Диссертация (1145365), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Фриш использовал для наполнения ионизационной камеры водород при64атмосферном давлении, как газ с минимальной тормозной способностью.В результате пробеги осколков деления в газе составили три сантиметра, а величина измеренных импульсов соответствовала энергии ∼70 МэВ.При этом на экране осциллографа хорошо наблюдались как импульсы отосколков, так и мелкие импульсы, вызванные α-частицами урана. Анализпробегов осколков позволил также оценить их массу (∼70 а.е.м.), используя разумное соотношение между атомным весом и эффективным зарядом.Это было первое экспериментальное подтверждение выделения значительной энергии в процессе деления ядер и оно было получено с помощью водородной ионизационной камеры.2.1.5Метод измерения коэффициента прилипания мюоновПроведённый выше анализ условий регистрации заряженных частиц привысоком давлении позволил сформулировать оригинальный метод измерения конечного коэффициента прилипания мюонов ωdd в dµd-катализе спомощью ИК.
Суть его заключается в том, что используется раличие встепени ионизационных потерь у одно- и двухзарядных частиц, какими являются ионы 3 Heµ+ и ядра 3 He++ при их торможении в газе. ПосколькуdE/dx ∼ Z 2 , то плотность ионизации у двухзарядных частиц будет существенно выше, чем у однозарядных. Как следствие этого, при высокихрабочих давлениях в камере величина электрон-ионной рекомбинации уних будет выше, а регистрируемый заряд (энергия), соответственно, ниже.У однозарядных частиц, наоборот, меньшая плотность ионизации приводит в тех же условиях к меньшей рекомбинации, а значит к бо́льшей регистрируемой энергии.
В результате частицы 3 He и 3 Heµ, имеющиеодинаковую начальную энергию, в процессе их торможения в ИК"раздвигаются” по энергии, что позволяет с высокой точностьюопределить число событий с прилипанием. Разработанный в ПИЯФметод был использован и при измерении коэффициента прилипания ωdt вdtµ-катализе. Значения коэффициентов прилипания мюонов, полученныеуказанным выше способом, были впервые представлены в работах [19, 129](ωdd ) и в диссертации Д.В. Балина [196] (ωdt ).652.2Основные параметры первой экспериментальнойустановкиКамера.
Проведенные методические исследования позволили спроектировать конструкцию первой ионизационной камеры для исследования ddµкатализа, рассчитанную на рабочее давление Р∼100 атм. Корпус ИК былвыполнен в виде цилиндра из нержавеющей стали марки 9Х18Н10Т диаметром 110 мм с толщиной стенок 3 мм, объемом около 0,7 литра, на днекоторого была закреплена подставка из фторопласта-4 с блоком анодови сеткой. Крышкой ИК служил фланец, на котором размещался высоковольтный ввод. Вводы трубок откачки и газонаполнения вваривались вбоковую стенку камеры. ИК имела три электрода - катод, сетку и анод.Катод закреплялся на высоковольтном вводе так, чтобы при полностьюзатянутых болтах крышки ИК расстояние между катодом и сеткой составляло 10±0,1 мм.
Плотное соприкосновение крышки с фланцем обеспечивалось отожжённой в водороде медной прокладкой. Особо тщательно собирался и тестировался узел крепления анодов и сетки. Сетка дляИК изготавливалась из вольфрамовой позолоченной проволоки толщиной25 мкм, намотанной на рамку из нержавеющей стали. Проволока припаивалась к рамке оловянно-свинцово-сурьмяным припоем, выдерживающимпрогрев до 1200 C. Рамка крепилась на стойках винтами к изолирующемуфторопластовому основанию, на нём же закреплялись и аноды. Расстояниесетка-аноды составляло 1,0±0,1 мм. На сетку ИК подавалось отрицательное смещение -4,5 кВ.Анод был разделен на три части: входной анод А, центральный анод В иохранный анод С, конфигурация которых показана на Рис. 2.6. Сигналы скаждого из анодов, находящихся под нулевым потенциалом, передавалисьна предусилители через стеклянный многоштырьковый ввод, вваренныйв дно камеры.
Наиболее сложной проблемой при создании камеры оказалось изготовление высоковольтных вводов, пригодных для работы прибольших давлениях. Материал изоляторов должен выдерживать напряжения в десятки киловольт без каких-либо микропробоев, дающих на анодахИК импульсы величиной в десятки или сотни милливольт, что существен-66Рис. 2.6 : Схема экспериментальной установки 1982-1984 гг. для исследования МК вдейтерии.K - коллиматор мюонного пучка, S1÷S3 - сцинтилляционные счётчики для мюонов впучке (S1 - 100×100×5 мм3 , S2 – 300×300×10 мм3 , S3 - 15×40×5 мм3 ), E1÷E6 – сцинтилляционные детекторы для электронов распада (200×200×10 мм3 ), ИК - ионизационнаякамера, A, B и C – аноды камеры. Их размеры: анод В - 35×35 мм2 , ширина анодов А иС - 3 мм, расстояние катод-сетка 10 мм, сетка-аноды - 1 мм.
Сетка размером 50×70 ммнамотана вольфрамовой проволокой диаметром 25 мкм с шагом 200 мкм на рамке изнержавеющей стали. При давлении дейтерия 91,6 атм время дрейфа электронов в промежутке катод – сетка было 2 мкс, в промежутке сетка – анод – 180 нс.но превышало бы амплитуды сигналов от мюонов и продуктов синтеза ипредставляло серьезную помеху для измерений. Совместно со специалистами завода ”Светлана” была выбрана керамика на основе окиси алюминияи проведены все необходимые технологические операции по изготовлениювводов: формование, отжиг, глазурование, металлизация и пайка. Пайкавводов проводилась серебряным припоем ПСР-70 к втулке из ковара марки 29НКВИ на слой никель-марганцевой металлизации. Ковар данной марки имеет близкий к керамике тепловой коэффициент расширения (ТКР).Затем втулка с высоковольтным вводом приваривалась к толстой крышкекамеры электронно-лучевой сваркой.67Нужно подчеркнуть, что успех применения ионизационных камер висследовании мюонного катализа полностью зависел от создания высоковольтных вводов и фланцев, на которых они крепились.
Отметим, что конструкция сделанных на ”Светлане” вводов оказалсь очень удачной и завремя выполнения программы ”Мю-катализ” на их основе было изготовлено более 10 ионизационных камер, работающих при давлениях до 220 атм.,в диапазоне температур от 28 К до 350 К и при напряжениях до 55 кВ.Система очистки и анализа чистоты газа. При ожидаемой скорости образования ddµ молекул ∼ 106 c−1 требовался газ высокой чистоты, сконцентрацией примеси азота не более 10−6 , т.к.
скорости перехвата мюонов на примеси с Z > 2 имеют величину ∼ 1010 c−1 [83]. Кроме того, работеИК с электронным собиранием могут мешать электроотрицательные примеси, захватывающие электроны (кислород, пары воды, галогены). Поэтому для наполнения ИК очищенным дейтерием была создана специальнаяустановка, обеспечивающая на выходе давление газа до 150 бар.
На первойстадии очистки газ пропускали через металлокерамический фильтр и подавали в первый адсорбер, наполненный последовательно цеолитом N aX,слоем палладированного алюмогеля и снова цеолитом N aX. В адсорберепроисходила глубокая осушка газа до точки росы −78o ÷ −80o C, что соответствует ∼ 0, 8 · 10−6 объемных долей паров воды, и очистка от кислородаPdв присутствии палладия по реакции O2 +2H2 ⇒2H2 O.
Второй адсорбер, наполненный цеолитами CaE − T и N aX, работал при температуре жидкогоазота и очищал дейтерий от азота и микропримесей более тяжелых газов.Примеси в очищенном газе анализировались хроматографом ЛХМ-8МДи анализатором влажности ”Байкал-3”. Для увеличения чувствительностиприменялось обогатительное устройство, повышавшее её более чем в 103раз. Достигнутый уровень очистки составлял: по O2 +Ar – (7, 0±2, 5)·10−8 ,по N2 – (8, 0±0, 8)·10−7 . Ввиду большого количества материала внутри ИК(провода, винты крепления, изоляторы) были приняты меры к устранениювозможных ”воздушных мешков” и по организации эффективной откачкикамеры при её нагреве до 120÷130 o С.
Периодически ИК наполнялась очищенным водородом до 2÷3 атм, прогревалась в течение суток и затем от-68качивалась. Применение водорода для промывки объёма ИК существенноуменьшало остаточное гажение кислорода и азота из стенок и элементовконструкции, что подтвердилось данными хроматографического анализа.Характерные концентрации примесей в газе камеры после недельнойэкспозиции на пучке составляли: азот: 4 · 10−6 , кислород: 3 · 10−7 объёмныхдолей.Сделан был также изотопный анализ газа при помощи хроматографа”Цвет-100” по методике, описанной в [120]. Он показал, что в дейтерии,использованном для эксперимента, содержался водород H2 и молекулы HDв количествах (0, 10 ± 0, 05)% и (1, 2 ± 0, 1)% соответственно.
Эти значенияиспользовались при анализе результатов Гатчинского эксперимента.Дополнительным критерием чистоты газа по электроотрицательнымпримесям служило положение линии α-источника 234 U , (Eα = 4, 78 МэВ),нанесенного на катоде. Оно оставалось неизменным с точностью ∼ 1% втечении эксперимента. Ещё один способ оценки возможного присутствияэлектроотрицательных примесей состоял в сравнении двух энергетическихспектров 3 He , выделенных отбором по моменту регистрации мюонногосигнала, одного – из области вблизи катода, и второго – вблизи сетки. Полученное совпадение спектров свидетельствовало о чистоте газа в камере.Электроника данного эксперимента разрабатывалась для регистрациипоследовательных событий ddµ-катализа в ионизационной камере, ставшейвозможной благодаря её 100% эффективности. Для сигналов, поступающихс анодов камеры, была разработана коммутирующая электронная система,анализирующая в трех независимых каналах (по числу анодов) импульсы от продуктов синтеза.
Важной особенностью системы было переменноевремя интегрирования токового сигнала, изменявшееся от 0,15 до 2 мкс всоответствии с длительностью импульсов. Это позволило уменьшить влияние шумов и улучшить энергетическое разрешение. Для каждого сигналас каждого из трёх анодов ИК измерялись и записывались три величины:• заряд (энергия) импульса Vij ,• начало импульса tначij69• и конец импульса tконij , i = A, B, C, j = 1, 2, 3, 4.Здесь индекс i нумерует аноды, j - номер сигнала на данном аноде.Функциональная схема электронной системы эксперимента изображена наРис. 2.7.Величины зарядов оцифровывались двенадцатью 2048-канальнымиамплитудно-цифровыми преобразователями (АЦП), а моменты времениизмерялись 24-мя преобразователями время-код (ПВК).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
