Диссертация (1145365), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Эти ПВК были оснащены синхронизованными кварцевыми генераторами и обеспечивали высокую стабильность и точную временную калибровку: 1 канал = 25,265 нс. Еще два временных измерителя – ПВК-I и ПВК-II, сценой канала 10 нс, использовались для анализа состава пучка по временипролета частиц π, µ, e (ПВК-I) и для измерения временного распределенияэлектронов распада (ПВК-II).В каждом спектрометрическом канале имелся дискриминатор сигналовс регулируемым порогом. По его первому срабатыванию открывались навремя действия сигнала входы АЦП и ПВК с номером j = 1 и измеряконлись V11 , tнач11 и t11 .
По второму срабатыванию открывались входы АЦПи ПВК с номерами j = 2, и т.д. Если за время измерения число сигналовпревышало 4, то АЦП вырабатывал и записывал признак “>4”. Все измерительные каналы периодически тестировались в ходе эксперимента припомощи тестового генератора, который подавал на входы предусилителейА, В и С серии последовательностей из четырех калибровочных импульсовс программно управляемыми величинами амплитуды и длительности.Абсолютная калибровка каналов определялась при подключении ковходу предусилителей калиброванной емкости С и подачей на неё импульсов с точно известной амплитудой U.
Энергетическое разрешение и порогирегистрации в рабочих условиях составили в итоге:• на электроде В: ∆V (FWHM) = 70 КэВ, порог 120 КэВ,• на электродах А и С: ∆V (FWHM) = 50 КэВ, порог 90 КэВ,• временное разрешение при измерении момента появления сигналовсоставляло ∆t (FWHM) = 50 нс.70Рис. 2.7 : Блок-схема электронной системы обработки информации с ИК, применявшейся в экспериментах в дейтерии в 1982-84 гг.71Необходимо отметить, что достигнутые параметры были получены послетщательной экранировки на установке как сигнальных (анодных), так ивысоковольтных (катодных и сеточных) цепей. Величина порога регистрации позволяла наблюдать в камере продукты синтеза со 100% эффективностью, несмотря на значительную рекомбинацию заряда.
Минимальноемёртвое время регистрации (включая полное время анализа сигнала) былоравно 350 нс для самых коротких импульсов, принятых с анодов ИК.Отбор событий для анализа. При работе на пучке (см. Рис. 2.6) триггерный сигнал запускался сцинтилляционными счетчиками, когда частицапрошла через входной телескоп S1 · S3 и не дала сигнала в окружающихкамеру сцинтилляционных счетчиках:T R = S1 · S3 · N OT (E1 + E3 + E5).(2.1)Такой сигнал означал остановку мюона в газе камеры (или в её стенках).По триггерному сигналу вырабатывалось окно G длительностью 10 мкс иподавался стартовый сигнал на все ПВК. Если в течение длительности окна появлялся хотя бы один импульс в любом из трех каналов ИК, то такоесобытие анализировалось, и по концу окна G производилось считываниеинформации с модулей АЦП и ПВК.
Если, кроме того, был зарегистрирован электрон распада, что определялось логическим сигналом совпаденияE = [(E1 · E2) + (E3 · E4) + (E5 · E6)] · N OT (S2),то измерялось и время регистрации электрона по отношению к триггерному сигналу. Основной задачей отбора первых сигналов было выделениеобласти остановок мюонов между катодом и сеткой. Для этого требовалосьналичие хотя бы одного сигнала на входном электроде А и центральном В,что означало попадание мюона в камеру.
Если же на аноде В были и другиесигналы, то это указывало на синтезы, происшедшие после действительнойостановки мюона. Для анализа отбирались именно такие события: одинсигнал на аноде А, два и более сигналов на аноде В. Их энергетические72Рис. 2.8 : Энергетические распределения первых сигналов (от мюонов). События дляобработки отбирались в областях, указанных стрелками. (а)-на входном аноде A, (б)-нацентральном аноде B.распределения показаны на Рис. 2.8. Стрелками обозначены пороги дляотбора событий.
Слева отброшены шумовые сигналы, а в высокоэнергетической области – события с наложением последующего синтеза на импульсот мюона.Дополнительные пороги устанавливались с помощью двумерной матрицы VµB vs. VµA (Рис. 2.9).Для останавливающегося мюона система из двух анодов A и B действует как ∆E − E детектор.
Если мюон, прошедший над анодом A, останавливается сразу после входа в область над анодом B, то импульс тока на Bбудет мал (т.к. мал собранный анодом B заряд), а на аноде A заряд мак-73Рис. 2.9 : Двумерное распределение первых сигналов по энергиям (зарядам) импульсовна входном (А) и центральном (В) анодах ИК. Площади кружков пропорциональнычислу событий. Стрелками указаны границы области отбора полезных событий.симален по величине. По мере увеличения пробега мюона над анодом B,величина импульса на нем растет, а на аноде A уменьшается, т.к.
наиболееионизующая часть трека переходит из зоны A в зону B. Таким образом,события с остановкой мюона над электродом B расположены на кривой∆E − E потерь в координатах VµB vs. VµA (Рис. 2.9). В левом нижнем углусосредоточены шумовые импульсы ИК.На Рис. 2.10 (а,б,в) показаны временные распределения импульсов отмюонов на аноде В. Время появления первого импульса, измеряемое относительно триггера пропорционально времени дрейфа электронов от точкиостановки мюона до сетки ИК. Указанные на (а) и (б) пороги отбрасывают события с остановками мюонов ближе чем 0,7 мм от катода и 1,7 мм отсетки.
Пороги по длительности импульса, определяемой как разность между концом и началом, на Рис. 2.10 (в) устраняли шумовые сигналы малойдлительности, а также сигналы с очень большой длительностью, возникав-74Рис. 2.10 : Временное распределение первых сигналов с анода В. (а)-распределениеначала сигнала, (б)-конца, (в)-длительности. Отбирались сигналы с параметрами в интервалах, отмеченных стрелками.шие от наложений последующего синтеза (чаще всего в канале t + p) насигнал от мюона.
Такой же вид имеют временные распределения первыхсигналов на аноде А, и на них вводились аналогичные пороги. Следует отметить, что при анализе данных дополнительно использовались временныекорреляции импульсов на соседних электродах в зависимости от ориентации треков частиц. На Рис. 2.11 показаны возможные пространственныеориентации треков в ИК и соответствующие им временныѐ корреляции импульсов с соседних анодов.Полученные матрицы также использовались для отбора событий какна электродах А-В, так и на электродах В-С. Детали анализа более пол-75Рис.
2.11 : Диаграммы временных корреляций импульсов на соседних анодах ИК взависимости от ориентаций треков частий. Индексы при соответственных пространственных и временных координатах xi и ti совпадают.но даны в наших работах [121, 122]. Таким образом, развитая методикаотбора событий гарантирует точное определение зоны остановок и числа зарегистрированных в ней мюонов. В качестве наглядного результатаработы ионизационной камеры высокого давления на Рис. 2.12 (а) приведен энергетический спектр вторых сигналов на аноде В, т.е.
первых ddсинтезов, полученный нами в 1983 г. Обращают на себя внимание пикиот частиц 3 He и 3 Heµ, имеющие разные наблюдаемые энергии вследствиеэффекта рекомбинации, что позволяет реализовать прямой метод определения коэффициента прилипания. При этом видно, что сдвиг по энергииу 3 He гораздо больше именно из-за большей рекомбинации. Важно отметить, что левая часть спектра 3 He остается выше порога электроники, чемобеспечивается 100% регистрация всех продуктов синтеза. Небольшой пик,отмеченный стрелкой в области самых малых энергий, происходит от шу-76Рис. 2.12 : Энергетический спектр первых синтезов.
(а) – энергетическое распределение вторых сигналов на центральном аноде В, т.е. первых событий синтеза, F1. Наибольший пик в спектре – частицы 3 He, справа от него – 3 Heµ, далее сплошной спектрсобытий t + p, у которых трек протона не полностью уложился в чувствительном объёме ИК, и наконец пик полностью уложившихся t + p событий. (б) – Спектр фоновыхсигналов, полученный при случайных запусках установки.мовых срабатываний вблизи порога после регистрации мюона.
На Рис. 2.12(б) показан энергетический спектр шумов, полученный при случайных запусках установки. Нормируя этот спектр на величину первого пика, можнооценить долю фона в набранной статистике dd-синтезов, которая оказаласьне более 0,3%.2.3Особенности кинетики мюонного катализа в ИК.Наличие у ионизационной камеры 4π геометри, 100% эффективности прирегистрации событий dd-синтеза и достаточного быстродействия позволилоразвить новые подходы к анализу экспериментальных данных.
Прежде всего, следует отметить возможность регистрации последовательных циклов77(а)λ0λ0λ0λ0'$ '$ '$ '$λddµλfλddµλfdµ1- ddµ1- dµ2- ddµ2-µ&% &% &% &%(б)λ0λ0'$µ'$λfλddµ--dµ-&%ddµω--&%1−ω?Рис. 2.13 : Кинетика последовательных событий ddµ катализа без возврата мюона (а)и с возвратом (б).катализа, вызванных остановившимся в камере мюоном. Как уже упоминалось, электроника позволяла записывать параметры сигналов от мюонаи трёх синтезов.
Впервые анализ данных, использующий цикличность процесса ddµ -катализа, проводился нами в работе [123] при первом измерениикоэффициента прилипания мюонов ωdd . Один цикл катализа в дейтериивключал в себя только два перехода: исчезновение мезоатома с суммарнойскоростью λ = λ0 +λdZ +λddµ и накопление ddµ-молекул со скоростью λddµ .Поскольку скорость синтеза в мезомолекуле очень велика, как и скоростьобразования мезоатома, то момент регистрации продуктов dd-синтеза означает окончание одного цикла и начало следующего. Диаграмма последовательных циклов ddµ катализа приведена на Рис. 2.13 (а).Подобная же схема была рассмотрена в работе [125] на примере реакцииttµ (откуда она и была взята для данного анализа).
Здесь надо отметить,что хотя рассматривался один и тот же процесс кинетики, методы анализабыли использованы разные. Как уже упоминалось ранее, мы анализировали временные распределения между последовательными (”соседними”)78зарегистрированными циклами dd- синтеза, которые даются следующимивыражениями:dNF 1 /dt = Nµ · λddµ · exp(−λ · t1 )(2.2)dNF 2 /dt = NF 1 · λddµ · (1 − ωe ) · exp(−λ · t2 )...dNF j /dt = NF j−1 · λddµ · (1 − ωe ) · exp(−λ · tj ),здесь(2.3)λ = λ0 + λdZ + λddµ ,NF 1 , ...NF j – число 1-х, 2-х и последующих синтезов,tj = tFj -tFj−1 – интервалы времени между мюоном и первым синтезом илимежду последующими синтезами,ωe – эффективный коэффициент прилипания, усреднённый по двум каналам dd-синтеза.Замечательной особенностью интервальных временных распределений является их полная идентичность друг другу, что позволяет при анализе данных суммировать их, получая дополнительную статистику на уровне ∼30%в случае ddµ-катализа в наших экспериментальных условиях.Электроника камеры позволяла, кроме того, получать временные распределения последовательных событий синтеза, у которых время отсчитывалось от момента остановки мюона t0 до появления каждого следующегосинтеза tj =tF j -t0 .
Указанные распределения были впервые измерены в нашей работе [124] и представлены на Рис. 2.14.Соответствующие им уравнения приведены ниже:dNF 1 /dt = Nµ · λddµ · exp(−λ · t)dNF 2 /dt = Nµ · λ2ddµ · (1 − ωe ) · t · exp(−λ · t)...dNF j /dt = Nµ · (λddµ )j · (1 − ωe )j−1 · tj−1 · exp(−λ · t)/(j − 1)!(2.4)79Рис. 2.14 : Временные распределения первых (F1), вторых (F2) и третьих (F3) сигналов синтеза после остановки мюона в камере.Если просуммировать эти уравнения, то получим интегральное временноераспределение всех событий синтеза, которое обычно реализуется в методике регистрации нейтроновdNΣF /dt = dN(F 1+F 2+...F j) /dt = Nµ · λddµ · exp(−λΣ · t),(2.5)гдеλΣ = λ0 + λdZ + ωe λddµ .Отметим, что в указанном распределении информация о последовательности процессов внутри цикла отсутствует.
Характерно также появление впоказателе экспоненты слагаемого ωe · λddµ , которое затрудняет определение скорости ddµ-катализа из её прямого фитирования (поскольку усреднённое по двум каналам значение коэффициента прилипания достаточномало ωe =0,071). Кинетика, соответствующая этому процессу, приведена наРис. 2.13 (б).80После опубликования в печати первых результатов, полученных методикой ионизационной камеры, появилась серия публикаций наших коллегиз Дубны, посвященных детальному анализу циклов мюонного катализа вусловиях низкой эффективности регистрации экспериментальной установки ϵn << 1, что соответствовало методике счета нейтронов [126, 127].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
