаты измерений CEz/NS коллаборацией COHERENT и теоретические предсказания. Источник изображения — [39]. Форм-фактор К.-Н. означает форм-фактор Кляйна-Нистранда [40].

£ ю2

I

и

к к

К

<и tr

<D

U

Í

измерения COHERENT предсказания СМ единичный форм-фактор форм фактор К.-Н.

ов. CEz/NS для данных экспериментов играет важную роль из-за существования неустранимого фона [41] от взаимодействия нейтрино с веществом детектора. Данное явление проиллюстрировано на рисунке 1.3.

Как видно из рисунка 1.3, в настоящий момент наиболее значительным источником фона является когерентное рассеяние нейтрино, образующихся на Солнце. Речь прежде всего идет о борных нейтрино, образующихся в результате реакции 8В —Be* + е+ + ve [25; 26]. Летом 2024 года сразу две коллаборации объявили о регистрации CEz/NS солнечных нейтрино на ксеноне — PandaX [26] и XENON [25].

Эксперименты на реакторах

В атомных реакторах нейтрино рождается в результате цепочки ^-распадов [42], пример которой приведен на рисунке 1.4. Как и на ускорителях, на реакторах также проводятся эксперименты с использованием различных рабочих веществ [43—49]. О регистрации CEz/NS от реактора сообщают эксперименты CONUS+ [32] и DRESDEN-II [50], однако, результат и связанные с ним

10" ю1 ю-

Масса частиц TM [ГэВ/с2]

Рисунок 1.3 — Взаимное расположение неустранимого фона от нейтрино и существующих ограничений на параметры частиц темной материи (обозначены зеленвш цветом). Источник изображения — [41].

методы эксперимента DRESDEN-II критикуются научным сообществом [51]. В таблице 2, аналогичную которой можно найти в диссертации [52], приведены сведения об экспериментах по исследованию CEz/NS реакторных антинейтрино с использованием различных мишеней.

(3- ^ (3- (3- (3- (3- (3-

Рисунок 1.4 — Пример возможного механизма образования антинейтрино в

ядерных реакторах.

Ранее уже упоминалась практическая значимость данных исследований. Еще в 1975 году было предложено использовать антинейтрино для дистанционной диагностики процессов внутри реактора [4]. На данный момент эта технология реализована с использованием реакции обратного /3-распада, [53] и активно

используется [54—56]. Процесс ОБ^N8 имеет примерно на два порядка большее сечение в случае тяжелых ядер и может использоваться для удаленного мониторинга ядерных реакторов [5; 57].

Таблица 2 — Эксперименты по исследованию ОБ^8 на атомных реакторах с использованием различных рабочих веществ. Ь означает расстояние от детектора до активной зоны реактора.

Эксперимент Мишень, масса, кг Порог, кэВ L, м Реактор, мощность, ГВт Источник

CoGeNT Ge, 0.5 0.6 25 San Onofre, США, 1.1 [5; 58]

TEXONO Ge, 1.0 0.3 28 Kuo-Sheng, Тайвань, 1.0 [59; 60]

v Gen Ge, 1.6 0.35 10-12 КАЭС, РФ, 3.0 [49; 61]

CONUS Ge, 4.0 0.3 17 Brokdorf, Германия, 3.9 [62—66]

Dresden-II Ge, 3.0 0.2 10.4 Моррис, США, 3.0 [50; 67]

CONNIE Si, 0.04 0.03 30 Angra dos Reis, Бразилия, 4.0 [33; 43; 68]

NEON NaI[Tl], 13.3 1.5 24 Hanbit NPP, Южная Корея, 2.8 [69]

RICOCHET Ge/Zn, 1/0.3 0.1 9 ILL-H7, Франция, 0.06 [70—72]

MINER Ge, 10 0.1 1-10 TRIGA, США, 10-3 [73]

v-cleus AI2O3/ CaWO4, 0.01 0.02 72/ 102 Chooz NPP, Франция, 2 x 4.3 [74; 75]

РЭД-100 Xe, 100 0.2 19 Калининская АЭС, РФ, 3.0 [10; 13]

1.1.3 Модели спектров реакторных антинейтрино

Расчет и измерение энергетических спектров антинейтрино, образующихся в результате ядерных реакций, представляют определенную сложность. Различные методы расчетов приведены в работах Мюллера [76], Хьюбера [77], Копейкина [78], группы Курчатовского института (КИ) [79], коллабораций RENO [80], Daya Bay (DB) [81; 82], группы Института ядерных исследований (ИЯИ) [83], и в работе [84].

Отдельно стоит остановиться на последнем методе — Summation Model или SM. Актуальным результатом работы данной научной группы является метод SM2018. Изначально данный метод был предложен в работе [85], впоследствии получил развитие в работах [86—88]. Он заключается в суммировании вклада всех отдельных ветвей бета-распадов. Таким образом, данный метод является единственным инструментом, позволяющим изучать и прогнозировать компоненты энергетического спектра реакторных антинейтрино во всем диапазоне энергий при любом топливном составе. Метод SM полностью полагается на имеющиеся данные о выходах продуктов деления для основных изотопов: 235U, 239pu, 241Pu, 238U. Регулярные обновления ядерных баз данных систематически снижают расхождение между расчетами и экспериментальными данными, такими, как измерения группы Daya Bay. Результаты сравнения можно найти в работе [84].

Именно метод расчета спектра реакторных антинейтрино SM2018 был использована как основной в данной диссертации. Кроме того, дополнительно рассматриваются результаты (см. раздел 4.1.2), основанные на моделях Курчатовского института, Daya Bay и Института ядерных исследований.

1.2 Двухфазный метод регистрации частиц

Детекторы на основе сжиженных благородных газов, различающиеся по сложности конструкции, уже давно применяются в экспериментальной физике частиц [89]. Благородные газы, такие как аргон и ксенон, отличаются ря-

дом преимуществ, которые позволяют масштабировать детекторы до большой (вплоть до нескольких тонн рабочего вещества) массы и регистрировать события малой (единицы-десятки кэВ) энергии. Кроме того, аргон и ксенон легко поддаются очистке за счет своей инертности. В 1970 году Б.А. Долгошеиным и Б.У. Родионовым [6] был предложен метод регистрации частиц, основанный на использовании двух фаз рабочего вещества — благородного газа. Описанию этого метода посвящен данный раздел.

1.2.1 Основной принцип работы

^ Тепло

— I

I (не регистрируется) |

Сцинтилляция

(S1)

Потери при дрейфе и экстракции

Электролюминесценция _(S2)_

Рисунок 1.5 — Упрощенная схема преобразования выделенной энергии в регистрируемый сигнал сцинтилляции и электролюминесценции в двухфазном детекторе. Синим блоком обозначен сигнал, который регистрируется детектором как 81, зеленым — сигнал, который регистрируется детектором

как 82.

При взаимодействии элементарной частицы с ксеноном выделяются фотоны сцинтилляции (81) и электроны ионизации. Также часть энергии переходит в тепловую, но данная часть выделившейся энергии не регистрируется двухфазными детекторами. Часть электронов ионизации сразу рекомбинирует, уве-

электроды-сетки,

верхняя матрица ФЭУ

нижняя матрица ФЭУ

создающий напряжение

Рисунок 1.6 — Схема, работы двухфазного детектора.

личивая сигнал S1. Другая часть, под действием приложенного электрического поля, дрейфует к границе раздела фаз. После выхода в газовую фазу электроны возбуждают атомы ксенона с излучением электролюминесценции (S2). Следует подчеркнуть, что количество фотонов электролюминесценции пропорционально количеству электронов. Схема преобразования выделившейся энергии в регистрируемый сигнал приведена на рисунке 1.5, схема технической реализации — на рисунке 1.6.

Регистрация S1 и S2, как правило, происходит за счет фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), расположенных сверху и снизу от рабочего объема. Временной промежуток между S1 и S2, вкупе с информацией о скорости дрейфа электронов, позволяют рассчитать глубину произошедшего события, а количество и распределение света по матрицам фотоумножителей — координаты в горизонтальной плоскости и полную энергию события. Трехмерная реконструкция событий позволяет выделять внутри детектора отдельный чувствительный объем (т.н. FV — fiducial volume), в котором содержится малое количество событий из внешнего фона, что особенно важно, если речь идет о поиске редких событий с низкой энергией.

Теоретическое описание процессов выделения энергии в детекторах на сжиженных благородных газах является отдельной нетривиальной задачей [89—93]. Общепринятая в научном сообществе модель изложена в работе [94], и кратко пересказана далее. Основная величина, характеризующая процесс выделения энергии в детекторе, это количество возбуждений nq. Она может

быть записана следующим образом:

ЕпЬ

Пд =

Ж (1.22)

Пд = ^ех +

где Е0 — энергия, распределенная между возбуждением и ионизацией, Жех и ^ — количество возникших экситонов и электрон-ионных пар, W — средняя энергия, требующаяся для образования экситона или электрон-ионной пары, т.е. одного кванта возбуждения, Ь — квенчинг-фактор, который задается теорией Линдхарда [95; 96]:

ь = , (1.23)

1 + к • д(еУ

где к = 0.166 для ксенона; е = 11.5 • Е/Хз, где Б - энергия частицы; д(е) = 3е0Л5 + 0.7е0'6 + е. Величина квенчинг-фактора, таким образом, стремится к нулю при низких энергиях ядра отдачи, и к единице — при высоких. Следует отметить, что выражение 1.23 в случае ксенона не является точным, и существуют различные его модификации и альтернативные модели расчета квенчинг-фактора [90; 91; 94; 97].

Экситоны в выражении 1.22 приводят непосредственно к излучению сцин-тилляционных фотонов. Часть электрон-ионных пар рекомбинирует, производя при этом также фотоны, регистрируемые как Б1. Вероятность рекомбинации рассчитывается при помощи теории Томаса-Амеля [91]:

1п (1 + )

г = 1--(——^ (1.24)

Величина я характеризуется степенной зависимостью от приложенного электрического поля и рассчитывается эмпирически. Итоговые выражения для количества электронов ионизации, избежавших рекомбинации (также эта величина часто называется зарядовым выходом) и фотонов сцинтилляции записываются следующим образом:

"е = ^ (Е0) ^ ^ (ГОТ) (1 - ^ (1,5)

прк = Ь (Ео) х ¡1 х

1 -(шЫ)(1 - г).

где величина fi позволяет учесть случай, когда два экситона производят один фотон сцинтилляции [98]. Большое количество свободных параметров, содержащихся в изложенной модели, определяется из экспериментальных данных.

1.2.2 Двухфазные детекторы в современной физике

Двухфазные детекторы нашли широкое применение в низкофоновой физике. В основном, это эксперименты по исследованию темной материи [7]. Однако, отклик от CE^NS в детекторах схож с предполагаемым откликом от WIMP-ов [13]. Поэтому, в экспериментах по поиску темной материи и в экспериментах по исследованию CE^NS используется большое количество схожих методов и технологий. Первым двухфазным детектором описываемого типа был XENONIO [99], содержащий 5 кг жидкого ксенона в чувствительном объеме. Этот детектор послужил прототипом проектов XENONIOO [100] и XENON1T [25], содержащих 100 и 1100 кг жидкого ксенона в чувствительном объеме, соответственно. Также ксенон в качестве рабочего вещества используется в детекторах экспериментов Zeplin-III, LUX, LZ [101] и PandaX-4T [26]. В Китае также готовится эксперимент по исследованию CE^NS на жидком ксеноне — RELICS [102]. Жидкий аргон используется в экспериментах DarkSide [103], DUNE [104].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Разуваева Ольга Евгеньевна, 2025 год

Список литературы

1. Freedman D. Z. Coherent effects of a weak neutral current // Phys. Rev. — 1974. — Mar. — Vol. 9, no. 5.

2. Kopeliovich V. B., Frankfurt L. L. Isotopic and chiral structure of neutral current // JETP Lett. — 1974. — т. 19. — с. 145—147.

3. Observation of Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering / D. Akimov [и др.] // Science. — 2017. — т. 357, № 6356. — с. 1123—1126. — DOI: 10.1126/science.aao0990. — arXiv: 1708.01294 [nucl-ex].

4. Русов В., Тарасов В., Литвинов Д. Физика реакторных антинейтрино. — Москва : URSS, 2018. — 408 с.

5. Cabrera-Palmer B., Reyna D. Development of Coherent Germanium Neutrino Technology (CoGeNT) for Reactor Safeguards : тех. отч. / Sandia National Laboratories. — Livermore, California, 2012. — SAND2012—8021. — URL: https://www.osti.gov/servlets/purl/1055611.

6. Долгошеин Б., Лебеденко В., Родионов Б. Новый метод регистрации следов ионизирemissionющих частиц в конденсированном веществе // Письма в ЖЭТФ. — 1970. — т. 11. — с. 513—516.

7. Bolozdynya A. Experiments on Direct Dark Matter Search with Two-phase Emission Detectors // Physics Procedia. — 2015. — т. 74. — с. 405—410. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.09.212. — Fundamental Research in Particle Physics and Cosmophysics.

8. The RED-100 two-phase emission detector / D. Y. Akimov [et al.] // Instruments and Experimental Techniques. — 2017. — Mar. — Vol. 60, no. 2. — P. 175-181. — DOI: 10.1134/S0020441217010146.

9. First ground-level laboratory test of the two-phase xenon emission detector RED-100 / D. Akimov [и др.] // Journal of Instrumentation. — 2020. — февр. — т. 15, № 02. — P02020. — DOI: 10.1088/1748-0221/15/02/p02020.

10. The RED-100 experiment / D. Akimov [и др.] // Journal of Instrumentation. — 2022. — нояб. — т. 17, № 11. — T11011. — DOI: 10. 1088/1748-0221/17/11/T11011. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/17/11/T11011.

11. Characterization of the ambient background in the RED-100 experiment location at Kalinin Nuclear Power Plant / D. Akimov [и др.] // Journal of Instrumentation. — 2023. — дек. — т. 18, № 12. — P12002. — DOI: 10. 1088/1748-0221/18/12/P12002. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/18/12/P12002.

12. Calibration and characterization of the RED-100 detector at the Kalinin Nuclear Power Plant / D. Y. Akimov [и др.] // Journal of Instrumentation. — 2024. — нояб. — т. 19, № 11. — T11004. — DOI: 10.1088/1748-0221/19/ 11 /T11004. — arXiv: 2403.12645v3 [physics.ins-det]. — URL: https: //dx.doi.org/10.1088/1748-0221/19/11/T11004.

13. First constraints on the coherent elastic scattering of reactor antineutrinos off xenon nuclei / D. Y. Akimov [и др.] // Phys. Rev. D. — 2025. — апр. — т. 111, вып. 7. — с. 072012. — DOI: 10.1103/PhysRevD.111.072012. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.111.072012.

14. Gaillard M. K., Grannis P. D., Sciulli F. J. The standard model of particle physics // Rev. Mod. Phys. — 1999. — март. — т. 71, вып. 2. — S96—S111. — DOI: 10. 1103/RevModPhys.71.S96. — URL: https://link.aps.org/doi/10. 1103/RevModPhys.71.S96.

15. The Future of the Large Hadron Collider: A Super-Accelerator with Multiple Possible Lives / под ред. O. Brüning. — Geneva, Switzerland : CERN, 2024. — URL: https://cds.cern.ch/record/2868777.

16. Cebrian S. Review on dark matter searches // 10th Symposium on Large TPCs for Low-Energy Rare Event Detection. — 05.2022. — arXiv: 2205.06833 [physics.ins-det].

17. New opportunities at the next-generation neutrino experiments I: BSM neutrino physics and dark matter / C. A. Argüelles [и др.] // Rept. Prog. Phys. — 2020. — т. 83, № 12. — с. 124201. — DOI: 10.1088/1361-6633/ ab9d12. — arXiv: 1907.08311 [hep-ph].

18. Pauli W. Dear radioactive ladies and gentlemen // Phys. Today. — 1978. — т. 31N9. — с. 27.

19. Reines F., Cowan C. L. The neutrino // Nature. — 1956. — т. 178. — с. 446— 449. — DOI: 10.1038/178446a0.

20. Упругое когерентное рассеяние нейтрино на атомном ядре — недавно обнаруженный тип взаимодействия нейтрино низких энергий / Д. Ю. Акимов [и др.] // Усп. физ. наук. — 2019. — т. 189, № 2. — с. 173—186. — DOI: 10.3367/UFNr.2018.05.038356. — URL: https://ufn.ru/ru/articles/2019/2/

с/.

21. Neutrino Non-Standard Interactions: A Status Report. т. 2. — 2019. — с. 001. — DOI: 10 . 21468/ SciPostPhysProc . 2 . 001. — arXiv: 1907.00991 [hep-ph].

22. Lindner M., Rodejohann W., Xu X.-J. Coherent Neutrino-Nucleus Scattering and new Neutrino Interactions // JHEP. — 2017. — т. 03. — с. 097. — DOI: 10.1007/JHEP03(2017)097. — arXiv: 1612.04150 [hep-ph].

23. Kouzakov K. A., Lazarev F. M, Studenikin A. I. Neutrino Electromagnetic Properties in Elastic Neutrino-Proton Scattering // Phys. Atom. Nucl. —

2023. — т. 86, № 3. — с. 257—265. — DOI: 10.1134/S1063778823030122.

24. Freedman D. Z, Schramm D. N., Tubbs D. L. The Weak Neutral Current and Its Effects in Stellar Collapse // Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. — 1977. — т. 27. — с. 167—207. — DOI: 10.1146/annurev.ns.27.120177.001123.

25. First Indication of Solar 8B Neutrinos via Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering with XENONnT / E. Aprile [и др.] // Phys. Rev. Lett. — 2024. — нояб. — т. 133, вып. 19. — с. 191002. — DOI: 10.1103/PhysRevLett. 133. 191002. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.191002.

26. First Indication of Solar 8B Neutrinos through Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering in PandaX-4T / Z. Bo [и др.] // Phys. Rev. Lett. —

2024. — нояб. — т. 133, вып. 19. — с. 191001. — DOI: 10.1103/PhysRevLett. 133.191001. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133. 191001.

27. A. Bednyakov V., V. Naumov D. Coherency and incoherency in neutrino-nucleus elastic and inelastic scattering // Physical Review D. — 2018. — Sept. — Vol. 98. — DOI: 10.1103/PhysRevD.98.053004.

28. Efremenko Y., Hix W. R. Opportunities for neutrino physics at the Spallation Neutron Source (SNS) // Journal of Physics: Conference Series. — 2009. — июнь. — т. 173, № 1. — с. 012006. — DOI: 10.1088/1742-6596/173/1/ 012006. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/173/1/012006.

29. Giganti C., Lavignac S., Zito M. Neutrino oscillations: The rise of the PMNS paradigm // Prog. Part. Nucl. Phys. — 2018. — т. 98. — с. 1—54. — DOI: 10.1016/j.ppnp.2017.10.001. — arXiv: 1710.00715 [hep-ex].

30. First Measurement of Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering on Argon / D. Akimov [и др.] // Phys. Rev. Lett. — 2021. — янв. — т. 126, вып. 1. — с. 012002. — DOI: 10. 1103/PhysRevLett. 126. 012002. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.126.012002.

31. First detection of coherent elastic neutrino-nucleus scattering on germanium / S. Adamski [и др.]. — 2024. — июнь. — arXiv: 2406.13806 [hep-ex].

32. First observation of reactor antineutrinos by coherent scattering / N. Ackermann [и др.]. — 2025. — янв. — arXiv: 2501.05206 [hep-ex].

33. Search for coherent elastic neutrino-nucleus scattering at a nuclear reactor with CONNIE 2019 data / A. Aguilar-Arevalo [и др.] //J. High Energ. Phys. — 2022. — т. 05. — с. 017. — DOI: 10. 1007/JHEP05(2022)017. — arXiv: 2110.13033 [hep-ex].

34. COHERENT Experiment: current status / D. Akimov [и др.] // Journal of Physics: Conference Series. — 2017. — янв. — т. 798, № 1. — с. 012213. — DOI: 10.1088/1742-6596/798/1/012213. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/798/1/012213.

35. Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering at the European Spallation Source / D. Baxter [и др.] // JHEP. — 2020. — т. 02. — с. 123. — DOI: 10.1007/JHEP02(2020)123. — arXiv: 1911.00762 [physics.ins-det].

36. First dark matter search results from Coherent CAPTAIN-Mills / A. A. Aguilar-Arevalo [и др.] // Phys. Rev. D. — 2022. — июль. — т. 106, вып. 1. — с. 012001. — DOI: 10. 1103 / PhysRevD. 106. 012001. — URL: https: //link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.106.012001.

37. Su C, Liu Q, Liang T. CE^NS Experiment Proposal at CSNS f // Phys. Sci. Forum. — 2023. — т. 8, № 1. — с. 19. — DOI: 10.3390/psf2023008019. — arXiv: 2303.13423 [physics.ins-det].

38. Proposal: JSNS2-II / S. Ajimura [и др.]. — 2020. — дек. — DOI: 10.48550/ arXiv.2012.10807.

39. Parno D. The current status of the COHERENT experiment // (Magnificent CEvNS workshop, Valensia, Spain, 12—14 июня 2024). — 06.2024. — URL: https://indico.global/event/6083/contributions/50031/.

40. Klein S., Nystrand J. Exclusive vector meson production in relativistic heavy ion collisions // Phys. Rev. C. — 1999. — т. 60. — с. 014903. — DOI: 10.1103/ PhysRevC.60.014903. — arXiv: hep-ph/9902259.

41. O'Hare C. A. J. New Definition of the Neutrino Floor for Direct Dark Matter Searches // Phys. Rev. Lett. — 2021. — дек. — т. 127, вып. 25. — с. 251802. — DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.251802. — URL: https://link.aps.org/doi/ 10.1103/PhysRevLett.127.251802.

42. Zhang C, Qian X., Fallot M. Reactor antineutrino flux and anomaly // Progress in Particle and Nuclear Physics. — 2024. — т. 136. — с. 104106. — DOI: 10.1016/j.ppnp.2024.104106. — URL: https://hal.science/hal-04266472.

43. The CONNIE experiment / A. Aguilar-Arevalo [и др.] // Journal of Physics: Conference Series. — 2016. — окт. — т. 761, № 1. — с. 012057. — DOI: 10. 1088/1742-6596/761/1/012057. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/761/1/012057.

44. Transition Edge Sensor Chip Design of a Modular CE^NS Detector for the Ricochet Experiment / R. Chen [и др.] // Journal of Low Temperature Physics. — 2022. — дек. — с. 1—11. — DOI: 10.1007/s10909-022-02927-1.

45. A novel experiment for coherent elastic neutrino nucleus scattering: CONUS / C. Buck [и др.] // Journal of Physics: Conference Series. — 2020. — янв. — т. 1342, № 1. — с. 012094. — DOI: 10.1088/1742-6596/1342/1/012094. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/1342/V012094.

46. Study of neutrino properties at TEXONO / M. K. Singh [и др.] // DAE Symp. Nucl. Phys. / под ред. B. V. John, D. Dutta, A. Saxena. — 2016. — т. 61. — с. 914—915.

47. The v-cleus experiment: Gram-scale cryogenic calorimeters for a discovery of coherent neutrino scattering / R. Strauss [и др.] // Journal of Physics: Conference Series. — 2020. — янв. — т. 1342, № 1. — с. 012132. — DOI: 10.1088/1742-6596/1342/1/012132. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/ 1742-6596/1342/1/012132.

48. Chaudhuri M. The Mitchell Institute Neutrino Experiment at Reactor (MINER) // Springer Proc. Phys. — 2022. — т. 277. — с. 589—593. — DOI: 10.1007/978-981-19-2354-8_107.

49. First results of the иGeN experiment on coherent elastic neutrino-nucleus scattering / I. Alekseev [и др.] // Phys. Rev. D. — 2022. — сент. — т. 106, вып. 5. — с. L051101. — DOI: 10.1103/PhysRevD. 106.L051101. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.106.L051101.

50. Measurement of Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering from Reactor Antineutrinos / J. Colaresi [и др.] // Phys. Rev. Lett. — 2022. — т. 129, № 21. — с. 211802. — DOI: 10. 1103/PhysRevLett. 129. 211802. — arXiv: 2202.09672 [hep-ex].

51. On the impact of the Migdal effect in reactor CE^NS experiments / M. Atzori Corona [и др.] // Phys. Lett. B. — 2024. — т. 852. — с. 138627. — DOI: 10.1016/j.physletb.2024.138627. — arXiv: 2307.12911 [hep-ph].

52. Коновалов А. М. Обнаружение процесса упругого когерентного рассеяния нейтрино на атомном ядре и определение его сечения на ядрах Cs и I : дис. ... канд. / Коновалов А. М. — Москва : НИЯУ МИФИ, 2023. — Дис. канд. физ.-мат. наук.

53. Nuclear reactor safeguards and monitoring with anti-neutrino detectors / A. Bernstein [h gp.] // J. Appl. Phys. — 2002. — t. 91. — c. 4672. — DOI: 10.1063/1.1452775. — arXiv: nucl-ex/0108001.

54. Industrial Reactor Power Monitoring Using Antineutrino Counts in the DANSS Detector / I. G. Alekseev [h gp.] // Phys. Atom. Nucl. — 2019. — t. 82, № 5. — c. 415—424. — DOI: 10.1134/S1063778819050041.

55. Bowden N. S. Reactor monitoring and safeguards using antineutrino detectors // Journal of Physics: Conference Series. — 2008. — hoh6. — t. 136, № 2. — c. 022008. — DOI: 10.1088/1742-6596/136/2/022008. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/136/2/022008.

56. Kim Y. Non-Proliferation and Reactor Monitoring // Journal of Physics: Conference Series. — 2017. — ceHT. — t. 888, № 1. — c. 012010. — DOI: 10.1088/1742-6596/888/1/012010. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/888/1/012010.

57. Towards coherent neutrino detection using low background micropattern gas detectors / P. S. Barbeau [h gp.] // IEEE Trans. Nucl. Sci. / nog peg. J. D. Valentine. — 2003. — t. 50. — c. 1285—1289. — DOI: 10.1109/TNS.2003. 818237. — arXiv: hep-ex/0212034.

58. Barbeau P. S., Collar J. I., Tench O. Large-mass ultralow noise germanium detectors: performance and applications in neutrino and astroparticle physics // Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. — 2007. — ceHT. — t. 2007, № 09. — c. 009. — DOI: 10.1088/1475-7516/2007/09/009. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1475-7516/2007/09/009.

59. Characterization and performance of germanium detectors with sub-keV sensitivities for neutrino and dark matter experiments / A. Soma [h gp.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. — 2016. — t. 836. — c. 67—82. — DOI: https ://doi. org / 10 . 1016/j . nima . 2016 . 08 . 044. — URL: https : / / www . sciencedirect. com / science / article / pii / S0168900216308622.

60. Low energy neutrino physics at the Kuo-Sheng Reactor Laboratory in Taiwan / S.-T. Lin [h gp.] // Journal of Physics: Conference Series. — 2008. —

июль. — т. 120, № 5. — с. 052026. — DOI: 10.1088/1742-6596/120/5/ 052026. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/120/5/052026.

61. The v-GeN experiment at the Kalinin Nuclear Power Plant / V. Belov [и др.] // Journal of Instrumentation. — 2015. — дек. — т. 10, № 12. — P12011. — DOI: 10.1088/1748-0221 /10/ 12/P12011. — URL: https://dx.doi.org/10. 1088/1748-0221/10/12/P12011.

62. Neutron-induced background in the CONUS experiment / J. Hakenmüller [и др.] // The European Physical Journal C. — 2019. — т. 79. — с. 1—27. — DOI: 10.1140/epjc/s10052-019-7160-2.

63. Large-size sub-keV sensitive germanium detectors for the CONUS experiment / H. Bonet [et al.] // The European Physical Journal C. — 2021. — Mar. — Vol. 81, no. 3. — P. 267. — DOI: 10.1140/epjc/s10052-021-09038-3. — URL: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-09038-3 (visited on 03/26/2025).

64. Constraints on Elastic Neutrino Nucleus Scattering in the Fully Coherent Regime from the CONUS Experiment / CONUS Collaboration [и др.] // Physical Review Letters. — 2021. — янв. — т. 126, № 4. — с. 041804. — DOI: 10.1103/PhysRevLett. 126.041804. — URL: https://link.aps.org/doi/10. 1103/PhysRevLett.126.041804 (дата обр. 26.03.2025) ; Publisher: American Physical Society.

65. Direct measurement of the ionization quenching factor of nuclear recoils in germanium in the keV energy range / A. Bonhomme [et al.] // The European Physical Journal C. — 2022. — Sept. — Vol. 82, no. 9. — P. 815. — DOI: 10. 1140/epjc/s10052-022-10768-1. — URL: https: //doi.org/10.1140/epjc/s10052-022-10768-1 (visited on 03/26/2025).

66. Full background decomposition of the CONUS experiment / H. Bonet [et al.] // The European Physical Journal C. — 2023. — Mar. — Vol. 83, no. 3. — P. 195. — DOI: 10.1140/epjc/s10052-023-11240-4. — URL: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-023-11240-4 (visited on 03/26/2025).

67. First results from a search for coherent elastic neutrino-nucleus scattering at a reactor site / J. Colaresi [и др.] // Physical Review D. — 2021. — окт. — т. 104, № 7. — с. 072003. — DOI: 10.1103/PhysRevD.104.072003. — URL: https:

//link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.104.072003 (дата обр. 26.03.2025) ; Publisher: American Physical Society.

68. Results from 2015 and the 2016 upgrade of the CONNIE experiment for detecting coherent neutrino nucleus scattering / B. Kilminster [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. — 2019. — Apr. — Vol. 1216, no. 1. — P. 012021. — DOI: 10.1088/1742-6596/1216/1/012021. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/1216/1/012021 (visited on 03/26/2025) ; Publisher: IOP Publishing.

69. Exploring coherent elastic neutrino-nucleus scattering using reactor electron antineutrinos in the NEON experiment /J.J. Choi [et al.] // The European Physical Journal C. — 2023. — Mar. — Vol. 83, no. 3. — P. 226. — DOI: 10.1140/epjc/s10052-023-11352-x. — URL: https://doi.org/10.1140/epjc/ s10052-023-11352-x (visited on 03/26/2025).

70. Coherent neutrino scattering with low temperature bolometers at Chooz reactor complex / J. Billard [et al.] // Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. — 2017. — Aug. — Vol. 44, no. 10. — P. 105101. — DOI: 10.1088/1361-6471 /aa83d0. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1361-6471/aa83d0 (visited on 03/26/2025) ; Publisher: IOP Publishing.

71. Unfolding neutron spectrum with Markov Chain Monte Carlo at MIT research Reactor with He-3 Neutral Current Detectors / A. Leder [et al.] // Journal of Instrumentation. — 2018. — Feb. — Vol. 13, no. 02. — P02004. — DOI: 10.1088/1748-0221/13/02/P02004. — URL: https: //dx.doi.org/10.1088/1748-0221/13/02/P02004 (visited on 03/26/2025).

72. Ricochet Progress and Status / G. Beaulieu [и др.]. — 11.2021. — DOI: 10. 48550/arXiv.2111.06745. — URL: http://arxiv.org/abs/2111.06745 (дата обр. 26.03.2025) ; arXiv:2111.06745 [physics].

73. Background studies for the MINER Coherent Neutrino Scattering reactor experiment / G. Agnolet [и др.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. — 2017. — май. — т. 853. — с. 53—60. — DOI: 10. 1016/j.nima.2017.02.024. — URL: https://www.sciencedirect.com/science/ article/pii/S0168900217302085 (дата обр. 26.03.2025).

74. The ^-cleus experiment: a gram-scale fiducial-volume cryogenic detector for the first detection of coherent neutrino-nucleus scattering / R. Strauss [et al.] // The European Physical Journal C. — 2017. — July. — Vol. 77, no. 8. — P. 506. — DOI: 10.1140/epjc/s10052-017-5068-2. — URL: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-017-5068-2 (visited on 03/26/2025).

75. NUCLEUS: Exploring Coherent Neutrino-Nucleus Scattering with Cryogenic Detectors / J. Rothe [et al.] // Journal of Low Temperature Physics. — 2020. — Apr. — Vol. 199, no. 1. — P. 433-440. — DOI: 10.1007/s10909-019-02283-7. — URL: https://doi.org/10.1007/s10909-019-02283-7 (visited on 03/26/2025).

76. Improved predictions of reactor antineutrino spectra / T. A. Mueller [h gp.] // Phys. Rev. C. — 2011. — Mafi. — t. 83, bhh. 5. — c. 054615. — DOI: 10.1103/ PhysRevC.83.054615. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevC. 83.054615.

77. Huber P. On the determination of anti-neutrino spectra from nuclear reactors // Phys. Rev. C. — 2011. — t. 84. — c. 024617. — DOI: 10.1103/ PhysRevC.85.029901. — arXiv: 1106.0687 [hep-ph]. — [Erratum: Phys.Rev.C 85, 029901 (2012)].

78. Kopeikin V., Skorokhvatov M, Titov O. Reevaluating reactor antineutrino spectra with new measurements of the ratio between 235U and 239Pu /3 spectra // Phys. Rev. D. — 2021. — t. 104, № 7. — c. L071301. — DOI: 10.1103/PhysRevD.104.L071301. — arXiv: 2103.01684 [nucl-ex].

79. Popov D. V., Skorokhvatov M. D. Model for the Conversion of Beta Spectra from Fission Products of Uranium and Plutonium Isotopes into Antineutrino Spectra // Phys. Part. Nucl. Lett. — 2023. — t. 20, № 1. — c. 1—9. — DOI: 10.1134/S1547477123010089.

80. Measurement of reactor antineutrino flux and spectrum at RENO / S. G. Yoon [h gp.] // Phys. Rev. D. — 2021. — t. 104, № 11. — c. L111301. — DOI: 10.1103/PhysRevD.104.L111301. — arXiv: 2010.14989 [hep-ex].

81. Antineutrino energy spectrum unfolding based on the Daya Bay measurement and its applications / F. P. An [h gp.] // Chin. Phys. C. — 2021. — t. 45, № 7. — c. 073001. — DOI: 10.1088/1674-1137/abfc38. — arXiv: 2102.04614 [hep-ex].

82. First Measurement of High-Energy Reactor Antineutrinos at Daya Bay / F. P. An [и др.] // Phys. Rev. Lett. — 2022. — т. 129, № 4. — с. 041801. — DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.041801. — arXiv: 2203.06686 [hep-ex].

83. Antineutrino Spectra of 235,238U and 239,241Pu Taken from the Double Chooz Experiment / S. Ingerman [и др.] // Physics of Atomic Nuclei. — 2024. — февр. — т. 86. — с. 1178—1188. — DOI: 10.1134/S1063778824010599.

84. Updated Summation Model: An Improved Agreement with the Daya Bay Antineutrino Fluxes / M. Estienne [и др.] // Phys. Rev. Lett. — 2019. — июль. — т. 123, вып. 2. — с. 022502. — DOI: 10.1103/PhysRevLett.123. 022502. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.123.022502.

85. King R. W., Perkins J. F. Inverse Beta Decay and the Two-Component Neutrino // Phys. Rev. — 1958. — нояб. — т. 112, вып. 3. — с. 963—966. — DOI: 10.1103/PhysRev.112.963. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/ PhysRev.112.963.

86. Avignone F. T, Blakenship S. M, Darden C. W. Theoretical Fission-Antineutrino Spectrum and Cross Section of the Reaction 3He(^e,e+)3H // Phys. Rev. — 1968. — июнь. — т. 170, вып. 4. — с. 931—934. — DOI: 10.1103/PhysRev. 170.931. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/ PhysRev.170.931.

87. Reactor antineutrino spectra and their application to antineutrino-induced reactions. II / P. Vogel [и др.] // Phys. Rev. C. — 1981. — окт. — т. 24, вып. 4. — с. 1543—1553. — DOI: 10 . 1103 / PhysRevC . 24. 1543. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevC.24.1543.

88. Integral anti-neutrino spectra derived from experimental beta-spectra of individual fission products / O. Tengblad [и др.] // Nuclear Physics A. — 1989. — т. 503, № 1. — с. 136—160. — DOI: https://doi.org/10.1016/0375-9474(89)90258-3. — URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/ pii/0375947489902583.

89. Noble Gas Detectors / E.Aprile [et al.]. — Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 10/2006.

90. Hitachi A. Properties of liquid xenon scintillation for dark matter searches // Astroparticle Physics. — 2005. — т. 24, № 3. — с. 247—256. — DOI: https: //doi.org/10.1016/j.astropartphys.2005.07.002.

91. Thomas J., Imel D. A. Recombination of electron-ion pairs in liquid argon and liquid xenon // Phys. Rev. A. — 1987. — июль. — т. 36, вып. 2. — с. 614—616. — DOI: 10.1103/PhysRevA.36.614.

92. Sorensen P. Atomic limits in the search for galactic dark matter // Phys. Rev. D. — 2015. — апр. — т. 91, вып. 8. — с. 083509. — DOI: 10.1103/ PhysRevD.91.083509.

93. Birks J. B. The Theory and Practice of Scintillation Counting. — Perga-mon Press, 1964. — 684 p.

94. A Global Analysis of Light and Charge Yields in Liquid Xenon / B. Lenardo [и др.] // IEEE Transactions on Nuclear Science. — 2015. — дек. — т. 62, № 6. — с. 3387—3396. — DOI: 10.1109/tns.2015.2481322.

95. Lindhard J., Scharff M, Schiott H. Range concepts and heavy ion ranges // Mat. Fys. Medd. Dan. Vid. Selsk. — 1963. — т. 33, № 14.

96. Sorensen P., Dahl C. E. Nuclear recoil energy scale in liquid xenon with application to the direct detection of dark matter // Phys. Rev. D. — 2011. — т. 83. — с. 063501. — DOI: 10.1103/PhysRevD.83.063501. — arXiv: 1101.6080 [astro-ph.IM].

97. Interplay between scintillation and ionization in liquid xenon Dark Matter searches / F. Bezrukov [и др.] // Astropart. Phys. — 2011. — т. 35. — с. 119— 127. — DOI: 10. 1016 / j. astropartphys. 2011. 06. 008. — arXiv: 1011.3990 [astro-ph.IM].

98. A Model of Nuclear Recoil Scintillation Efficiency in Noble Liquids / D. .-M. Mei [и др.] // Astropart. Phys. — 2008. — т. 30. — с. 12—17. — DOI: 10. 1016/j.astropartphys.2008.06.001. — arXiv: 0712.2470 [nucl-ex].

99. First Results from the XENON10 Dark Matter Experiment at the Gran Sasso National Laboratory / J. Angle [и др.] // Phys. Rev. Lett. — 2008. — янв. — т. 100, вып. 2. — с. 021303. — DOI: 10.1103/PhysRevLett. 100.021303. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.100.021303.

100. XENON100 Dark Matter Results from a Combination of 477 Live Days / Collaboration [h gp.] // Physical review. D. — 2016. — hhb. — t. 94.

101. The LUX-ZEPLIN (LZ) experiment / D. Akerib [h gp.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. — 2020. — t. 953. — c. 163047. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2019.163047. — URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900219314032.

102. Reactor neutrino liquid xenon coherent elastic scattering experiment / C. Cai [h gp.] // Phys. Rev. D. — 2024. — okt. — t. 110, bho. 7. — c. 072011. — DOI: 10.1103/PhysRevD. 110.072011. — arXiv: 2405.05554 [hep-ex]. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.110.072011.

103. First Results from the DarkSide-50 Dark Matter Experiment at Laboratori Nazionali del Gran Sasso / P. Agnes [h gp.] // Phys. Lett. B. — 2015. — t. 743. — c. 456—466. — DOI: 10.1016/j .physletb.2015.03.012. — arXiv: 1410.0653 [astro-ph.CO].

104. Chardonnet E. The DUNE dual-phase liquid argon TPC // Journal of Instrumentation. — 2020. — Mafi. — t. 15, № 05. — c. C05064. — DOI: 10. 1088/1748-0221 /15/05/C05064. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/15/05/C05064.

105. Search for Elastic Coherent Neutrino Scattering off Atomic Nuclei at the Kalinin Nuclear Power Plant / D. Akimov [h gp.] // Physics Procedia. — 2015. — t. 74. — c. 423—430. — DOI: https://doi.org/10.1016/j .phpro. 2015 . 09. 217. — URL: https : / / www. sciencedirect. com / science / article / pii / S1875389215014169 ; Fundamental Research in Particle Physics and Cosmophysics.

106. Termosyphon cryogenic system for RED-100 detector / V. Sosnovtsev [h gp.] // Journal of Physics: Conference Series. — 2016. — ^eBp. — t. 675. — c. 012010. — DOI: 10.1088/1742-6596/675/1/012010.

107. Short- and long-range penetration of fields and potentials through meshes, grids or gauzes / F. Read [h gp.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. — 1999. — t. 427, № 1. — c. 363—367. — DOI: https://

doi.org/10.1016/S0168-9002(98)01564-2. — URL: https://www.sciencedirect. com/science/article/pii/S0168900298015642.

108. Amey R. L, Cole R. H. Dielectric Constants of Liquefied Noble Gases and Methane // The Journal of Chemical Physics. — 2004. — июнь. — т. 40, № 1. — с. 146—148. — DOI: 10.1063/1.1724850. — eprint: https://pubs.aip. org/aip/jcp / article-pdf/40/1/146/11034184/146\ _1\ _online.pdf. — URL: https://doi.org/10.1063/1.1724850.

109. Observation of delayed electron emission in a two-phase liquid xenon detector / D. Y. Akimov [и др.] // Journal of Instrumentation. — 2016. — т. 11, № 03. — с. C03007. — DOI: 10.1088/1748-0221/11/03/C03007.

110. Brun R., Rademakers F. ROOT — An object oriented data analysis framework // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. — 1997. — т. 389, № 1. — с. 81—86. — DOI: https://doi.org/10.1016/S0168-9002(97)00048-X. — URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/ pii/S016890029700048X ; New Computing Techniques in Physics Research V.

111. Recent developments in Geant4 / J. Allison [и др.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. — 2016. — т. 835. — с. 186—225. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2016.06.125. — URL: https://www. sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900216306957.

112. A Passive Shield for the RED-100 Neutrino Detector / D. Akimov [и др.] // Instruments and Experimental Techniques. — 2021. — март. — т. 64. — с. 202—208. — DOI: 10.1134/S0020441221020093.

113. A Review of NEST Models for Liquid Xenon and Exhaustive Comparison to Other Approaches / M. Szydagis [и др.]. — 2022. — нояб. — DOI: 10.3389/ fdest.2024.1480975. — arXiv: 2211.10726 [hep-ex].

114. Noble Element Simulation Technique / M. Szydagis [и др.]. — вер. v2.3.12. — 01.2023. — DOI: 10.5281/zenodo.7577399. — URL: https://doi.org/10.5281/ zenodo.7577399.

115. Measurement of the Drift Velocity and Transverse Diffusion of Electrons in Liquid Xenon with the EXO-200 Detector / J. B. Albert [h gp.] // Phys. Rev. C. — 2017. — t. 95, №2.—c. 025502. —DOI: 10.1103/PhysRevC.95.025502. — arXiv: 1609.04467 [physics.ins-det].

116. Measurements of electron transport in liquid and gas Xenon using a laser-driven photocathode / O. Njoya [h gp.] // Nucl. Instrum. Meth. A. — 2020. — t. 972. — c. 163965. — DOI: 10.1016/j.nima.2020.163965. — arXiv: 1911.11580 [physics.ins-det].

117. Analysis of the BC501A neutron detector signals using the true pulse shape / C. Guerrero [h gp.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. — 2008. — t. 597, № 2/3. — c. 212—218. — DOI: 10.1016/j.nima. 2008.09.017.

118. Muon-induced neutrons in lead and copper at shallow depth / R. KneiBl [h gp.] // Astroparticle Physics. — 2019. — t. 111. — c. 87—99. — DOI: 10.1016/j.astropartphys.2019.03.006.

119. Single electron emission in two-phase xenon with application to the detection of coherent neutrino-nucleus scattering / E. Santos [h gp.] // Journal of High Energy Physics. — 2011. — t. 2011, № 12. — c. 1—20. — DOI: 10.1007/ JHEP12(2011)115.

120. Measurements of wavelength-dependent double photoelectron emission from single photons in VUV-sensitive photomultiplier tubes / C. Faham [h gp.] // Journal of Instrumentation. — 2015. — ceHT. — t. 10, № 09. — P09010. — DOI: 10.1088/1748-0221/10/09/P09010. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/10/09/P09010.

121. A Two-Phase Emission Liquid Xe Detector for Study of Low-Ionization Events at the Research Reactor IRT MEPhI / D. Y. Akimov [h gp.] // IEEE Transactions on Nuclear Science. — 2015. — t. 62, № 1. — c. 257—263. — DOI: 10.1109/TNS.2014.2381365.

122. Position Reconstruction in a Dual Phase Xenon Scintillation Detector / V. N. Solovov [h gp.] // EE Transactions on Nuclear Science / nog peg. K. Label. — 2012. — t. 59. — c. 3286—3293. — DOI: 10.1109/TNS.2012.2221742. — arXiv: 1112.1481 [physics.ins-det].

123. ANTS2 package: simulation and experimental data processing for Anger camera type detectors / A. Morozov [и др.] // Journal of Instrumentation. — 2016. — апр. — т. 11, № 04. — P04022. — DOI: 10.1088/1748-0221/11/04/ P04022. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/11/04/P04022.

124. Maximum-Likelihood Estimation With a Contracting-Grid Search Algorithm / J. Y. Hesterman [et al.] // IEEE Transactions on Nuclear Science. — 2010. — June. — Vol. 57, no. 3. — P. 1077-1084. — DOI: 10.1109/TNS.2010.2045898.

125. B-spline parameterization of spatial response in a monolithic scintillation camera / V. Solovov [и др.] // Journal of Instrumentation. — 2016. — сент. — т. 11, № 09. — P09014. — DOI: 10.1088/1748-0221/11/09/P09014. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/11/09/P09014.

126. Morozov A. ANTS2. — вер. v4.14. — 2019. — URL: https://github.com/ andrmor/ANTS2/.

127. Measurement of single-electron noise in a liquid-xenon emission detector / D. Akimov [et al.] // Instruments and Experimental Techniques. — 2012. — Aug. — Vol. 55. — DOI: 10.1134/S002044121204001X.

128. Investigation of background electron emission in the LUX detector / D. S. Akerib [и др.] // Phys. Rev. D. — 2020. — нояб. — т. 102, вып. 9. — с. 092004. — DOI: 10.1103/PhysRevD. 102.092004. — URL: https://link. aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.102.092004.

129. Correlated single- and few-electron backgrounds milliseconds after interactions in dual-phase liquid xenon time projection chambers / A. Kopec [и др.] // Journal of Instrumentation. — 2021. — июль. — т. 16, № 07. — P07014. — DOI: 10 . 1088 / 1748-0221 / 16 / 07/P07014. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/16/07/P07014.

130. Electron emission from condensed noble gases / E. M. Gushchin [и др.] // Sov. Phys. JETP. — 1979. — май. — 49(5).

131. Observation and applications of single-electron charge signals in the XENON100 experiment / E. Aprile [и др.] // Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. — 2014. — февр. — т. 41, № 3. — с. 035201. — DOI:

10.1088/0954-3899/41/3/035201. — URL: https://dx.doi.org/10.1088/0954-3899/41/3/035201.

132. Extraction efficiency of drifting electrons in a two-phase xenon time projection chamber / B. Edwards [и др.] // Journal of Instrumentation. — 2018. — янв. — т. 13, № 01. — P01005. — DOI: 10.1088/1748-0221/13/01/P01005.

133. Electron extraction efficiency study for dual-phase xenon dark matter experiments / J. Xu [и др.] // Phys. Rev. D. — 2019. — май. — т. 99, вып. 10. — с. 103024. — DOI: 10.1103/PhysRevD.99.103024.

134. Observation of anticorrelation between scintillation and ionization for MeV gamma rays in liquid xenon / E. Aprile [и др.] // Phys. Rev. B. — 2007. — июль. — т. 76, вып. 1. — с. 014115. — DOI: 10.1103/PhysRevB.76.014115. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.76.014115.

135. Absolute Scintillation Yields in Liquid Argon and Xenon for Various Particles / T. Doke [и др.] // Japanese Journal of Applied Physics. — 2002. — март. — т. 41, 3R. — с. 1538. — DOI: 10.1143/JJAP.41.1538. — URL: https: //dx.doi.org/10.1143/JJAP.41.1538.

136. Tritium calibration of the LUX dark matter experiment / D. S. Akerib [и др.] // Phys. Rev. D. — 2016. — апр. — т. 93, вып. 7. — с. 072009. — DOI: 10.1103/PhysRevD.93.072009. — URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/ PhysRevD.93.072009.

137. Du K.-L, Swamy M. Perceptrons. — 12.2014. — ISBN 978-1-4471-5570-6. — DOI: 10.1007/978-1-4471-5571-3_3.

138. Dubey S. R., Singh S. K., Chaudhuri B. Activation Functions in Deep Learning: A comprehensive Survey and Benchmark // Neurocomputing. — 2022. — июль. — т. 503. — DOI: 10.1016/j.neucom.2022.06.111.

139. Ioffe S., Szegedy C. Batch Normalization: Accelerating Deep Network Training by Reducing Internal Covariate Shift // Proceedings of the 32nd International Conference on International Conference on Machine Learning. — 2015. — февр. — т. 32. — с. 448—456.

140. KerasTuner / T. O'Malley [и др.]. — 2019. — https://github.com/keras-team/keras-tuner.

141. Dropout: A Simple Way to Prevent Neural Networks from Overfitting / N. Srivastava [и др.] // Journal of Machine Learning Research. — 2014. — т. 15, № 56. — с. 1929—1958. — URL: http://jmlr.org/papers/v15/srivastava14a. html.

142. Goodfellow I., Bengio Y, Courville A. Deep Learning. — MIT Press, 2016. — http://www.deeplearningbook.org.

143. Hanley J. The Meaning and Use of the Area Under a Receiver Operating Characteristic (ROC) Curve // Radiology. — 1982. — май. — т. 143. — с. 29— 36. — DOI: 10.1148/radiology.143.1.7063747.

144. Cochran W. G. The x2 Test of Goodness of Fit // The Annals of Mathematical Statistics. — 1952. — т. 23, № 3. — с. 315—345. — URL: http: //www.jstor.org/stable/2236678 (дата обр. 15.04.2025).

145. Yates F. Tests of Significance for 2 x 2 Contingency Tables // Journal of the Royal Statistical Society. Series A (General). — 1984. — т. 147, № 3. — с. 426— 463. — URL: http://www.jstor.org/stable/2981577 (дата обр. 15.04.2025).

146. Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics / G. Cowan [и др.] // Eur. Phys. J. C. — 2011. — т. 71. — с. 1554. — DOI: 10.1140/epjc/ s10052-011-1554-0. — arXiv: 1007.1727 [physics.data-an]. — [Erratum: Eur.Phys.J.C 73, 2501 (2013)].

147. Dodge Y. Chi-Square Table // The Concise Encyclopedia of Statistics. — New York, NY : Springer New York, 2008. — с. 76—77. — ISBN 978-0-387-32833-1. — DOI: 10.1007/978-0-387-32833-1 _56. — URL: https: //doi.org/10.1007/978-0-387-32833-1_56.

148. Gushchin E, Kruglov A. A., Obodovskii I. M. Emission of «hot» electrons from liquid and solid argon and xenon // JETP. — 1982. — май. — т. 82. — с. 1485—1490. — URL: http://www.jetp.ras.ru/cgi-bin/dn/e_055_05_0860. pdf.

149. XENON1T dark matter data analysis: Signal and background models and statistical inference / E. Aprile [и др.] // Phys. Rev. D. — 2019. — т. 99, № 11. — с. 112009. — DOI: 10.1103/PhysRevD.99.112009. — arXiv: 1902.11297 [physics.ins-det]. — [Erratum: Phys.Rev.D 111, 059904 (2025)].

150. Electron-ion recombination in composite interactions in liquid xenon / J. Xu [и др.]. — 2025. — март. — arXiv: 2503.07562 [hep-ex].

151. Using the Two-Phase Emission Detector RED-100 at NPP to Study Coherent Elastic Neutrinos Scattering off Nuclei / D. Akimov [и др.] // Physics. — 2023. — т. 5, № 2. — с. 492—498. — DOI: 10.3390/physics5020034.

152. VUV-Vis optical characterization of Tetraphenyl-butadiene films on glass and specular reflector substrates from room to liquid Argon temperature / R. Francini [и др.] // Journal of Instrumentation. — 2013. — сент. — т. 8, № 09. — P09006. — DOI: 10.1088/1748-0221/8/09/P09006. — URL: https: //dx.doi.org/10.1088/1748-0221/8/09/P09006.

153. Upgrading the Cryogenic System of the RED-100 Emission Detector for Operation with Liquid Argon / I. Aleksandrov [и др.] // Instruments and Experimental Techniques. — 2024. — дек. — т. 67. — с. 700—703. — DOI: 10.1134/S0020441224700908.

Список рисунков

1.1 Схема когерентного рассеяния нейтрино на ядре.......... 9

1.2 Результаты измерений CE^NS коллаборацией COHERENT и теоретические предсказания для различных моделей форм-фактора.............................. 15

1.3 Взаимное расположение неустранимого фона от нейтрино и существующих ограничений на параметры частиц темной материи. 16

1.4 Пример возможного механизма образования антинейтрино в ядерных реакторах........................... 16

1.5 Упрощенная схема преобразования выделенной энергии в регистрируемый сигнал сцинтилляции и электролюминесценции

в двухфазном детекторе........................ 19

1.6 Схема работы двухфазного детектора................. 20

2.1 Принцип работы и устройство детектора РЭД-100......... 25

2.2 Схема и фото электродной системы детектора РЭД-100......26

2.3 Схема расположения ФЭУ в матрицах и фотография ФЭУ Hamamatsu R11410-20.......................... 27

2.4 Блок-схема установки РЭД-100 и схема работы термосифонной системы.................................. 30

2.5 Пример визуализации временной развертки смоделированного события от 3 электронов ионизации.................. 39

3.1 Взаимное расположение установки РЭД-100, эксперимента DANSS и реактора в здании четвертого энергоблока Калининской АЭС............................ 41

3.2 Фотография установки РЭД-100.................... 42

3.3 Схема пассивной защиты установки на Калининской АЭС..... 43

3.4 Схема расположения ФЭУ верхней матрицы, медной пассивной защиты, калибровочных источников и светодиодов......... 44

3.5 Соотношение набранных типов данных и мощности реактора ... 45

3.6 Сравнение гамма-спектра, полученного на КАЭС, со спектром, полученным в лабораторных измерениях............... 46

3.7 Усредненная скорость счета гамма-фона за день во время набора данных РЭД-100............................. 47

3.8 Скорость счета нейтронных событий, полученная с помощью жидкостного сцинтилляционного детектора ВС501А Вюгоп. ... 48

3.9 Скорость счета мюонов, измеренная с помощью РЭД-100...... 49

3.10 Распределение БРЕ-импульсов по площади и зависимость площади БРЕ от времени........................ 53

3.11 Форма сигнала с БРЕ-импульсом и эффективность вычисления площади сигнала в зависимости от количества БРЕ-импульсов в

нем.................................... 54

3.12 Пример определения времени жизни электронов ионизации по мюонному сигналу и динамика изменения времени жизни электронов в детекторе РЭД-100 в течение сеанса на КАЭС 2021-22 гг................................. 55

3.13 Схема определения расстояния от оси фотокатода ФЭУ до источника света............................. 56

3.14 Распределения событий по длительности Б2 и глубине и

границы соответствующих отборов.................. 58

3.15 Зависимость площади от глубины события и квадрата восстановленного радиуса и результаты соответствующих аппроксимаций.............................. 60

3.16 Алгоритм восстановления координат и ЬИЕ............. 60

3.17 Распределения сигналов по и Б2 до и после реконструкции. . . 62

3.18 Карта эффективности регистрации света и функции распределения эффективности регистрации света для Т01 и Т16. 63

3.19 Зависимость суммарного сигнала с верхней матрицы и скорректированной энергии Б2 от радиуса.............. 63

3.20 Пример восстановленного распределения по ХУ и распределения параметра %2 и границы соответствующих отборов......... 64

3.21 Пример кластера от одиночно электрона ионизации в детекторе РЭД-100................................. 65

3.22 Распределения БЕ-кластеров по длительности и по площади и соответствующее фитирование распределения по площади..... 66

3.23 График энергетической калибровки и результат его фитирования линейной функцией................... 68

3.24 Результаты измерения эффективности экстракции электронов в эксперименте РЭД-100 в сравнении с другими экспериментами и расчетом NEST............................. 70

4.1 Схема анализа данных в эксперименте РЭД-100........... 72

4.2 Зависимость эффективность регистрации CE^NS-подобных событий от длительности кластера и энергии............ 75

4.3 Спектры ядер отдачи, полученные с использованием различных методов расчетов спектров реакторных антинейтрино........ 77

4.4 Спектр смоделированных CE^NS-событий до и после потерь при дрейфе и экстракции.......................... 78

4.5 Распределения смоделированных CE^NS событий согласно СМ

по энергии и длительности....................... 79

4.6 Результат подавления отборами фоновых и смоделированных

CE^NS событий..........................................................82

4.7 Диаграмма энергия-длительность кластера............................83

4.8 Пример события из OFF-данных, прошедшего все отборы..........83

4.9 Зависимость эффективности регистрации событий от энергии

ядер отдачи................................................................84

4.10 Зависимость бинарной точности от итерации обучения нейронных сетей..........................................................86

4.11 ROC-кривые для обеих нейронных сетей..............................87

4.12 Результат применения нейронных сетей к проверочному набору данных....................................................................88

4.13 Результат применения нейронных сетей к экспериментальным и смоделированным CE^NS-данным и границы отбора................89

4.14 Данные Азимова и медианный ожидаемый верхний предел на величину сигнала CE^NS................................................90

4.15 Профили Ах2............................................................91

4.16 Разностный спектр ON- и OFF-данных и верхний предел..........92

4.17 Предсказание СМ для сечения CE^NS и верхний предел............93

4.18 Профиль А%2 для разных моделей флуктуаций величины зарядового выхода........................................................94

Список таблиц

1 Эксперименты по исследованию CE^NS от различных источников. 13

2 Эксперименты по исследованию CE^NS на атомных реакторах с использованием различных рабочих веществ............. 17

3 Результаты энергетической калибровки................ 68

4 Qei, полученные экспериментально и QY, рассчитанные NEST. . . 69

5 Процентное содержание изотопов в топливе на КАЭС [13] и на

Daya Bay [81; 82]............................. 77

6 Процент отобранных событий в зависимости от количества видимых электронов ионизации.................... 82

7 Верхний предел на величину сигнала CE^NS и ожидаемый верхний предел на величину сигнала CE^NS на уровне достоверности 90%. Числа в таблице обозначают амплитуду. ... 91

8 Характеристики ФЭУ в детекторе РЭД-100.............124

Приложение А Характеристики ФЭУ в детекторе РЭД-100

Таблица 8 — Характеристики ФЭУ в детекторе РЭД-100: усиление, напряжения для мюонного и номинального режимов, площади БРЕ для начала (1) и конца (2) периода набора СЕ^Б-подобных данных.

Номер ФЭУ Усиление при 1500 В Мюонный режим, В Номинальный режим, В БРЕ (1), пВ-с БРЕ (2), пВ-с

Т01 3.9-106 733 1349 82 83

Т02 3.8-106 800 1382 82 82

Т03 5.6-106 723 1313 87 87

Т04 4.5406 715 1341 84 84

Т05 5.0406 763 1333 78 78

Т06 4.6406 720 1341 75 72

Т07 5.6-106 715 1314 78 78

Т08 6.2406 672 1347 86 86

Т09 4.1406 750 1368 84 85

Т10 5.6406 712 1310 76 78

Т11 9.1406 729 1235 84 83

Т12 8.1406 719 1234 89 89

Т13 7.0406 710 1273 74 71

Т14 5.2406 700 1308 71 70

Т15 13.9406 619 1148 83 82

Т16 8.0406 716 1259 87 87

Т17 5.0-106 841 1340 83 82

Т18 6.3406 697 1273 83 82

Т19 10.5406 660 1186 85 84

В01 8.7406 711 1304 83 83

В03 8.6406 655 1223 80 80

В05 9.1406 688 1233 82 81

В07 6.9406 713 1280 87 86