Способ определения скорости образования мезоиона гелия — SU 1119463 (original) (raw)
,щийся в омюонов миИЗОТОПОВПЛОТНОСТЬПОЛНОЙ ОС ЕЛЕНИЯ СКОРОСТИГЕЛИЯ, заключаюком медленныхбразной смесью СПОСОБ ОПРЕД ИЯ МЕЗОИОНА блучении пуч шени с газо гелия и вод которой вы тановки мюо рода, толщин раны из усто ов в мишени,регистраци цессов в с исходящими топами вод протекающих вавнении с процев мишени, заполрода, о т л и что, с целью пов мишени пс,ами, и енной и и точгеен ба е ности чувствительности спо ию, регистрируют ой ионизационной одновременно и ми пределения, число продуктов ядерног катализа, выэваннь,оно иг. 1 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) Д.В.Балин, А.А.Воробьев, Е.М.Ма ев, Г,Г.Семенчук и Ю.В.Смирении (71) Ленинградский институт ядерной Физики им.Б.П.Константинова(56) 1. Авторское свидетельство СССР Ф 713373, кл. С 21 С 1/00, 1978,2. М.БеЬНЕ, Аполло Сшепо 22, р.бб, 1961.3. Быстрицкий В,М, и др, Прямое измерение скорости образования молекул ррЬи рддр в газообразном водороде. ЖЭТФ, т.70, вып, 4, 1976, с. 1164 (прототип)ЯО 1119 с помощью. импульскамеры, являющейсяенью, временные раси энергию заряженных о синтеза от актовх остановившимся мюмишени процессов в сравнении с процессами, происходящими в мишени, заполненной изотопами водорода, регистрируют с помощью импульсной иони. зационной камеры, являющейся одновре. 5 менно и мишенью, временные распределения, число и энергию заряженных продуктов ядерного синтеза от актов катализа, вызванных остановившимся мюоном.10Ядерный синтез весьма чувствителен к наличию малых количеств гелия, а значит, позволяет при малой концентрации гелия измерить скорость перехвата (образования) мезоиона гелия с большой точностью, Использование импульсной ионизационной камеры в качестве мишени позволяет достичь 1003-ной эффективности регистрации актов ядерного синтеза, 20Таким образом, оказывается возможным непосредственно с большой точностью измерить влияние процессов обра" зования меэоиона (Нер) на энергетический выход реакции синтеза дейтерия 5 и трития (1), при концентрации гелия, которые можно ожидать при работе будущей энергетической установки, использующей явление мюкатализа .На фиг.1 представлена схема уста- ЗО новки для реализации способа. Схема установки содержит сцинтилляционные счетчики 1-4 для мониторирования входного пучка мюонов, фильтр 5 для торможения мюонов, ионизационную камеру 5 для регистрации остановки мюона и последовательных актов ядерного синтеза, а также четыре пары счетчиков 7-14 для счета электронов распада. 40На фиг.2 представлены экспериментальные кривые распределения заряженных продуктов ядерного синтеза при отсутствии в камере гелия 1 и при наличии 1,8 Е гелия 11. 45На этой фигуре показаны временные распределения первых событий синтеза. При необходимости из имеющихся экспериментальных данных можно построить и другие распределения, например, 56 распределение временных интервалов между первым и вторым синтезами, вторым и третьим и т.д.Процесс измерения в гредлагаемом способе состоит в следующем. Импульс ная ионизационная камера-мишень наполняется дейтерием. Камеру-мишень помещают в пучок медленных мюонов. Г помощью камеры регистрируют следующие параметры: Нп, - число мюонов, останавливающихся в газе мишени, (1, ",Й;) - число синтезов соответствующей кратности, энергию заряженных продуктов ядерного синтеза. Снимаются также временные распределения актов ядерного синтеза, которые на этом этапе имеют вил:-а,1=Нп,е Р н 1=й,еаИ, А(1-й ,-=1;,е з ЭИ, д(-цС 1 а 3 аД=с а" 3саР д7. прпричем д С,1 а о 1Р р7 рпргде С,1 - концентрация дейтерия;Г - концентрация примеси висходном дейтерии,а- оббатома;- скорость образования мем прзоатома примесипутем атомного захвата,Р Ра,: а,аЛрс а српргде- отношение плотности газапри рабочем давлении кплотности жидкого водорода,скорость распада свободного мюона (0,45510 с ),Э,1 3- скорость образования мезомоЛекулы 3 д ,- скорость перехвата мюонапрна примесь;С - коэффициент прилипаниямюона ( 0,07),После введения в мишень гелия меняется выход продуктов синтеза иэ-заперехвата мюона на гелий и временноераспределение примет вид:д ъ 1- = к е ъ дц .ДаС =й, еаад 1 д(1.м.ЛДй,1119463далее идет реакция ядерного синтеза (1)..Дальнейшая процедура измеренияполностью аналогична приведенной5 выше. где 1 ОЙ =)а+Ъ ф Сне "нер цскорость образования меедзоиона гелия (Не ) засчет атомного захвата(прямая посадка). 10На первом этапе измерений с чистымдейтерием определяется Йи А =аЬ. После введения гелия меняется уголнаклона временного распределения(см.фиг.2) за счет величины Сне Ъне Ч15откуда и определяется скорость перехвата Ъ нп . Изменение амплитудыпроисходит из-за добавки величины9 с 11 п фНе. Определяя в чистом дейтерии величинуаи величиС 1 фЬну А в смеси дейтерия и гелияс 1 Р ф Сне не 1находят отношения скоростей атомного 25захвата мюона гелием и дейтериемЬп (эта величина не может бытьВпр оъизмерена способом-прототипом).Из фиг,2 видно, что уже при добав.ленин 1,87 гелия наклон меняется почти в 2 раза (т,е. чувствительностьспособа значительно вьппе, чем у прототипа). Такая большая величина эффекта и позволяет определить с высокой точностью скорость перехвата прималой концентрации гелия.Кроме того, из-за наличия большойинформации о процессах, происходящихнепосредственно в газе мишани (в ионизационной камере), возможно, используя различные критерии, избавитьсяот фона. Например, мы можем изучатьтолько короткопробежные частицы (у4 Фнас Не ), поскольку есть критерийдля отбора таких частиц, а именно,их энергия. Поэтому предлагаемый спо.соб обеспечивает точность измерений57 при сравнимом с прототипом времени эксперимента,Для определения скорости перехвата мюона с мезоатома трития (реакция5) на первом этапе готовят смесь, содержащую несколько процентов тритияв дейтерии, с таким расчетом, чтобывсе мюоны с мезоатома дейтерия перехватывались на тритий; Г НЕ+о Р 1 Р .р+р7С пп - концентрация гелия рфнп - скорость перехвата мюонана гелий; Для работы с тритием в ионизационной камере необходимо выполнить некоторые конструкционные переделки; помогающие избавиться от фона, возникающего из-за /3 -распада трития, А именно, анод камеры следует разделить на большое число (у нас 19) каналов, Кроме того, необходимо проводить работу при высоких давлениях га. зовой смеси (-100 атм), поскольку при давлении100.атм пробег 4 Не+ очень мал и трек можно считать точечным. Поэтому заряд вызванный Не образовавшийся в результате реакции синтеза (полезный сигнал), практкчес" ки полностью собирается в одной из частей анода, а шум делится пропорционально кратности разбиения анода П р и м е р, Опробывание предлагаемого способа проводилось при иссле-. довании реакции синтеза: Работа выполнена на мюонном канале синхроциклотрона. Установка и .полученные данные показаны на фиг.1 и 2,В качестве рабочего газа выбран дейтерий, перехват мюона осуществлял+ся на Не. Давление газа в ионизационной камере 90 атм, Пучок мюонов направляют на счетчики 1-4, затормаживают в фильтре заранее подобранной толщины и останавливают в газе. Момент остановки мюона, служащий "старИтом для временного анализа системы, определяется совпадениями 1 ф 24(+10+ +12+14). Далее, в течение временного 11 1окна 10 мкс ожидают электрон от распада мюона, регистрируемый совпадениями 3(78+910+1112+1314). В это время ожидают импульс с ионизационной камеры,сдвинутый на время дрейфа носителей заряда. При наличии обоих импульсов событие "записывается" на ЭВМ. Событие включает в себя 1 время появления первого и последующих импульсов с камеры, амплитуды сигналов (энергии частиц).4510/4 ТираВНИИПИ Государпо делам: зо 113035, Моск;-:.,Зака 74 8 Подписноевенного комитета СССРи открытийушскгя наб д 4/5 ретений-35, Ра илиал ППП ";атент", г.ужгород, ул.Проектна 9 11Благодаря 100%-ной эффективностии высокому быстродействию камерыоказывается возможным измерение временной последовательности актов синтеза. Получены следующие значения:скорость образования мезоиона гелия за счет перехвата мюонаЪ 1 щ Пе==(3,04+0,18) 10 с (+6/);отношение скоростей атомного захвата мюона гелием и дейтерием равноЪн(ВР =б,1 2Описанный выше способ может бытьприменен для измерения скоростей1 образования мезоионов (Е,), где У,2,Мы подробно описали сгособ измерения 19463 10 д я с. учая 7 =2 (гелий), одн.хо, реимент большое значение для мезоатомной физики и могут быть изучены г,рамках предлагаемого способа с высокой то.цостью для элементов с Е) 2,находящихся в газообразном состоянии.Преимущества этого способа особенно проявляются при работе с лег кими газообразньпи элементами.