Диссертация (1145365), страница 22
Текст из файла (страница 22)
5.12. Как видно, полученная прифитировании концентрация дейтерия CD2 оказалась очень близкой к измеренной на хроматографе, что подтверждает корректность интерпретацииHD данных. При анализе экспозиций с равновесными (H2 +2HD+D2 )(EQ)и неравновесными (H2 +D2 )(NE) смесями скорость Λddµ (HD) определяласьe1/2 (D2 ), λe3/2 (D2 ),из уравнения ( 5.9). Фитируемыми параметрами были λddµddµeλ21 , значения которых представлены в Таблице 4.8.В качестве примера на Рис. 4.17 приведены энергетические и временные распределения событий dd-синтеза, измеренные в исследуемых газовых смесях.132Рис. 4.17 : Энергетические и временные распределения событий синтеза в исследуемых газовых смесях.
Пунктирные гистограммы и линии соответствуют фоновым событиям µ-захвата. Дополнительная экспонента в газе HD отражает вклад dd-синтеза напримесных молекулах D2 .1335Анализ полученных экспериментальныхданных5.1Новый уровень точности в определениикоэффициента прилипания мюонов ωddВ экспериментах на пучке PSI для определения коэффициента прилипания мюонов использовался тот же эффект различия рекомбинационныхпотерь у однозарядных (3 Heµ)+ и двухзарядных (3 He)++ частиц, что и впервых измерениях, выполненных в Гатчине на синхроциклотроне ПИЯФ[19, 129].
Основное отличие заключалось в наборе гораздо большей статистики (∼100 раз) и измерении при двух значениях плотности дейтерияφ=0,0485 и φ=0,0837. Бо́льшая плотность была близка к плотности газа внаших первых экспериментах и, кроме того, позволяла увеличить степеньрекомбинации ионизационных потерь у 3 Heµ и 3 He частиц, что проявлялось в лучшем разделении их пиков (см.
Рис. 5.1). Так, пик от частиц 3 Heсдвинулся от значения 0,6 МэВ при φ=0,0485 до значения 0,35 МэВ приφ=0,0837. Видно, что пик событий с прилипанием 3 Heµ хорошо отделёнот пика 3 He без прилипания и от пика наложений (3 He+3 He) справа. Дляопределения коэффициента прилипания применялся, как и в экспериментах 1981-84 гг., ”метод выжившего мюона”, основанный на возможностиионизационной камеры регистрировать последовательные циклы катализа от одного мюона. Накопив спектр первых событий синтеза, которыйотображен на Рис. 5.1 сплошной гистограммой, можно выделить из негособытия, сопровождающиеся последующим синтезом.
Ясно, что в такомспектре будут отсутствовать события 3 Heµ, поскольку прилипшие мюоныне вызывают больше синтезов (пунктирная гистограмма). Пронормировавоба спектра на пик событий 3 He (нормировочный коэффициент Аn указанв Таблице 5.1), затем поканально вычитаем события в области 3 Heµ, находячисло прилипших мюонов N(3 Heµ).
Коэффициент прилипания вычислялсяCOUNTS / 4.8 keV13410 43Heµ3He310 33He+ He10 20.20.40.60.8E (MeV)Рис. 5.1 : Левая часть энергетического спектра синтезов в дейтерии при T=300 Kи φ=0,0837. Сплошная гистограмма представляет собой спектр всех первых синтезов.Пунктиром показан спектр тех первых синтезов, за которыми имелись последующиеакты катализа. Этот спектр нормирован на исходный спектр всех первых синтезов вобласти пика 3 He. Их разность даёт число событий с прилипанием мюона.
Сплошнаякривая – результат фитирования пика 3 He, нормированный на пик 3 Heµ.затем по известной формуле:ωdd =N (3 Heµ)N (3 Heµ) +N (3 He)(1−Wpu ).(5.1)Здесь: N (3 He) - число событий в пике 3 He, (1 − Wpu ) - поправка на наложение, учитывающая некоторое уменьшение N (3 He) событий, вызванное наложением последующего синтеза, уводящего сигнал 3 He из анализируемойобласти энергий 0,4 - 0,8 МэВ. Поправка на наложения Wpu для каждогоиз измерений была определена из спектров временных интервалов междупервым и вторым синтезом. Если экстраполировать экспоненту, описывающую спектр, к точке t=0, то число недостающих синтезов в этой частиспектра даёт значение поправки, составляющей обычно 5% - 7%. ( см. Табл.5.1).№ наполнения101114φ,% LHD250,1 0,0489300,0 0,0485300,0 0,0837T, KNµ ,·1062,541,953,703NHe µ AnWpuωпоправкаωddξ161948 23209 7,0 0,050(1) 0,1199(9)1,02420,1228(9)166283 24004 7,0 0,0495(9) 0,1211(9)1,02420,1240(9)448421 66277 4,2 0,075(1) 0,1206(6)1,01470,1224(6)NHeиспользованных в измерениях ωdd в 1994-96 гг.Таблица 5.1 : Экспериментальные условия, статистика и поправки в трёх наполнениях ИК,135136Заметим, что при температурах 250 К и 300 К, использованных дляопределения величины коэффициента прилипания ωdd , временной спектрудовлетворительно описывается выражением с одной экспонентой, так жекак и в экспериментах 1980-84 гг.
Полученные таким образом значениябыли опубликованы в 2001 г. [146]:ωdd = 0, 1206 ± 0, 0006 при φ = 0, 0837иωdd = 0, 1205 ± 0, 0007 при φ = 0, 0485.(5.2)(5.3)Благодаря большой статистике синтезов, набранной в данном эксперименте, оказалось возможным учесть поправку на захват мюонов в мезоатомах 3 Heµ, в результате чего вторым сигналом мог быть зарегистрировантритон с энергией 1,9 Мэв, протон или дейтрон (имеющие непрерывныйспектр).
Эти сигналы от событий захвата мюона имитируют вторые ddсинтезы, и если их не учитывать, то коэффициент прилипания, полученный нашим методом, окажется заниженным. Захват мюона ядром 3 He идётпо трём каналам, и все они, хотя бы частично, регистрируются в ИК,3He + µ− →t (1, 9 МэВ) + ν}µ,d + n + νµp + n + n + νµ,λt = (1496 ± 4)с−1суммарно λbr = (632 ± 15)с−1(5.4)Здесь: λt и λbr – скорости захвата с испусканием тритона и с образованием продуктов его развала (break up), измеренные в наших предыдущихэкспериментах [147, 20] и [21], соответственно.Исходные данные и результаты прецизионных измерений ωdd приведены в Таблице 5.1 .
Можно отметить, что первые измерения коэффициента прилипания ωdd , выполненные нами в Гатчине [19, 129] и результатыдетального анализа данных 1994-96 гг. нашей коллаборацией в PSI [148]совпадают между собой с высокой степенью точности:ωdd = 0, 122 ± 0, 003 при φ = 0, 102 (Гатчина),ωdd = 0, 1224 ± 0, 0006 при φ = 0, 0837 (PSI),137ωdd = 0, 1234 ± 0, 0007 при φ = 0, 0485 (PSI).На сегодняшний день полученные нами значения коэффициента прилипания ωdd остаются единственными в мире как по методу измерений, так ипо достигнутой точности.В 1983 году итальянской группой была предпринята попытка измерения ωdd из анализа временных распределений нейтронов dd-синтеза приоблучении мишени с жидким дейтерием [149].
Реально определялось про1/2изведение λddµ · ωdd , точность измерения которого оказалась очень низкой.Представленное авторами значение ωdd =(14±5)% может рассматриватьсялишь как оценка величины этого важного параметра. Отметим, что к томувремени мы уже имели первое измерение величины коэффициента прилипания мюонов ωdd =(14±1)%, полученное методикой ионизационной камеры[123].Ещё одна попытка измерения коэффициента прилипания ωdd былапредпринята в ОИЯИ в 1990 г. [150] при изучении температурной зависимости скорости ddµ катализа при высоких плотностях газа в мишени(φ=0,367 и φ=0,883). С тем, чтобы избежать проблем, связанных с расчетом эффективности нейтронных счетчиков εn , авторы использовали оригинальный метод определения коэффициента прилипания [125], основанныйна измерении отношения выходов первых и вторых dd-синтезов, котороепри нормировке на один мюон имеет вид(1 − ωdd ) = NF 2 /NF2 1 .Несмотря на высокую эффективность регистрации нейтронов εn ∼14%каждым из двух нейтронных детекторов, набор необходимого числа вторых событий синтеза задавался параметром ε2n , что сильно уменьшало ихстатистику.
В результате авторы работы [150] приводят следующее значение коэффициента прилипания ωdd =(11,8±2,5)%. Полученное значениеωdd можно считать удовлетворительно совпадающим с нашими результатами. Однако, невысокая точность (∼20%) не позволяет использовать этиданные для анализа зависимости коэффициента прилипания от плотностисреды, которая связана с процессом реактивации (стряхивания) мюонов138Рис.
5.2 : Расчётная зависимость коэффициента прилипания ωdd в реакции ddµ взависимости от плотности среды [81] и имеющиеся экспериментальные данные. ПИЯФ1984 и ПИЯФ-1996 – данные настоящей работы.при торможении ионов 3 Heµ в среде. На Рис. 5.2 показана расчетная зависимость конечного коэффициента прилипания ωdd от плотности средыиз работы [81]. Как видно, наши данные хорошо совпадают с расчетамиВ. Маркушина, но находятся в очень узком диапазоне плотности.
В этойсвязи повышение точности измерений в работе ОИЯИ [150] в 4-5 раз имелобы принципиальное значение для проверки теоретической зависимости ωddот плотности. Однако, требуемое для этого повышение статистики в ∼20раз находилось, видимо, за пределами выделенного авторам пучкового времени.Уже первое наше измерение значения ωdd позволило проверить расчетыпроцесса начального прилипания и реактивации мюонов при торможенииионов 3 Heµ в среде (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
