Диссертация (1145365), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Поскольку длительностьсигналов от протонов (канал t + p) значительно превосходит длительностьсигналов от 3 He (канал 3 He + n), то поправки на наложения оказываютсяразными для двух каналов распада. Кроме того, поскольку регистрацияследующего события начиналась после окончания предыдущего (отсчетвремени от tконB1 ), то наложение сигналов от протонов на сигналы мюоновприводили к тому, что в среднем начало регистрации канала t + p былосдвинуто в сторону бо́льших времен по сравнению с каналом 3 He + n.
Аесли учесть, что за это время мюон может распасться или перехватиться наатомы примеси, то ясно, что число зарегистрированных событий в каналеt + p будет относительно занижено. Поэтому для анализа R отбиралиськонтолько те события (в интервале t = (tначBi − tB1 ) < T0 ), которые сопровождались последующими актами синтеза при t > T0 , что указывало наналичие мюона в цепи событий катализа (аналогично методу ”выжившегомюона”). Полученный при таком отборе амплитудный спектр F1 событийпозволил получить предварительное ”экспериментальное” значение отношения каналовΛ∗1 − Λ∗1 · β ′′R == 1, 01±0, 04.Λ2 + Λ∗1 · β ′89Здесь: Λ∗1 = Λ1 (1 − ωdd ) - эффективная скорость катализа в канале3He + n с учетом процесса прилипания мюонов,Λ∗1 · β ′ - доля событий с наложением сигналов, переводящим их из канала 3 He + n в канал t + p (β ′ =0,078±0,005).
После несложных преобразований получаем следующее выражение для отношения выходов каналовdd-синтеза:R′R=.[1 − β ′ (1 + R′ )](1 − ωdd )Используя значения β ′ , R′ и ωdd , получаем R = 1,37±0,06. При анализеданных было развито ещё несколько методов для определения отношенияканалов, детали которых описаны в работе [121]. Усредненное значениеR = 1,39±0,04 однозначно указывает на существенное отклонение от изотопической симметрии двух каналов dd-синтеза при его протекании в мезомолекуле.3.4Сравнение полученных данных с данными другихэкспериментов и с теориейСкорость образования ddµ молекул. Наиболее неожиданным результатом наших первых экспериментов с использованием методики ионизационной камеры оказалось превышение в ∼ 3 раза полученного значения λddµнад результатами Дубны (∼0,85·106 c−1 ) [1].
С тем, чтобы исключить возможное влияние давления на величину λddµ , мы повторили экспериментыв диапазоне от 51 до 93 атм., получив те же значения измеряемых величин λddµ , ωdd и R [129]. Результаты анализа для указанных наполненийприведены в Таблице 3.1.Таким образом, наблюдаемое различие нельзя было объяснить меньшим давлением (∼40 атм.) в экспериментах Дубны. Возможной причиноймогло быть неверное определение эффективности нейтронных счетчиков.Позднее наш результат был подтвержден экспериментами в LAMPF, PSI, атакже новыми измерениями в Дубне. Полученное нами значение скоростиобразования ddµ молекул еще более подчеркнуло резонансный характерэтого процесса и сделало возможным более точное определение номера ко-90лебательного уровня молекулярного комплекса [(ddµ)d2e]∗ . В соответствиис анализом, проведенным в работе Дубны [1], измеренная скорость образования ddµ молекул связывалась с возбуждением уровня ν = 8 упомянутогокомплекса.
Однако, полученная нами скорость ddµ катализа могла бытьсвязана только с меньшим номером колебательного уровня ν = 7, дающимувеличение выхода реакций в 2,5 раза. Указанная величина задается отношением квадратов матричных элементов перехода на уровни ν = 7 и 8.Интересно сравнить расчетное значение энергии слабосвязанного уровня уddµ молекулы ε11 =-1,96 эВ в работе [54] с ”экспериментальными” величинами, определяемыми номером колебательного уровня комплекса. В соответствии с обозначениями работы [54] энергия начального Ei и конечногоEf состояния системы выражается как: Еi = ε + E0 и Ef = ε11 + Eν ,где E0 и Eν – энергия основного состояния молекулы D2 (-4,556 эВ) и энергия колебательного уровня ν комплекса [(ddµ)d2e]∗ , (Eν=8 = −2, 307 эВ;Eν=7 = −2, 554 эВ), ε – энергия налетающего мезоатома (0,053 эВ).В условиях резонанса имеем: ε11 = ε + E0 − Eν=7,8 , откудаε11 = 0, 053 + (−4, 556) − (−2, 307) = −2, 196 эВ для уровня ν = 8 иε11 = −1, 949 эВ для уровня ν = 7.
Как видно, первоначально определенное в работе [54] значение ε11 = −1, 96 эВ соответствует переходу именнона уровень ν = 7 молекулярного комплекса. Следует отметить, что расчетэнергетических состояний комплекса может быт произведен с высокой точностью, благодаря его аналогии с молекулами изотопов водорода H2 , HD иD2 , расчет для которых достигает точности ∼ 10−4 эВ [130].Таблица 3.1 : Результаты измерений параметров dµd катализа в дейтерии.Давление Температураλ0ddµ(атм)(К)(106 c−1 )51,62932, 4 ± 0, 670,92932, 86 ± 0, 1179,62932, 74 ± 0, 1491,62932, 76 ± 0, 0893,02952, 84 ± 0, 10Среднее––ωddR–0, 125 ± 0, 0050, 116 ± 0, 0080, 126 ± 0, 0040, 111 ± 0, 0060, 122 ± 0, 003–1, 32 ± 0, 051, 52 ± 0, 111, 39 ± 0, 041, 47 ± 0, 061, 39 ± 0, 0391Определение в нашей работе истинного значения λddµ явилось существенным этапом в исследовании мезокатализа, поскольку стало возможным количественное сравнение теории и экспериментальных данных.Коэффициент прилипания мюонов.
До опубликования наших данных расчетное значение эффективного коэффициента прилипания [64] соcalcставляло ωdd= 0, 147, что, как видно, заметно превышает экспериментальное значение. Это расхождение мотивировало группу Л.И. Пономарева провести новые расчеты [65]. Первоначально они были выполнены стеми же волновыми функциями, что и в [64], но с учетом большего числавозбужденных состояний 3 Heµ атома.
Как оказалось, это привело лишь кcalcувеличению значения коэффициента прилипания ωdd= 0, 172 и большему отличию от эксперимента. Повторные расчеты с более прецизионными трехчастичными волновыми функциями, учитывающими неадиабатиcalcческие эффекты движения ядер, привели к значению ωdd= 0,122, полностью согласующемуся с экспериментом. Это позволило провести аналогичные расчеты и для реакции dtµ катализа [78], которые дали значениеконечного эффективного коэффициента прилипания, учитывающего проcalcцесс стряхивания мюонов, ωdt= 0,58% вместо 0,86% (0,91%), полученныхcalcв предыдущих работах [64, 77].
Подчеркнем, что новое значение ωdtсоответствует предельному числу dt-синтезов от одного мюона Yn ∼170 итребует обязательной экспериментальной проверки.Нарушение изотопической симметрии в процессе ddµ катализа.Оказалось, что обнаруженное в нашем эксперименте различие в выходахизотопически симметричных каналов коррелирует с выводами фазовогоанализа для dd- рассеяния в области энергий от 30 до 400 кэВ, где наблюдалась значительная анизотропия, свидетельствующая о заметном вкладеР-волны в полное сечение [131]. Измеренное в этом состоянии отношениеканалов составляло R = 1,46, в то время как в S-волновом рассеянии наблюдалось R = 0,90.
Связь между наблюдаемой разницей в выходах двухканалов dd-синтеза в реакции рассеяния и условиями протекания ядернойреакции в ddµ молекуле была исследована в работе [59]. Благодаря то-92му, что резонансное образование ddµ молекул происходит во вращательноколебательном состоянии с J=ν=1, в системе с одинаковыми ядрами полный момент относительного движения дейтронов (исходя из требованиясимметрии волновой функции относительно их перестановки) будет нечетен (L=1) и вклад Р-волны будет доминировать. Таким образом, в мезомолекуле dd-синтез реализуется всегда из состояния с L=1, что позволяет считать отношение выходов R=Y(3 He+n)/Y(3 H+p) двух каналов dd-синтеза(p)(n)совпадающим с отношением Р-волновых сечений рассеяния σ1 /σ1 в пределе низких энергий.
При этом, в отличии от экспериментов по dd- рассеянию, где вклад Р- волны составляет только малую долю общего сечения, вслучае резонансного образования ddµ молекул при температуре T=300 Kdd-синтез идет как раз из чистого Р-состояния. Поэтому можно ожидать,что с уменьшением температуры среды, по мере перехода от резонансного кнерезонансному механизму образования ddµ молекул, отношение R будетменяться, стремясь к единице. Именно такое поведение параметра R(Т)было обнаружено в наших последующих экспериментах. Этот факт былиспользован при анализе данных, когда по величине R можно было определять относительные вклады резонансного и нерезонансного каналов.Оценка скорости ddµ катализа на молекулах HD. Первая оценкаскорости ddµ катализа на молекулах HD была проведена нами в 1985 –1986 гг., когда на созданном в ПИЯФ тритиевом комплексе интенсивно исследовались характеристики dtµ катализа [57].
Измерения проводились спомощью многоканальной (19 каналов) ионизационной камеры с чувствительным объемом ∼3 см3 , работающей при давлении дейтерий-тритиевойсмеси 80÷100 атм. с концентрацией трития до ∼1,24%. При указанныхпараметрах была определена скорость перезарядки dµ атомов на тритий[132], оказавшейся равной λdt = (2, 8±0, 2)·108 c−1 и совпадающей с результатами ОИЯИ и LANL, полученными методикой регистрации нейтронов dt- синтеза [5, 6]. Однако, для измерения скорости образования dtµ молекул,которая ожидалась такой же высокой, что и скорость dt-перезарядки, необходимо было существенно уменьшить концентрацию дейтерия в камере,заменив его на ”балластный” водород. При выбранных параметрах смеси93– 20% D2 и 80% H2 , после перевода её в равновесное состояние на катализаторе, мы имели следующий состав газа: 33,2%HD + 4,9%D2 + 61,9%H2 .Для того, чтобы анализировать данные по dtµ катализу, необходимо былосначала определить скорость образования ddµ молекул на ранее неисследованных молекулах HD.
Измерения были проведены за несколько сеансовна синхроциклотроне ПИЯФ, поскольку оказалось, что эта скорость суще6 −1ственно меньше, чем на молеклах D2 и равна λHDddµ = (0, 3 ± 0, 1) · 10 c[133].Полученный результат явился дополнительным указанием на высокуючувствительность резонансного механизма к параметрам мезомолекулярных комплексов, в которых происходят реакции ядерного синтеза.
Достаточно было изменить приведенную массу системы (dµ + D2 ) MD2 =2537·meна другую массу (dµ + HD) MHD =2275·me , как изменилась величина колебательного кванта (в большую сторону) и соответственно энергия резонанса. Ниже будут приведены результаты детального исследования процессаddµ катализа на молекулах HD, идущего в исследуемом нами интервалетемператур (30÷350 К) за счет нерезонансного механизма.Завершая описание первых результатов, полученных методикой ионизационной камеры [121, 122], можно отметить уникальную возможность нового метода по проведению абсолютных измерений основных параметровпроцесса ddµ катализа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
