Автореферат (Экспериментальное исследование процесса мюонного катализа dd-синтеза в газах D2, H2+D2 и HD), страница 3

При этом для каждого сигнала измерялись три величины: заряд (энергия) импульса Vij , время начала ими время окончания импульса tstopпульса tstartijij . Временные интервалымежду сигналами синтезов несли информацию о скорости протеканиямезокаталитических реакций. Амплитуды и длительности импульсов вИК несли информацию об энергиях и пробегах продуктов синтеза. Было реализовано достаточно высокое энергетическое разрешение на электроде остановки B, равное ∼ 70 кэВ (FWHM) с порогом регистрации120 кэВ, а на электродах A и C, имеющих меньшую площадь, 50 кэВ(FWHM) и порог 90 кэВ, соответственно. Временное разрешение при измерении момента появления сигналов составило ∆t=50 нс. Полное время анализа сигналов (минимальное ”мертвое” время) было равно 350 нсдля самых коротких импульсов, полученных с анодов ИК.

На Рис. 3 (б)представлен энергетический спектр шумовых сигналов при случайныхзапусках ИК. Оценка этого фона показала, что его доля в общей статистике не превышает 0,3%, что указывает на высокое качество отборасобытий.В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ описывается процедура анализа данных, полученных в первой серии опытов на синхроциклотроне ПИЯФ.9Скорость ddµ-катализа определялась тремя способами, характерными именно для методики ИК.В первом способе анализировалось интервальное временное распределение между сигналами от мюонов, остановившихся в зоне электрода B и возникших там же первых синтезов F1.

Подчеркнем, что вотличии от стандартного метода счета нейтронов, где регистрируетсяих интегральный выход, определяемый эффективностью нейтронныхсчетчиков εn , в методике ИК благодаря 100% эффективности возможен анализ последовательных циклов катализа. Фитирование указанных временных распределений позволило определить значение показателя экспонентыΛ = Λddµ + λ0 + ΛdZ + Λpdµи после внесения поправок на примесь азота и наличие pdµ молекулнайти скорость образования молекул ddµ.Во втором способе число остановившихся в ИК мюонов гарантированно определялось по числу зарегистрированных первых F1 синтезов, соответствующих образованию 3 He частиц, (за вычетом прилипших мюонов). Тогда последующие акты синтеза определялись по количеству всех F2 событий, в результате чего скорость образования молекул ddµ определялась по следующей формуле: Λddµ = Λ · NF∗ 2 /NF∗ 1 ,где NF∗ 2 и NF∗ 1 - число событий с учетом поправок на наложения последующих синтезов на предыдущие, вызванные конечным временемобработки сигналов (350 нс).

Обычно эти поправки не превышали 510% в зависимости от условий эксперимента.В третьем способе, получившем название ”метод выжившего мюона”, анализировались события синтеза во временном интервале t>T0 ,например, t>3 мкс от момента окончания сигнала мюона на электродеB. Наличие таких событий означает, что в течение времени t<T0 мюоны еще не распались, не перехватились на примеси и не прилипли кядрам 3 He в процессе синтеза.

Поэтому скорость катализа в этом временном интервале определяется только эффективной скоростью образования ddµ молекул. На Рис. 4 представлены временные распределениясобытий в двух выделенных временных интервалах, иллюстрирующиеданный способ определения Λ∗ddµ . Важно подчеркнуть, что этот способне требует учета степени чистоты газа и его точность зависит лишь отчисла отобранных событий. В результате усреднения результатов, полученных тремя способами анализа, было определено значение скоростиобразования молекул ddµ при температуре T=293 K, нормированное к10плотности жидкого водорода:λddµ = (2, 76 ± 0, 08) · 106 c−1 .Как известно, величинаскорости образования ddµмолекул является ключевым параметром резонансного механизма и первой задачей наших исследований была проверка работоспособности нового метода при его сравнении с данными Дубны.

К нашему удивлению, полученное значение более чем в трираза превысило результат Дубны (∼ 0, 85 ·106 c−1 ) [6], что потребо- Рис. 4: Иллюстрация к способу определениявало дополнительных из- величины λ⋆ddµ методом ”выжившего мюона”. Вмерений в диапазоне 51- области I представлено временное распределепо которым определялась ве93 атм., подтвердивших ние F1-сигналов,⋆личинаλ.ВобластиII представлено временddµначальный результат. Поздноераспределениепервыхиз появившихся принее наш результат былt ≥ T0 сигналов.подтверждён экспериментами в LAMPF, PSI, а также новыми измерениями Дубны. Причинойуказанных разногласий считают неверное определение эффективностинейтронных счетчиков.Определение в нашей работе истинного значения λddµ имело важные физические последствия.

Прежде всего был изменён номер колебательного уровня у молекулярного комплекса [(ddµ)d2e]∗ с ν=8 на ν=7,при котором выполнялось условие резонансного образования молекулddµ. Это позволило уточнить значение энергии слабосвязанного уровняε11 =1,96 эВ, которое подтвердило теоретические оценки.

Дальнейшиеисследования были направлены на увеличение точности экспериментов,чтобы она соответствовала все возрастающей точности теоретическихрасчетов.Коэффициент прилипания мюонов ωdd определялся с помощью11изложенного выше прямого метода, использующего различиеудельных потерь ионизации уоднозарядных и двухзарядныхчастиц.

Способ анализа целиком построен на возможностирегистрации в ИК последовательных актов синтеза от одного мюона. Поэтому, если построить спектр первых синтезов3He, содержащий как событияс прилипанием мюонов так ибез прилипания (см. Рис. 5(а)),а затем потребовать наличиеза ними вторых синтезов F2,то пик 3 Heµ при таком отборе будет отсутствовать, так какприлипшие мюоны не вызываютбольше синтезов (см. Рис.

5(б)).Оставшиеся спектры подобны,поэтому для определения коэффициента прилипания достаточно вычесть их поканальнопосле необходимой нормировки.В результате для коэффициен- Рис. 5: (a) – энергетическое распределение первых сигналов синтеза F1.та прилипания получаем выра(б) – события, в которых после F1 былжение ωdd = N3 Heµ /N3totHe и по- зарегистрирован F2-сигнал.сле подстановки численных зна- Штриховкой выделен пик 3 Heµ.чений имеем:ωdd = (0, 122 ± 0, 003).До появления наших данных расчетное значение коэффициента приcalcлипания [7] составляло ωdd=0,147, что заметно отличается от эксперимента. Это мотивировало группу Л.И.Пономарева провести новыерасчеты процесса dd-синтеза в мезомолекуле, с учетом большего числавозбужденных состояний 3 Heµ атома.

Однако, указанный подход приcalcвел лишь к увеличению значения ωdd=0,172. Последующие расчеты сболее прецизионными трехчастичными волновыми функциями, учитывающими неадиабатические эффекты движения ядер, привели к значеcalc=0,122, полностью согласующемуся с экспериментом [8]. Этонию ωddпозволило провести аналогичные расчеты и для реакции dtµ катализа.12Отношение выходов двух каналов ddµ-синтеза стало еще одним параметром, впервые измеренным в настоящей работе.

До сих пороно принималось равным единице на основании единственного измерения Дубны в диффузионной камере, давшего оценку этого отношенияна уровне R= Y(3 He+n)/Y(t+p)=1,20±0,37. В нашем случае высокаястатистика позволила обоснованно указать на отличие величины R отединицы.При анализе амплитудного спектра продуктов dd-синтеза необходимо было учесть, что длительность сигналов в ИК от протонов существенно превышает длительность сигналов от 3 He (канал 3 He + n),что приводит к разной величине поправок на наложения.

Посколькурегистрация следующего сигнала начиналась после окончания предыдущего, то наложение протонов на сигнал от мюонов приводило к тому,что в среднем начало регистрации канала (t + p) сдвигалось в сторону больших времен по сравнению с каналом (3 He + n). А если учесть,что за это время мюон может распасться или перехватиться на примеси, то число событий по каналу (t + p) будет относительно занижено.Чтобы избежать этого, в анализе использовались только те события ddсинтеза в интервале 0<t<T0 , которые сопровождались последующимисинтезами при t>T0 , что указывало на сохранение мюонов в цикле.

Врезультате анализа нескольких вариантов отбора событий было получено усреднённое значениеR = (1, 39 ± 0, 04),что однозначно указывало на сильное отклонение от изотопической симметрии двух каналов dd-синтеза при его протекании в мезомолекуле.Оказалось, что полученный результат коррелирует с выводами фазового анализа dd-рассеяния в области энергий от 30 до 400 кэВ, где наблюдалась значительная анизотропия, указывающая на заметный вкладP-волны в полное сечение [9].