Monitoring of the operating parameters of the KATRIN Windowless Gaseous Tritium Source
Creators
- M. Babutzka1
-
Matthew Bahr2
- J. Bonn1
-
B. Bornschein1
- Amadeus Dieter1
- G. Drexlin1
- K. Eitel1
-
Sebastian Fischer1
-
F. Glück1
-
S. Grohmann3, 4
- M. Hötzel1
- Tim M. James5
- Wolfgang Käfer1
- Michelle Leber2
-
B. Monreal2
- F. Priester1
- M. Röllig1
-
M. Schlösser1
- Udo Schmitt1
-
Felix Sharipov6
- M. Steidl1
-
M. Sturm1
-
Helmut H. Telle5
- N. Titov7
- 1. Karlsruhe Institute of Technology
- 2. University of California, Santa Barbara
- 3. Institute for Particle and Nuclear Physics
- 4. Wigner Research Centre for Physics
- 5. Swansea University
- 6. Universidade Federal do Paraná
- 7. Institute for Nuclear Research
Description
The Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) experiment will measure the absolute mass scale of neutrinos with a sensitivity of $\m_{\nu}$ = 200 meV/c$^2$ by high-precision spectroscopy close to the tritium beta-decay endpoint at 18.6 keV. Its Windowless Gaseous Tritium Source (WGTS) is a beta-decay source of high intensity ($10^{11}$/s) and stability, where high-purity molecular tritium at 30 K is circulated in a closed loop with a yearly throughput of 10 kg. To limit systematic effects the column density of the source has to be stabilised at the 0.1% level. This requires extensive sensor instrumentation and dedicated control and monitoring systems for parameters such as the beam tube temperature, injection pressure, gas composition and others. Here we give an overview of these systems including a dedicated Laser-Raman system as well as several beta-decay activity monitors. We also report on results of the WGTS demonstrator and other large-scale test experiments giving proof-of-principle that all parameters relevant to the systematics can be controlled and monitored on the 0.1% level or better. As a result of these works, the WGTS systematics can be controlled within stringent margins, enabling the KATRIN experiment to explore the neutrino mass scale with the design sensitivity.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
ستقيس تجربة Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) المقياس الكتلي المطلق للنيوترونات بحساسية $\m _{\nu }$= 200 meV/c $^ 2 $ بواسطة التحليل الطيفي عالي الدقة بالقرب من نقطة نهاية اضمحلال بيتا التريتيوم عند 18.6 كيلو فولت. مصدر التريتيوم الغازي بدون نوافذ (WGTS) هو مصدر اضمحلال بيتا للكثافة العالية (10^{ 11}دولار/ثانية) والاستقرار، حيث يتم تدوير التريتيوم الجزيئي عالي النقاء عند 30 كلفن في حلقة مغلقة مع إنتاجية سنوية تبلغ 10 كجم. للحد من التأثيرات المنهجية، يجب تثبيت كثافة عمود المصدر عند مستوى 0.1 ٪. وهذا يتطلب أجهزة استشعار واسعة النطاق وأنظمة تحكم ومراقبة مخصصة للمعلمات مثل درجة حرارة أنبوب العارضة وضغط الحقن وتكوين الغاز وغيرها. نقدم هنا نظرة عامة على هذه الأنظمة بما في ذلك نظام ليزر رامان مخصص بالإضافة إلى العديد من شاشات مراقبة نشاط تحلل بيتا. ونقدم أيضًا تقريرًا عن نتائج اختبار WGTS وغيره من تجارب الاختبار واسعة النطاق التي تقدم دليلًا على المبدأ بأن جميع المعلمات ذات الصلة بالنظم يمكن التحكم فيها ومراقبتها على مستوى 0.1 ٪ أو أفضل. نتيجة لهذه الأعمال، يمكن التحكم في منهجيات WGTS ضمن هوامش صارمة، مما يتيح لتجربة كاترين استكشاف مقياس كتلة النيوترينو مع حساسية التصميم.Translated Description (French)
L'expérience Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) mesurera l'échelle de masse absolue des neutrinos avec une sensibilité de $ \m_{\nu}$ = 200 meV/c $ ^2 $ par spectroscopie de haute précision proche du point final de désintégration bêta du tritium à 18,6 keV. Sa source de tritium gazeux sans fenêtre (WGTS) est une source de désintégration bêta de haute intensité (10 $ ^{11}$ / s) et de stabilité, où le tritium moléculaire de haute pureté à 30 K circule en boucle fermée avec un débit annuel de 10 kg. Pour limiter les effets systématiques, la densité de la colonne de la source doit être stabilisée au niveau de 0,1%. Cela nécessite une instrumentation étendue du capteur et des systèmes de contrôle et de surveillance dédiés pour des paramètres tels que la température du tube du faisceau, la pression d'injection, la composition du gaz et autres. Nous donnons ici un aperçu de ces systèmes, y compris un système Laser-Raman dédié ainsi que plusieurs moniteurs d'activité de désintégration bêta. Nous rapportons également les résultats du démonstrateur WGTS et d'autres expériences de test à grande échelle donnant la preuve de principe que tous les paramètres pertinents pour la systématique peuvent être contrôlés et surveillés au niveau de 0,1% ou mieux. À la suite de ces travaux, la systématique WGTS peut être contrôlée dans des marges strictes, ce qui permet à l'expérience KATRIN d'explorer l'échelle de masse des neutrinos avec la sensibilité de conception.Translated Description (Spanish)
El experimento de neutrinos de tritio de Karlsruhe (KATRIN) medirá la escala de masa absoluta de neutrinos con una sensibilidad de $\m_{\nu}$ = 200 meV/c$^2 $ mediante espectroscopía de alta precisión cerca del punto final de desintegración beta de tritio a 18,6 keV. Su fuente de tritio gaseoso sin ventanas (WGTS) es una fuente de desintegración beta de alta intensidad ($ 10^{11}$/s) y estabilidad, donde el tritio molecular de alta pureza a 30 K circula en un circuito cerrado con un rendimiento anual de 10 kg. Para limitar los efectos sistemáticos, la densidad de la columna de la fuente debe estabilizarse en el nivel del 0,1%. Esto requiere una amplia instrumentación de sensores y sistemas de control y monitoreo dedicados para parámetros como la temperatura del tubo de haz, la presión de inyección, la composición del gas y otros. Aquí damos una descripción general de estos sistemas, incluido un sistema Laser-Raman dedicado, así como varios monitores de actividad de desintegración beta. También informamos sobre los resultados del demostrador WGTS y otros experimentos de prueba a gran escala que dan una prueba de principio de que todos los parámetros relevantes para la sistemática se pueden controlar y monitorear en el nivel de 0.1% o mejor. Como resultado de estos trabajos, la sistemática WGTS se puede controlar dentro de márgenes estrictos, lo que permite al experimento KATRIN explorar la escala de masa de neutrinos con la sensibilidad de diseño.Files
pdf.pdf
Files
(11.9 kB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:ff13dab52f560882226a2a8a28c5a9a9
|
11.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مراقبة معلمات التشغيل لمصدر التريتيوم الغازي عديم النوافذ كاترين
- Translated title (French)
- Surveillance des paramètres de fonctionnement de la source de tritium gazeux sans fenêtre KATRIN
- Translated title (Spanish)
- Monitoreo de los parámetros de operación de la fuente de tritio gaseoso sin ventanas KATRIN
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2019997420
- DOI
- 10.1088/1367-2630/14/10/103046
References
- https://openalex.org/W150125357
- https://openalex.org/W1581228648
- https://openalex.org/W1863027465
- https://openalex.org/W1965146534
- https://openalex.org/W1972361697
- https://openalex.org/W1982626585
- https://openalex.org/W1982817128
- https://openalex.org/W1983253561
- https://openalex.org/W1984624333
- https://openalex.org/W1985164416
- https://openalex.org/W1991796847
- https://openalex.org/W1996561477
- https://openalex.org/W2000480271
- https://openalex.org/W2015380836
- https://openalex.org/W2020733228
- https://openalex.org/W2030751307
- https://openalex.org/W2033651460
- https://openalex.org/W203674937
- https://openalex.org/W2040512003
- https://openalex.org/W2053774307
- https://openalex.org/W2076278348
- https://openalex.org/W2077259532
- https://openalex.org/W2084816142
- https://openalex.org/W2093023220
- https://openalex.org/W2104719792
- https://openalex.org/W2107756042
- https://openalex.org/W2120653429
- https://openalex.org/W2130862271
- https://openalex.org/W2131558409
- https://openalex.org/W2131580842
- https://openalex.org/W2148185671
- https://openalex.org/W2168235765
- https://openalex.org/W2494690972
- https://openalex.org/W3104067204
- https://openalex.org/W4300589346
- https://openalex.org/W57318293