Диссертация (1145365), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Для этих же событий время синтеза TN можно определитьиз измерений нейтронными детекторами TN = tn - t0n . Здесь tn - времяпоявления нейтронного сигнала в одном из счетчиков, кореллированное сCOUNTS/1ns120806040t0et0n20080100120140tn (ns)Рис. 4.14 : Начальная часть временных спектров электронов µ-распада (сплошнаялиния) и нейтронов dd синтеза (пунктирная линия), измеренные нейтронными детекторами. Разница t0n -t0e = 12 нс связана со средним временем пролета 2,45 МэВ нейтроновдо момента их поглощения в сцинтилляторах. Большее время нарастания у нейтронногораспределения связана с процессом термализации dµ атомов в газе D2 .сигналом камеры, а t0n - ”нулевое время” в нейтронном временном распределении.
Оно определялось с высокой точностью ±1 нс по положению канала,соответствующего половине от максимума временного распределения нейтронов dd-синтеза в чистом HD-газе. (В этом газе dd-синтезы начинаютсянемедленно после остановки мюона благодаря наличию эпитермальных dµатомов, имеющих высокое сечение образования ddµ молекул (см. раздел5.3 главы 5)). Если теперь построить начальную часть временного распределения электронов µ-распада, зарегестрированных в нейтронных детекторах, то определенное подобным образом положение ”физического” нулявремени t0e будет отличаться от нейтронного на 12 нс, что соответствуетсреднему времени пролета 2,45 МэВ нейтронов до момента поглощения всцинтилляторах (см.
Рис. 4.14).Разница ∆T=TIC - TN использовалась в качестве поправки к временным измерениям, полученным с помощью камеры (Рис. 4.15). Эта поправкадля различных условий эксперимента варьировалась от -9 нс до +2 нс. Cучетом возможных систематических ошибок можно считать, что ”ноль времени” во временных распределениях, измеренных ионизационной камерой,COUNTS / 10 ns12110 310 2-1-0.500.5T = TIC - TN (µs)Рис. 4.15 : Корреляция сигналов синтеза с ионизационной камеры и с нейтронныхдетекторов. Распределение с левой стороны связано со случайными совпадениями электронов µ−распада, происшедшими после dd синтеза и зарегистрированными нейтронными датекторами.
Среднее значение ∆T определялось при фитировании кривой совпадений нормальным распределением.3/2определен с точностью ±2 нс. Это дает ошибку измерений скорости λddµна уровне ±0,4%.Временное распределение событий 3 He (3 Heµ) при температуре 120 Kпоказано на Рис. 4.16. Обращает на себя внимание падение выхода событий,зарегистрированных камерой при t≤0,4 мкс, вызванное наложениями сигналов синтеза на сигналы мюонов. Если рассмотреть временной спектр,полученный с нейтронных детекторов в совпадении со всеми сигналами3He (3 Heµ), то он будет начинаться с момента времени TN =0, в остальном оставаясь подобным спектру, измеренному камерой. (Различие междудвумя спектрами будет, естественно, в статистике, определяемой эффективностью нейтронных счетчиков ∼16%).При анализе временных распределений учитывались также фоновыесобытия, связанные с захватом мюонов примесями, основными из которых являлись ядра азота.
Используя высокий выход событий µ- захватапри случайном наполнении камеры с 15 ppm азота, было построено ихвременное распределение в диапазоне 0,1÷0,45 МэВ. Сравнение показало,что рассчитанное временное распределение хорошо описывает наблюдае-COUNTS / 50 ns122120.3KFIT INTERVAL10 410 310 210102468t (µs)Рис. 4.16 : Временное рапределение 3 He and 3 Heµ событий в газе D2 , измеренное вионизационной камере при температуре T= 120, 3 K. Пунктирная кривая соответствуетфону от событий µ-захвата на примесях. Сплошная линия есть результат фитирования.мое. Временное распределение фона, полученное таким образом, приведено на Рис.
4.16. Как видно, доля фона в этом измерении достаточно мала(∼0,3 ppm), однако его вклад возрастал при бо́льших примесях или применьшем выходе событий dd-синтеза. Необходимо подчеркнуть, что фоновые события в данной методике всегда находились под контролем и неухудшали точность проводимого анализа данных.4.3.8Статистика накопленных данных и основные направленияанализаПрограмма исследования параметров ddµ-катализа включала в себя измерение температурной зависимости скорости катализа в газе D2 (16 точек),в равновесной D2 + H2 + 2HD (4 точки) и неравновесной D2 + H2 (3 точки)газовых смесях, а также в газе HD (3 точки).
Типичное время измеренияодной температурной точки составляло ∼30 часов. Набранная статистика в каждой точке представлена в Таблицах 4.1 - 4.4 с указанием числаотобранных остановок мюонов Nµ и числа событий NHe , соответствующихсобытиям синтеза (3 He + 3 Heµ). Отметим, что NHe определялось в области от 0,4 до 0,8 МэВ после вычитания фоновых событий NBG . Число Nµ123Таблица 4.1 : Условия проведения и статистика в эксперименте D2 -94.TRun (K)1 51,02 71,03 96,0φNµΛdZCZ66 −1(%) (·10 ) NHe NBG (·10 с ) (ppm)5,05 12,9 156223 23430,00560,765,04 6,12 100648 16230,00540,745,02 3,29 79231 9900,00570,78Таблица 4.2 : Условия проведения и статистика в эксперименте D2 -95.TRun (K)150,2232,2336,2440,3545,3660,37 120,38 150,39 200,210 250,111 300,012 350,013 28,3φNµ(%) (·106 )5,13 5,835,14 3,775,14 5,465,14 6,185,05 5,245,04 5,724,99 3,974,97 2,604,94 1,704,89 2,544,85 1,954,81 2,042,76 3,54ΛdZCZ6 −1NHeNBG (·10 с ) (ppm)82917 165740,11615,6634884460,0030,4089116 72730,0354,7095896 137170,0638,4580633710,00030,041974371420,000530,073177023 3650,00240,33165676 3490,00340,47155290 2560,0040,56270154 8790,0070,99214643 9850,0121,71192674 79020,09313,363033190,00020,05определялось как Nµ =Nµ (Ps ) · Ps , где Ps - коэффициент пересчета, используемый в триггере Elow .В процессе эксперимента камера заполнялась требуемым газом, находясь при комнатной температуре.
Затем шло её охлаждение до минимальной температуры, после чего шаг за шагом камера отогревалась до следующей температурной точки после набора требуемой статистики. Такойрежим облегчал управление системой термостабилизации. Отметим здесьже, что согласно теории мюонного катализа, скорость образования ddµмолекул может различаться для орто- и пара-состояний молекул D2 .
В нашем случае наполнение камеры происходило через цеолиты блока очистки,находящиеся при температуре жидкого азота. Поэтому газ находился в состоянии равновесной смеси, соответствующей температуре T=77 K, при124Таблица 4.3 : Условия проведения и статистика в эксперименте H2 /D2 -96. NE – неравновесная газовая смесь (H2 +D2 ), EQ – равновесная газовая смесь (H2 + 2HD+D2 ).TRun (K)150,22 150,23 300,2450,25 100,26 150,27 300,2φ(%)5,125,024,975,075,004,974,91GasNENENEEQEQEQEQNµ(106 )19,511,03,9634,115,618,95,56NHe290931372245205744309715202395371105166115NBG24911070117298713931744474ΛdZCZ6 −1(·10 с ) (ppm)0,0053(6)0,710,004(1)0,550,0040(10) 0,560,0032(6)0,440,0035(10) 0,480,0036(6)0,500,0043(9)0,60Таблица 4.4 : Условия проведения и статистика в эксперименте HD-96.TRun (K)1 300,32 150,3350,2φNµΛdZCZ66 −1(%) (·10 ) NHe NBG (·10 s ) (ppm)4,87 25,9 73023 21020,00320,454,78 25,2 51575 16720,00270,394,74 45,8 60220 29030,00430,63которой отношение заселённостей орто-пара состояний составляет 2,4 : 1.Это отношение было подтверждено экспериментально при измерениина хроматографе.
Далее предполагалось, что оно не будет меняться в течение набора статистики, поскольку в камере не оставалось материалов,способных катализировать орто-пара переходы.Представленные в таблицах данные позволяют оценить статистику отобранных событий NHe и уровень регистрируемого камерой фона NBG .Можно отметить, что для всех типов газовых смесей уровень фона не превышал 0,5% - 1,5% и только при исследовании HD молекул, скорость ddµкатализа у которых была наименьшей, уровень фона достигал 3% - 5%.Следует отметить, что в процессе набора данных D2 -95 нам пришлось перенаполнить камеру после сеанса 4 из-за ошибки наполнения в первом сеансена пучке, когда уровень примеси азота достигал ∼15 ppm при T = 50,2 K.Обнаружив это, решено было не останавливать набор данных, полагая, чтос уменьшением температуры будет уменьшаться и уровень примеси.
Действительно, по мере охлаждения камеры с 50,2 K до температур 40,3 K,125Таблица 4.5 : Данные хроматографического анализа (в %) о концентрацияхH2 /HD/D2 в экспериментах H2 /D2 -96 и HD-96.Эксперимент RunH2 /D2 − 96 1 − 3H2 /D2 − 96 4 − 7HD−961HD−962HD−963CD247,625,70,781,021,10CH249,026,61,842,072,15CHD3,447,797,3896,9196,7536,2 K и 32,2 K, уровень примеси азота уменьшился в ∼40 раз от 15,6до 0,4 ppm (в диапазоне температур ∆T=18 K). Наиболее резкое уменьшение концентрации азота зафиксировано при температуре 32,2 K. Такимобразом нам удалось наблюдать и измерить процесс ”вымораживания” паров азота на уровне долей ppm.
Дальнейшее понижение температуры былоневозможно, так как при плотности газа φ=5,14% LHD наступало ожижение дейтерия. Измерение при более низкой температуре T = 28,3 K былопроведено нами с уменьшенной плотностью газа φ=2,76% LHD в сеансе 13.После перенаполнения камеры чистым дейтерием, начиная с сеанса 5 идо сеанса 12, набор данных шел непрерывно. Уровень примеси N2 был наэтот раз очень небольшим, меняясь от величины 0,04 ppm при 45,3 K до1,7 ppm при 300 K в конце набора. Резкое возрастание уровня примеси (до∼13 ppm) при нагреве камеры до 350 K было связано с газовыделениемизолирующей подставки из фенилона, выделяющей в основном фтор, какпоказал позже анализ данных.
При работе с газовыми смесями H/D точноезнание концентраций каждого типа молекул являлось важным элементоманализа. Для таких измерений использовался хроматограф со специальными колонками, позволяющими эффективно разделять молекулы H2 , HD иD2 . Параметры газовых смесей приведены в Таблице 4.5.4.3.9Кинетика ddµ катализа в ионизационной камереАнализ кинетики в газе D2 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
