Автореферат (1145364)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиСЕМЕНЧУКГеннадий ГеоргиевичЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕПРОЦЕССА МЮОННОГО КАТАЛИЗАdd- СИНТЕЗА В ГАЗАХ D2 , H2 +D2 и HDСпециальность: 01.04.16 - физика атомного ядраи элементарных частицАвтореферат диссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукСанкт-Петербург2015Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении”Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова”Национального исследовательского центра "Курчатовский институт”, г.Гатчина.Официальные оппоненты:член-корреспондент РАН, докторфиз.-мат.
наук, профессорПономарев Леонид Иванович,ВНИИ неорганических материалов,им. А.А. Бочвара, г. Москва,главный научный сотрудникдоктор технических наукЮхимчук Аркадий Аркадьевич,ВНИИ экспериментальной физики,г. Саров, зам. начальника отделения,старший научный сотрудникдоктор физико-математических наукМележик Владимир Степанович,Объединенный институт ядерных исследований,г. Дубна, ведущий научный сотрудник,старший научный сотрудникВедущая организация:ФГБУ "ГНЦ РФ - Институт теоретическойи экспериментальной физики”, г. Москва.Защита состоится “ 31 ” марта201 6 г.
в 11-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.232.16 на базе Санкт-Петербургскогогосударственного университета по адресу:Санкт-Петербург, В.О. Средний пр., д. 41/43, ауд. 304.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М.ГорькогоСанкт-Петербургского государственного университетаи на сайте http://spbu.ru/science/disser/Автореферат разослан “”2016 г.Учёный секретарь диссертационного совета,кандидат физ.-мат. наук, доцентА.К. ВласниковОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. В настоящей диссертации представлены результаты выполнения в Отделении ФизикиВысоких Энергий ПИЯФ программы прецизионных измерений параметров мюонного катализа ядерного dd-синтеза в газах D2 , H2 + D2 иHD.
В рамках этой программы были измерены:- скорости резонансного образования ddµ молекул из двух спиновых со3/21/2стояний dµ-атомов (λddµ и λddµ ) в диапазоне температур 28 – 350 K,- скорость переворота спина dµ-атомов (λ3/2→1/2 ) в D2 и HD газах,- скорость нерезонансного образования ddµ молекул (λnrddµ ),- отношение выходов зарядово-симметричных каналов dd-синтеза в зависимости от температуры R(T)=Y(3 He+n)/Y(3 H+p),- коэффициент прилипания мюонов к ядрам 3 He - ωdd .Целью исследований было получение достоверных данных об основных характеристиках мюонного катализа dd-синтеза (МК) и их связис другими физическими процессами, сопровождающими это явление.Для проведения указанных измерений был разработан новый метод исследования. Метод основан на использовании ионизационной камерывысокого давления в качестве активной мишени для остановки мюонови одновременно в качестве детектора заряженных продуктов dd и dtсинтеза, катализированного этими мюонами. Разработанная в ПИЯФметодика является уникальной и не имеет аналогов в мире.АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ, которой посвящена диссертация, связана с детальным исследованием резонансного механизма образования ddµ и dtµ молекул, который осуществляется благодаря наличию у них слабосвязанных уровней с энергией ε11 =-1,96 эВ и -0,63 эВ,соответственно.
Следствием существования этих уровней является высокая скорость образования указанных молекул, которая у dtµ молекул,например, в ∼400 раз выше скорости распада мюона, а малая величина коэффициента прилипания мюонов ωdt ∼0,6% делает обоснованными теоретические оценки возможного применения мюонного катализадля производства ядерного топлива и создания интенсивных источников нейтронов [1, 2].Многочисленные процессы, из которых складывается явление МК(образование и термализация мюонных атомов, реакции перехвата мюонов и переворота спина мезоатомов, образование мюонных молекули последующий ядерный синтез в них), требуют детальных расчетов,результаты которых должны быть подтверждены надежными экспериментальными данными.
В этой связи, описание кинетики dtµ катализав двойных D/T или тройных H/D/T смесях существенно осложненоналичием процессов, не имеющих пока надежного экспериментального1подтверждения. Сюда можно отнести процесс dt-перезарядки в основном и возбужденных состояниях dµ атомов, зависимость скорости катализа от сечений тройных столкновений в среде, сложность определенияскорости переворота спина tµ атомов. В противоположность этому ddµкатализ позволяет полное теоретическое описание. Связано это с тем,что в последние десятилетия произошел существенный прогресс в расчетах всех составляющих его процессов, что позволяет провести их безиспользования каких либо подгоночных параметров, т.е.
ab initio. Поэтому сравнение экспериментальных данных по ddµ катализу с теоретическими расчетами крайне важно для понимания всего явления МК.ЦЕЛЬ РАБОТЫ состояла в комплексном исследовании основных характеристик процесса МК в различных газах - D2 , H2 + D2 и HD. Длядостижения поставленной цели в ОФВЭ была реализована следующаяпрограмма:1. Разработан новый метод исследования явления мюонного катализа, использующий время-проекционную ионизационную камеру (ИК)высокого давления (Р∼100 атм.) в качестве активной мишени и одновременно в качестве детектора заряженных продуктов ядерного синтеза.
Новый метод обладает 4π геометрией и 100% эффективностьюрегистрации продуктов синтеза.2. Проведена серия экспериментов в области температур 28 – 350 Кпо прецизионному измерению скорости образования ddµ-молекул и определению энергии слабосвязанного уровня ε11 в ddµ- молекуле.3. Измерено отношение выходов двух каналов dd – синтеза в процессе мюонного катализа на молекулах D2 и HD.4. Измерена скорость переворота спина dµ- атомов.5. Измерено значение коэффициента прилипания мюонов ωdd в процессе ddµ катализа.6. Исследованы основные характеристики процесса нерезонансногообразования ddµ молекул на молекулах HD.НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы представлена следующими результатами:1.
Впервые измерено с высокой точностью абсолютное значение скорости образования ddµ-молекул в D2 газе при температуре Т=300 К:λddµ−D2 = (2,76±0,08)·106 с−1 , подтверждающее резонансный механизмих образования.2. Впервые измерена скорость образования ddµ-молекул в HD смесипри температуре Т=300 К: λddµ−HD = (0,3±0,1)·106 с−1 , указывающаяна нерезонансный характер процесса для HD молекул.23. Проведены прецизионные измерения температурной зависимостискорости образования ddµ молекул в диапазоне 28 K< T < 350 K, позволившие извлечь значение энергии слабосвязанного уровня ε11 =-1,9651± 0,0007 эВ в ddµ-молекуле и подтвердить правильность теоретическихрасчетов всех процессов, составляющих ddµ - катализ.4.
Впервые измерено отношение выходов двух каналов dd-синтезаR=Y(3 He+n)/Y(3 H+p) = 1,39 ± 0,04, указывающее на нарушение изотопической симметрии.5. Впервые продемонстрировано изменение величины R при изменении температуры от R∼1,4 при Т=300 К до R∼1,0 при Т<70 К, т.е. припереходе от преобладающего резонансного механизма к нерезонансному.6. Повышена в 5 раз точность измерения коэффициента прилипаниямюонов ωdd при работе на пучке PSI .7. Впервые измерены основные характеристики нерезонансного механизма образования ddµ- молекул на молекулах HD – скорость процесса, его температурная зависимость, отношение каналов dd-синтеза,скорость переворота спина.8.
Обнаружен эпитермальный механизм образования ddµ- молекул вHD газе (λddµ−HD ), вызванный медленной термализацией ”горячих” dµатомов в смесях, содержащих водород (эффект Рамзауэра), и наличиемвысоколежащих резонансов в сечении образования указанных молекул.Подобный механизм был ранее обнаружен для "горячих"tµ атомов втройной H/D/T смеси при образовании dtµ- молекул.9. Измерена скорость переворота спина dµ-атомов и впервые определена скорость обратного распада молекулярных комплексов.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ определяетсявозможностью использования полученных данных для проверки теоретического описания процессов, составляющих МК, а также для оценкивозможности практического использования этого физического явления.Измерены основные параметры ddµ-катализа - скорость образования ddµ - молекул и коэффициент прилипания мюонов к ядрам 3 Не.Достигнутая точность измерений ωdd позволяет проверить расчеты начального прилипания мюонов в процессе dd-синтеза и оценить значениепараметра стряхивания при движении мезоатомов в среде.Благодаря 100% эффективности нового метода получены абсолютные значения скорости образования ddµ- молекул в диапазоне температур 28<T<350 K, что позволило с высокой точностью (∼10−4 ) определить энергию ε11 слабосвязанного уровня и проверить тем самым ре3зультаты расчетов системы трех тел с кулоновским взаимодействием,какой является ddµ – молекула.Новый метод исследования мюонного катализа на основе ионизационной камеры успешно применялся в экспериментах по изучению перехвата мюонов с дейтерия на ядра гелия, а также для изучения реакций захвата мюонов ядрами гелия и водорода [3, 4].
Накопленныйопыт свидетельствует о перспективности применения новой методики вфизических исследованиях.НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:1. Новый метод исследования явления мюонного катализа (методионизационной камеры высокого давления), обладающий 4π геометриейи 100% эффективностью регистрации продуктов синтеза.2. Результаты измерения температурной зависимости скорости образования ddµ- молекул, позволившие определить энергию слабосвязанного уровня ε11 = (-1,9651±0,0007) эВ с уникальной точностью. Совпадение полученных данных с теоретическими расчетами подтверждаетобоснованность современных подходов к описанию резонансного механизма ddµ-катализа.3. Достижение нового уровня точности (∼0,5%) в измерении величины коэффициента прилипания мюонов ωdd .4.
Результаты измерения скорости переворота спина dµ-атомов иопределение вклада в эту скорость процесса обратного распада мезомолекулярных комплексов.5. Результаты измерения отношения выходов двух каналов dd-синтезаи температурной зависимости этого отношения для молекул D2 и HD.6.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
