Диссертация (1145365), страница 19
Текст из файла (страница 19)
В этих каналах имелись триггерные схемы с интегрированием заряда с двумя пороговыми уровнями: порог Elow был установлен на 120 кэВ,порог Ehigh на 800 кэВ. Энергетическое разрешение в канале составлялоσ=30 кэВ. Логическая схема предоставляла 3 возможных варианта использования триггера:• триггер Elow . Это означало, что в первые 2 мкс (максимальное времядрейфа электронов в камере) появился сигнал, превышающий нижний порог Elow , хотя бы на одном из В-анодов. Это означало, что вкамеру вошёл мюон.• Триггер Elow ·Elow .
Он указывал, что имелись два раздельных сигнала на одном В-аноде, оба выше нижнего порога Elow , с интерваломмежду ними ∆t≥0,3 мкс, внутри 10-микросекундного окна. Это означало остановку мюона и последующий синтез, разделённый с ним вовремени.• Триггер Ehigh .
Он выделяет сигнал на любом В-аноде, превышающийверхний порог Ehigh . Это означало событие (p+t) или сигнал 3 He,наложившийся на сигнал от мюона.114Поскольку частота остановок мюонов в камере существенно превышала достижимую частоту запуска триггеров, то события с одним толькотриггером Elow записывались с пересчетом Ps , равным 100, 50 или 20 в зависимости от вероятности синтезов, определяемой температурой среды. Вэксперименте общий триггер выглядел какT r2 = T r1 · (Elow /Ps + Elow · Elow + Ehigh ).(4.2)Обычная частота запусков для Tr1 составляла около 2 кГц, а для триггера Tr2 ∼20 Гц, что определялось скоростью записи каждого ”события” всистеме приема данных.Процедура отбора остановившихся мюонов начиналась с поиска анода остановки Bi . В том случае, когда срабатывали триггеры Elow ·Elow илиEhigh , анодом остановки считался тот анод, который выдал соответствующие сигналы для триггера. В случае срабатывания только триггера Elow ,анодом остановки считался последний из анодов вдоль направления движения мюона.
Дальнейшие операции отбора мюонов были одинаковы длявсех триггеров:• Регистрировался момент появления мюонного сигнала Tµ на В-анодеостановки. Требовалось отсутствие сигналов на анодах A1 ÷A3 во временном интервале Tµ ± 50 нс. Это требование устраняло события, вкоторых трек мюона заходил в область А-анодов на (0, 3 ÷ 0, 4) мм исигнал остановки мюона был ниже порога регистрации в А-каналах.Таких остановок мюонов, оказавшихся вне зоны В-анодов, было около 1,5%, их количество контролировалось, как будет описано ниже.• По вертикали чувствительный объём ограничивался временем дрейфа электронов ионизации в промежутке катод – сетка (Рис.
4.11 ).Этот отбор выделял события с остановками мюонов на расстояниине менее 1,5 мм от катода и сетки, в результате чего треки частицdd-синтеза (3 He, 3 Heµ и t) не достигали электродов и не искажались.COUNTS / 10 ns115SELECTION10 310 210100.511.52tµ (µs)Рис. 4.11 : Временное распределение мюонных сигналов Tµ на В-анодах остановкимюона относительно триггерного сигнала от входных сцинтилляционных счётчиков.Пунктирные линии соответствуют остановкам мюонов посередине промежутка сеткакатод и вблизи катода.
Остановки вблизи сетки (∆Tµ ≤0,3 мкс) были отброшены триггером. Стрелками отмечена выбранная область остановок мюонов, использованных дляанализа.• Очень эффективным критерием отбора мюонных остановок оказалсяотбор по переменной S=Ei + 2Ei−1 , равной сумме энерговыделения Eiна аноде остановки и энерговыделения Ei−1 на предыдущем В-аноде.На Рис. 4.12 показаны распределения сигналов остановок мюонов попеременной S, зарегистрированных с триггерами Elow и Elow ·Elow . Виден пик при S = 1,15 МэВ от ”чистых” остановок мюонов и небольшойпик при S = 1,75 МэВ от остановок мюонов, сопровождающихся наложениями на них сигналов от 3 He. Наложения от (t+p)-канала сдвигают мюонный сигнал в область S > 2 МэВ, не указанную на Рис.
4.12. Для анализа данных использовался диапазон (0,83<S<1,44) МэВ,достаточно широкий для того, чтобы обеспечить равную эффективность обоих триггерных режимов, Elow и Elow ·Elow . Было достигнуторавенство эффективностей отбора с точностью лучше, чем ±0,1%.COUNTS / 16 keV11610 4SELECTION10 3µ+3He PILE UP1021010.511.52S = Ei + 2 Ei-1 (MeV)Рис. 4.12 : Распределение мюонных сигналов по переменной S=Ei +2Ei−1 . ВеличиныEi и Ei−1 – энерговыделение на аноде остановки Bi и на предыдущем Вi−1 аноде, соответственно.
Стрелками обозначена область остановок мюонов, отобранных для анализа.Сплошная и пунктирная кривая обозначают мюонные сигналы, зарегистрированные стриггерами Elow и Elow ·Elow , соответственно.Таким образом, события с триггером Elow ·Elow позволили контролировать эфективность режима Elow , который использовался для абсолютной калибровки числа мюонов.В качестве основного использовался триггер Elow ·Elow , когда требовалосьналичие сигнала остановки мюона и сигнала синтеза на одном и том жеВ-аноде. Для абсолютной калибровки скорости синтеза использовался, какуказано выше, Elow триггер, правда, без учета части событий, вызванныхналожениями на мюоны продуктов синтеза в количестве (2÷5%).
Эта поправка учитывалась при анализе временных распределений последовательных событий синтеза.В заключение отметим, что проведенный анализ остановок мюонов позволил определить их абсолютное количество с точностью лучше 1%. В эксперименте число накопленных остановок мюонов варьировалось от 2·106до 45·106 в зависимости от условий измерений.310He4120.3K3Heµt+p33He+ He3He3103pdµ→ He+µCOUNTS / 8 keV117t+p+10 210101234E (MeV)Рис.
4.13 : Энергетический спектр синтезов в газе D2 при T= 120, 3 K, проинтегри-рованный по временно́му интервалу (0, 5 ÷ 7, 5) мкс. Пунктирная гистограмма внизу –фон от захвата мюонов на примесях, измеренный в смеси H2 + N2 (140 ppm) при Т=300 K и нормированыый на область энергий 0,1- 0,45 МэВ.4.3.6Энергетические распределения событий синтезаНа Рис. 4.13 показан типичный энергетический спектр первых синтезов,измеренный во временном интервале (0, 5 ÷ 7, 5) мкс после остановки мюона.
Общая статистика событий синтеза ∼ 350 · 103 . Измерение было выполнено в чистом газе D2 при температуре 120,3 K и плотности 5% LHD.(Если сравнить накопленную статистику с нашими первыми измерениямиddµ-катализа при 300 K, то в каждой тепературной точке она в ∼10÷20раз превышала начальную).В приведенном спектре отчётливо видны следующие компоненты:• пик при 0,6 МэВ от 3 He, образовавшихся в канале dd-синтеза 3 He+nс длиной трека R(3 He)=0,26 мм.• пик при 0,75 МэВ от событий с прилипанием 3 Heµ, с длиной трекаR(3 Heµ)=0,6 мм.118• Непрерывное распределение от 0,9 МэВ до 4 МэВ, соответствующеесинтезам dd → t + p (E0 (t)=1,01 МэВ, E0 (p)=3,02 МэВ, R(t)=1 мм,R(p)=16 мм).На Рис. 4.13 видны также два пика от наложений сигналов второго синтеза на первый. Это (3 He+3 He) при 1,2 МэВ и наложения 3 He+(t + p) при4,2 МэВ.Напомним, что наблюдаемое смещение энергий у пиков по сравнению стабличными значениями вызвано рекомбинацией зарядов.
При выбранномдавлении газа в камере (∼ 45 атм.) электрическое поле между катодом исеткой поддерживалось на уровне 16 кВ/см, а между сеткой и анодом науровне 30 кВ/см. В этих условиях эффект рекомбинации для частиц 3 He(0,82 МэВ) и 3 Heµ (0,8 МэВ) составлял ∼30 и ∼10%, соответственно. Еслисравнить эти параметры с нашими первыми измерениями ddµ катализа придавлении 91,6 атм. (см. Рис.
2.12), то мы увидем, что там рекомбинация была существенно выше и составляла для частиц 3 He и 3 Heµ, соответственно55% и 25%. Таким образом, увеличив регистрируемую энергию продуктовсинтеза (за счет меньшей рекомбинации при меньшем рабочем давлении),мы смогли освободить ∼0,5 МэВ энергетической шкалы для наблюдениясобытий вблизи порога 120 кэВ.
Именно в этой области были зарегистрированы фоновые события от µ-захвата на примесях, а также (впервые)продукты pdµ-катализа по каналу 3 He (0,2 МэВ) + µ (5,3 МэВ). Проявление событий pdµ-катализа было вызвано наличием в дейтерии примесиводорода (доля молекул HD составляла 0,6% согласно данным хроматографического анализа).
Что касается второго pdµ канала 3 Heµ + γ(5,5 МэВ),то он, из-за малой энергии 3 Heµ частиц, в наших условиях не регистрировался. Поэтому, зная λpdµ (T), Cp и эффективность регистрации εpd частиц3He, можно определить вклад фонового pd канала в каждом измерении вгазе D2 . Форма пика частиц 3 He и эффективность их регистрации определялись из измерений в газе HD, где была получена величина εpd = 85%.(Здесь следует отметить, что в экспериментах со смесями газов, такими как неравновесная смесь H2 + D2 , равновесная D2 + H2 + HDи чистый газ HD, атомарная концентрация водорода составляла ∼50%.119В этих условиях выход pdµ-катализа существенно возрастал и нарядус каналом 3 He (0,2 МэВ) + µ (5,3 МэВ) проявлялась реакция захвата3Heµ →t(1,9 МэВ)+ν из второго канала 3 Heµ+γ(5,5 МэВ). Таким образом,камера позволяет регистрировать оба канала pdµ - синтеза, что открываетновые возможности детального исследования этого процесса).Оставшиеся события в области 0,1 - 0,5 МэВ обязаны продуктам захвата мюонов на примесях (в основном это азот с концентрацией ∼10−6 ) и онибыли использованы для абсолютной калибровки указанного фона.
Энергетический спектр событий µ-захвата, приведёный в нижней части Рис. 4.13,получен в специальном эксперименте, где была определена эффективностьих регистрации, равная εr = 55%. Опираясь на полученное число событийµ - захвата, можно определить приведенную скорость перезарядки ΛdZ иконцентрацию примесей CZ в каждом наборе данных.4.3.7Временные распределения событий синтезаДля построения временных распределений использовались события 3 He и3Heµ, находящиеся в интервале энергий от 0,4 до 0,8 МэВ (см. Рис. 4.13).Данный выбор имеет ряд преимуществ.
Малая длина трека у 3 He и 3 Heµ частиц приводит к малой длительности сигналов (≤ 300 нс) и, как следствие,к малому мертвому времени их анализа. При этом малая длительностьсигналов у 3 He и 3 Heµ делает их похожими на сигналы от мюонов. Этосущественно повышает точность измерений временных интервалов междуними (заметим, что треки мюонов практически параллельны поверхностисетки). Отметим также, что канал синтеза 3 He (3 Heµ)+ n одновременнорегистрируется нейтронными детекторами. Это позволяет прокалиброватьвременное рапределение 3 He частиц, полученных в ионизационной камере.Время синтеза в ионизационной камере TIC определялось как разница между средним временем 3 He (3 Heµ) сигналов Tf и средним временеммюонного сигнала, TIC = Tf - Tµ , зарегистрированных на общем анодеостановки B.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
