Диссертация (1145365), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Были получены выражения для временных распределений и выходов первых,вторых и последующих зарегистрированных нейтронов синтеза. Предложен простой алгоритм вычисления коэффициентов прилипания мюонов вчистом дейтерии или тритии, не требующий знания эффективности регистрации:NF 2 /(NF 1 )2 = 1 − ωtt .Полученные в [126] формулы оказались также очень полезными для наспри анализе кинетики в смеси D2 +T2 , когда из-за повышенных пороговв энергетическом канале эффективность регистрации событий dt-синтезастала не 100%, а только ∼85%, что потребовало её соответствующего учета.813Анализ первой серии опытов в дейтерии насинхроциклотроне ПИЯФ (1980-1987 гг.)3.1Определение скорости ddµ-катализаВеличина скорости образования ddµ молекул является ключевым параметром резонансного механизма, прямо связанным с энергией нового уровня ε11 .
Поэтому первой задачей наших исследований была проверка работоспособности нового метода и сравнение полученных данных с даннымиДубны [1], перекрывающими диапазон температур Т∼120÷380 К. Скоростьddµ-катализа при температуре Т=293 К определялась в нашем эксперименте тремя способами, характерными именно для методики ИК.Анализ интервального временного распределения. На Рис. 3.1приведено временное распределение F1-сигналов относительно мюонов, т.е.интервалов времени между концом первого и началом второго импульса нааноде В.
Это распределение аппроксимировалось выражениемdN/dt = A · exp(−λt) + B,(3.1)λ = λddµ + λ0 + λdZ + λpdµ ,(3.2)где:A ∼ Nµ · λddµ , B = 0, 1 соб./канал (уровень фона случайных совпадений).В результате фитирования было получено следующее значение показателяэкспонентыλ = (0, 748 ± 0, 007) · 106 c−1 .Из данных хроматографического анализа полученоλdZ = (0, 021 ± 0, 007) · 106 c−1 ,λpdµ = (0, 004 ± 0, 001) · 106 c−1 .82Рис. 3.1 : Временное распределение первых синтезов (F1). Прямая – результат фити-рования экспериментальных точек выражением dN/dt = A · exp(−λt) + B, где A и λ –свободные параметры, а величина В определялясь по известному уровню фона.В результате, измеряемая (с учетом λ0 ) скорость образования ddµ молекул оказалась равной:λddµ = (0, 27 ± 0, 03) · 106 c−1 .В этом способе наибольшая погрешность величины λddµ задается точностью определения количества примесей в дейтерии, которая составляла∼10%.Определение λddµ по частоте появления следующего синтеза.
Интегрирование интервального временного распределения дает зависимостьмежду числом остановившихся в камере мюонов и числом вызванных имисинтезов: NF 1 = Nµ · λddµ /λ. В свою очередь, число мюонов наиболее точноможно фиксировать по числу F1 событий. В этом случае число актов следующего dd-синтеза будет определяться по количеству F2 событий. При83этом для уменьшения наложений F2 сигналов в течение ”мертвого времени” камеры, в качестве генератора F1 событий будут использоваться толькочастицы 3 He, как имеющие минимальную длительность фронта.
Кроме того, поскольку события с прилипанием мюонов 3 Heµ не могут генерироватьпоследующие синтезы, они не включались в спектр F1 событий. При наложении сигналов происходит перевод событий из области канала 3 He + n вболее высокую по энергии область канала t + p. Поскольку сам факт наложений свидетельствует о том, что после образования 3 He был дальнейшийсинтез, то поправки ∆N вносятся в оба типа событий.
С учетом поправокна наложения выражение для скорости образования ddµ-молекул приобретает вид:λddµ = λ · (NF 2 + ∆N )/(NF 1 + ∆N ),где: ∆N=NF 1 · β/(1 − β), β ∼0,1 - вероятность наложений. Было отобрано7659 событий из центральной области пика 3 He, которым соответствовало2352 F2 событий, включающих в себя все продукты dd-синтеза.
В результате для скорости образования ddµ молекул получено значение:λddµ = (0, 281 ± 0, 007) · 106 c−1 .Определение λddµ по событиям с мюонами, пережившими выбранное время (Т0 ). Этот способ анализа целиком построен на возможностинашего метода регистрировать несколько последовательных актов синтеза от одного мюона. Если зафиксировать некоторое время T0 от моментаокончания сигнала мюона на электроде остановки B и обнаружить затемналичие любых актов синтеза при текущем времени t > T0 , то это означает,что до указанного момента времени мюон существовал, то есть не распался, не перехватился на примеси и не прилип к ядру 3 He в процессе синтеза,если он произошел.
Для нахождения λ∗ddµ отбирались события на аноде В,конотвечающие условию t = (tначBi − tB1 ) ≥ T0 , которые определялись как NΣ .При этом подсчитывалось и число событий в интервале времени Т1 ÷T2 ,где 0 <T1 <T2 <T0 , определяемое как N+ . Следует отметить, что при указанном отборе надо учитывать также возможные наложения от следующих событий синтеза. Поэтому в выбранном интервале Т1 ÷T2 расстояние84Рис.
3.2 : Иллюстрация к способу определения величины λ⋆ddµ методом ”выжившегомюона”. В области I представлено временное распределение F1-сигналов, по которымопределялась величина λ⋆ddµ . В области II представлено временное распределение первых из появившихся при t ≥ T0 сигналов.между значениями времени T2 и T0 выбиралось таким, чтобы избежатьвозможных наложений. Для отобранных таким образом событий скоростьddµ катализа в интервале времени t < T0 будет определяться формулой:λ∗ddµ = λddµ (1 − ωdd )(1 − α) + λddµ (1 − ωdd,t )α.Если пренебречь прилипанием мюонов ωdd,t в канале t + p, поскольку, согласно работе [64], вероятность стряхивания составляет ∼100%, то получимλ∗ddµ = λddµ [1 − ωdd (1 − α)].Здесь α – вероятность синтеза по каналу t + p.85На Рис.
3.2 показаны два временных распределения: всех событий(при t>T0 ) и событий, отобранных указанным выше образом (в интервалеT1 ÷T2 ).При этом временное распределение событий из интервала T1 ÷T2 даетсяформулойdN+ /dt = NΣ λ∗ddµ · exp(−λ∗ddµ t).Решение указанного уравнения с учетом набранной статистики N+ и NΣприводит к величине λ∗ddµ = (0,258 ±0,005)·106 c−1 .
Чтобы определить полную скорость ddµ катализа (λddµ ) необходимо учесть значение коэффициента прилипания ωdd (∼0,126) и вероятности синтеза (α ∼0,42) по каналуt + p, которые также были измерены в этом же эксперименте (их анализдан ниже). В результате, после учета упомянутых поправок и усреднениярезультатов всех рассмотренных методов анализа, значение скорости образования мезомолекул дейтерия, нормированное на плотность жидкоговодорода, оказалось равнымλ0ddµ = (2, 76 ± 0, 08) · 106 c−1 .(3.3)Отметим ещё раз, что последний способ анализа, получивший название”метод выжившего мюона” не требует учета степени чистоты газа, а такжеучета поправок на наложение сигналов. Его точность определяется толькоуровнем статистики отобранных для анализа событий.3.2Определение коэффициента прилипания мюоновωdd.Как уже упоминалось выше, примененный в настоящей работе метод измерения коэффициента прилипания мюонов основан на различии ионизационных потерь у ядер 3 He и ионов 3 Heµ при их торможении в газе камеры,что приводит к разной степени рекомбинации указанной ионизации.
Вследствие этого в амплитудном спектре пики, соответствующие образованиюуказанных продуктов dd- синтеза, разделяются, что позволяет определитьчисло событий 3 Heµ, связанных с прилипанием мюонов. Способ анализа86целиком построен на возможности регистрации камерой последовательныхактов синтеза от одного мюона. Ясно, что цепочка актов dd-синтеза можетинициироваться только ”неприлипшими” мюонами (см.
Рис. 3.3). Поэтомусреди всех накопленных первых синтезов F1 можно выделить такие события, за которыми были зарегистрированы F2-синтезы, такой спектр показан на Рис. 3.3 (б). Поскольку прилипшие мюоны не вызывают больше синтезов, то пик 3 Heµ при таком отборе отсутствовует. В остальном спектрыподобны, т.к. фон практически устранён предварительным отбором событий.
Поэтому для определения количества событий с прилипанием мюонадостаточно вычесть поканально спектры F1 и F2 с соответствующей нормировкой. В результате число событий с прилипанием мюонов составилоN3 Heµ =1452, общее количество F1 событий N3 He =9071. ТогдаN3totHe = N3 Heµ +N3 He,1 − Wpuгде Wpu ∼ 0, 1 - вероятность наложения (pile up) сигналов. В результатедля коэффициента прилипания получаем выражение:ωdd = N3 Heµ /N3totHe ,и после подстановки численных значений имеемωdd = 0, 126 ± 0, 004.Полученное значение коэффициента прилипания является единственнымпрямым измерением этого важного параметра мюонного катализа ddсинтеза.3.3Определение отношения выходов двух каналов ddсинтезаЕщё одним параметром, впервые измеренным в настоящей работе благодаря 100% эффективности ионизационной камеры, стало определение отно-87Рис. 3.3 : Энергетическое распределение первых сигналов синтеза F1.(a) – события, в которых цепь катализов оборвалась после F1-сигнала.(б) – события, в которых после F1-сигнала был зарегистрирован F2-сигнал.
Штриховкойвыделен пик 3 Heµ. Указаны границы интервала, в котором число событий, связаных сприлипанием мюона, определялось разностным методом.88шения выходов двух каналов ядерной реакции dd-синтеза в мезомолекуле:R = Y (d + d → 3 He + n)/Y (d + d → t + p).До сих пор на основании единственных измерений [128], давших оценкуэтого отношения на уровне R = 1,20±0,37, оно принималось равным единице.
Однако, полученные нами результаты однозначно указывают на существенное отличие величины R от единицы. Для удобства анализа представим скорость ddµ - катализа в виде:λddµ = λddµ (1 − α) + λddµ α = Λ1 + Λ2 .Тогда отношение каналов определяется как R=Λ1 /Λ2 . Следует отметить,что количественное вычисление значения R было связано с довольно серьезной проблемой учета наложения сигналов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
