Диссертация (1145365), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Полученные ею результаты менялисьот значения ωdt =(0,26±0,09)% в 1990 году до значения ωdt =(0,532±0,030)%в 2001 году. Среди последних работ следует отметить цикл измерений параметров dtµ катализа, проведенных в 2005 году в ОИЯИ (Дубна) в широком144Рис. 5.4 : Экспериментальные результаты по ωdt , полученные с 1992 по 2005 гг.Вертикальные размеры символов § (ОИЯИ) и Y= (КЕК) отражают заявленную точность измерений.
Сплошная расчётная кривая с пунктирными границами погрешностиполучена в [82], ниже неё прерывистая – в [155].интервале температур, давлений и состава D/T смесей. Используя новуюустановку с широкоапертурным нейтронным детектором (Ω ∼70% от 4π)и эффективностью εn ∼30%, авторы разработали методы анализа, позволившие независимое определение Wn и скорости цикла Λc . Полученное вОИЯИ значение коэффициента прилипания ωdt = (0, 573±0,053)% оказалось близким к нашему результату и к теоретическим оценкам [82, 155].Здесь надо отметить, что для сравнения с вышеприведенными результатами, полученное нами значение ωdt надо проэкстраполировать в областьвысоких плотностей φ ∼1,2, при которых проводилось большинство экс-145периментов с тритием, что приводит к значению ωdt = (0, 53±0,04)% приучете зависимости вероятности стряхивания от плотности.На Рис.
5.4 приведены упомянутые результаты, а также теоретическиезависимости начального и конечного коэффициентов прилипания от плотности среды. Как видно, эксперименты подтверждают слабую зависимостьωdt от плотности, однако остается ∼8% разница в абсолютных значенияхэтого параметра. Причина имеющегося расхождения может быть связанас деталями стряхивания при большой скорости 4 Heµ иона, когда важнуюроль играют процессы ионизации с участием начальных возбужденных состояний.5.2Зарядовая асимметрия в процессе ddµ катализаи её связь со структурой возбужденных уровнейядра 4HeОбнаруженное в первых Гатчинских экспериментах нарушение зарядовойсимметрии каналов dd-синтеза [19] было детально исследовано при анализе полученных в PSI данных.
Прежде всего была измерена температурнаязависимость отношения выходов двух каналов dd-синтеза R(T) в диапазоне 28÷350 K. Напомним, что анализ амплитудных распределений событий синтеза проводился в режиме steady state, при котором выбиралосьвременное окно в диапазоне 3 ≤ t ≤7,5 мкс от момента остановки мюона, когда проходят быстрые процессы, связанные с переворотом спина, иуменьшается доля потерь (t + p) событий, вызванных наложениями длинных треков протонов. Анализируемые выходы включали в себя несколькопоправок:Y (3 He +3 Heµ) = [N (3 He +3 Heµ) − NBG (3 He +3 Heµ)] · (1 − εtr ) + Npileup ,(5.6)Y (t + p) = [N (t + p) − NBG (t + p)] · εsm − Npileup .(5.7)Здесь N(3 He+3 Heµ) - число событий в пиках 3 He and 3 Heµ, аNBG (3 He+3 Heµ) - число фоновых событий захвата в энергетическом диа-146пазоне 0,4÷0,8 MэВ, в то время как N(t+p) есть число (t + p) событийи NBG (t+p) есть число фоновых событий захвата в диапазоне энергий0,8÷8 МэВ.
Величина Npileup - число событий с наложением, εtr - поправка на потерю триггерных запусков при попадании 3 He синтезов на крайанодов, εsm - поправка на наложения протонов. Учитывалась поправка наналожения вторых синтезов на 3 He события, переводящие их из пика 3 Heв область событий t + p. Поправка же на наложения вторых синтезов насобытия, лежащие в области t + p, не вводилась, поскольку они оставалисьв том же энергетическом окне 0,8÷8 МэВ. Величина указанных поправокне превышала 5÷7%. Поправки на потерю срабатываний триггера составляла не более εtr ∼6,5(7)%. Поправка на наложения протонов составлялаεsm ∼ 0, 987 ÷ 0, 980.
Все указанные поправки надежно определялись изполученных экспериментальных данных и общая неопределенность в измерении отношения R составляла ∼0,8% в диапазоне температур 70 ÷ 350 Kи ∼ 1, 0 ÷ 3, 0% для температур 30÷60 K. Результаты представлены в Таблице 4.6 и на Рис. 5.5.Процедура определения отношения каналов R(T) из данных в газе HDотличалась от рассмотренной выше в двух точках.
Во-первых, временноераспределение продуктов синтеза в молекуле HD имеет одноэкспоненциальный характер, что позволяет расширить окно в сторону меньших времен 1≤t≤7,5 мкс, увеличивая статистику без роста эффекта наложений.Во-вторых, при определении значения R(T) надо внести поправки на наличие примеси D2 газа в газе HD. Результаты представлены в Таблице 4.7и на Рис. 5.5.Полученные данные открывают уникальную возможность контроля завкладами резонансного и нерезонансного механизмов в образовании ddµмолекул через измерение нового параметра, каким является отношение выходов каналов реакции dd-синтеза. Уменьшение с температурой отношенияR(T) для чистого газа D2 однозначно связывается с увеличением вкладаS-волны, когда становится преобладающим нерезонансный механизм образования молекул ddµ в состоянии с J=0.
Параметры нерезонансного механизма в наиболее ”чистом” виде проявились на молекулах HD, где значениеR(T) близко к единице и не меняется с температурой.147Рис. 5.5 : Отношение выходов R=N(3 He+n)/N(t+p) двух каналов dd-синтеза в газахD2 и HD как функция температуры среды. Сплошная линия есть результат фитирования данных, полученных в газе D2 согласно уравнению (4.9). Пунктирная линия естьрезультат фитирования данных в газе HD с постоянным значением Rnr .Обнаруженное в работе [131] и подтвержденное нашим экспериментом [19, 129] различие в выходах изотопически симметричных каналовв Р- волне непосредственно связано со структурой высоколежащих уровней в ядре 4 He. Было несколько попыток объяснить указанное нарушение зарядовой симметрии.
Детально этот вопрос был рассмотрен в работах В.А. Сергеева [165, 166] ещё в 1972 году, где предполагалось существование новых J − , T =0 состояний четырехнуклонной системы, кулоновское смешивание которых с ранее известными уровнями позволяет описать особенности угловых распределений продуктов dd-синтеза в P - cостоянии. Для нахождения этих уровней необходимо было провести парциальноволновой анализ реакций dd-рассеяния на поляризованных пучках.
Такие эксперименты в то время выполнялись на пучке электростатическоготандем-ускорителя Цюрихского политехнического института в Швейцариипри энергиях дейтронов до 13 МэВ. В 1981 году с установкой более мощного источника поляризованных дейтронов были исследованы не только148дифференциальные сечения, но и векторные и тензорные анализирующиеспособности, начиная с энергий от 0,46 МэВ. Анализ, проведенный авторами [167], позволил доказать наличие триплета уровней отрицательнойчетности с изоспином T =0: 0− , 1− и 2− , из которых уровень 1− c энергией Е=24,1 МэВ был обнаружен впервые. Наличие этого уровня, которыйпо современным измерениям имеет энергию Е=24,25 МэВ, оказалось оченьважным для объяснения наблюдаемого аномального отношения каналовdd-синтеза.
Дело в том, что рядом с ним находится уровень 1− с изоспином Т=1 и энергией Е=23,64 МэВ. Поэтому кулоновское изоспиновое смешивание указанных уровней во входном канале усиливается внешним кулоновским полем за счет близости уровня с противоположным изоспиномв Р-волновом состоянии. Указанный процесс был рассмотрен Г. Хейлом в1990 году [168] специально для оценки отношения выходов двух каналовdd-синтеза в системе 4-х нуклонов в состояниях L=1 и L=0. Было полученозначение RL=1 =1,43 и RL=0 =0,886, что, как видно, о чень близко к нашимзначениям, полученным при фитировании зависимости R(T): RJ=1 =1,455 иRJ=0 =1,01. Таким образом, надежное выделение чистого P -состояния прирезонансном образовании ddµ молекул позволило подтвердить степень нарушения изотопической симметрии в реакции dd-рассеяния и способствовало исследованию нового возбужденного уровня в ядре 4 He.
Этот уровеньв 1992 году был включен в общую компиляцию уровней для ядер с А = 4[169].Следует также отметить, что обнаруженное нами различие в выходахдвух каналов dd-синтеза повлияло и на величину общего эффективногокоэффициента прилипания, определяющего кинетику процесса ddµ катализа:ωedd = ωdd · R/(1 + R) = 0, 071 (при T = 300 K). Без наших измерений, в предположении равенства выходов двух каналовdd-синтеза, величина ωedd = 0,061, что даёт ошибку ∼14%. Однако, с наблюдением температурной зависимости отношения выходов R(T), значение эффективного коэффициента прилипания также можно считать меняющимсяс температурой, что дает ωedd = 0,061 (при Т=50 K).1495.3Нерезонансный механизм образованиямолекул ddµС момента открытия явления мюонного катализа ядерного синтеза основным механизмом образования мюонных молекул считался Оже процесс,при котором энергия связи молекул уносилась конверсионным электроном.Скорость этого процесса по сравнению с обнаруженным позднее резонансным механизмом образования ddµ молекул достаточно мала, о чем можносудить по данным работы [48], приведенным в Таблице 5.4.Среди рассчитанных скоростей наибольший выход для начальных со6 −1стояний с орбитальным моментом Ji =0 имеет λnr(заJ=1 = 0, 012 · 10 ссчет E1 перехода из состояния с Ji = 0 в состояние J=1, ν=0 системы ddµ)6 −1и λnr(за счет монопольного E0 перехода из состоянияJ=0 = 0, 015 · 10 сс Ji =0 в состояние J=0, ν=1 молкулы ddµ).
С увеличением температурыλnrJ=0 увеличивается за счет E1 перехода из состояния Ji =1 в состояние J=0,ν=1. Теория предсказывает линейную зависимость λnrJ=0 с температурой вдиапазоне T< 103 K [48]:3 −1λnrJ=0 = (0, 24 · T + 15) · 10 с .(5.8)С другой стороны, не ожидается существенной зависимости от температуры для λnrJ=1 .Таблица 5.4 : Скорость нерезонансного образования молекул ddµ (106 с−1 ) при энергии0,04 эВ в системе dµ+d [48].начальноесостояниесостояние (Ji ) ddµ (J, ν)λnrddµ0(0,0)0,227·10−41(0,0)0,212·10−40(1,0)0,118·10−11(1,0)0,983·10−52(1,0)0,348·10−71(2,0)0,274·10−20(0,1)0,150·10−11(0,1)0,740·10−1150Используемая нами методика позволяет проверить предсказания теории.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
