Диссертация (1145365), страница 29
Текст из файла (страница 29)
5.16 : Сравнение результатов настоящего эксперимента (представленного наилучшим фитом наших экспериментальных данных) с результатами предыдущих экспериментов: (a) измерение скорости образования ddµ молекул в режиме steady state; (b)измерение скорости образования ddµ молекул из двух состояний сверхтонкой структуры мезоатомов.ричных элементов, рассчитанных в то время в рамках дипольного приближения, приводящего к высокой скорости обратного распада.1786Основные результаты диссертации1. Разработан и успешно применен новый метод исследованияявления мюонного катализа, основанный на использовании времяпроекционной ионизационной камеры высокого давления в качестве активной мишени и детектора заряженных продуктов синтеза.
Отличительнойособенностью детектора является 4π геометрия и 100% эффективность, чтопозволило развить новые методы анализа благодаря регистрации последовательных актов синтеза, вызванных одним мюоном.2. С помощью созданной в ПИЯФ установки на основе криогенной ионизационной камеры на пучке PSI впервые проведена серияпрецизионных измерений основных параметров ddµ катализа в D2 , H2 +D2 и HD - газах в диапазоне температур 28,3 - 350 K:eF (T),- скорости резонансного образования ddµ молекулλddµenr (T),- скорости нерезонансного образования ddµ молекулλddµe21 (T),- скорости переворота спина dµ - атомов λ- отношения двух зарядово-симметричных каналов R(T),- коэффициента прилипания мюонов ωdd .Полученный набор данных стал основой для количественного сравнения стеоретическими расчетами.3. Достигнут новый уровень точности (∼0,5%) в измерениикоэффициента прилипания мюонов ωdd :ωdd = 0,1224±0,0006 при φ= 0,0837,ωdd = 0,1234±0,0007 при φ= 0,0485.Полученный результат позволяет оценить вероятность стряхивания (реактивации) мюонов в зависимости от плотности среды.
На сегодняшний деньпредставленные значения ωdd являются единственными в мире как по методу измерений, так и по достигнутой точности.eF (T) и4. В результате фитирования экспериментальных данных по λddµeλ21 (T) теоретической зависимостью определена энергия слабосвязанного уровня ddµ молекулы ε11 (fit)=-1,9651(7) эВ, совпадающая с теоретическими предсказаниями с точностью 2,5·10−4 , что подтверждает теорию резонансного образования ddµ молекул.1795. Впервые обнаружена сильная асимметрия в выходах двухзарядово-симметричных каналов в процессе ddµ катализа при температуре T=300 K. Измеренная величина оказалась равной R = (3 He + n)/(3 H+ p) = 1,455(11), что связывается с резонансным характером процесса катализа, при котором dd-синтез реализуется в чистом P-волновом состоянии.
Подобная асимметрия наблюдалась в экспериментах по низкоэнергетическому dd-рассеянию, где отношение каналов в P-волне составлялоRL=1 =1,459(11) и в S-волне RL=0 =0,902(5). Совпадение результатов двухэкспериментов поддержало предположение о существовании нового возбужденного уровня у ядра 4 He c (1− , T=0) и энергией Ex =24,25 МэВ, кулоновское смешивание которого с соседним уровнем (1− , T=1) приводит кнаблюдаемой асимметрии.6.
Впервые измерены основные характеристики процесса образования ddµ молекул на молекулах HD: скорость процесса, его температурная зависимость, отношение каналов dd-синтеза, скорость переворота спина dµ атомов. Анализ данных показал, что скорость процесса намолекулах HD очень мала (<0,1·106 c−1 ) и слабо растет с температурой вдиапазоне 50 <T< 300 K в соответствии с нерезонансной теорией мюонногокатализа. При этом отношение каналов dd-синтеза во всем температурномдиапазоне не меняется и остается равным R(T)=1,0, что является дополнительным указанием на нерезонансный характер процесса, идущего в Sволне.
Во временных распределениях нейтронов обнаружен быстрый пик,вызванный наличием в HD смеси ”горячих” (эпитермальных) dµ атомов сэнергией (Edµ > 0,3 эВ), у которых скорость образования ddµ молекул напорядок выше, чем у термализованных dµ атомов.7.
Измерена температурная зависимость скорости переворота спина dµатомов в D2 и HD газах и впервые определена скорость процесса обратного распада молекулярного комплекса λbd21[(ddµ)S dee]∗ → (dµ)F ′ + D2 ,приводящего к дополнительному накоплению dµ атомов в нижнем спиновом состоянии F ′ =1/2. Величина этой скорости при температуре T=40 K1806 −1составляет λbd21 ∼ 7 · 10 c , что в 2,2 раза меньше теоретического значения,при расчетах которого использовалось дипольное приближение в разложении оператора взаимодействия. Учет квадрупольных членов приводит ксогласию теоретическое и экспериментальное значение λbd21 .8.
Благодаря прецизионности и абсолютному характеру измерений, полученные в диссертации результаты составили основу мировых данных о параметрах процесса мюонного катализа dd-синтеза.181БлагодарностиПрежде всего хочу выразить глубокую благодарность первому заведующему Лабораторией Физики Высоких Энергий академику АН УССР КомаруА.П., выдвинувшему мою кандидатуру в качестве ответственного исполнителя темы ”Мю-катализ”. Его поддержка очень помогла мне на начальномэтапе исследований.В течение последующих 20 лет я работал в тесном контакте с заведующим Отделением ФВЭ профессором А.А.
Воробьевым, являвшимся научным руководителем темы ”Мю-катализ” в ПИЯФ. Его постоянное вниманиеи помощь в решении финансовых и организационных проблем очень помогли при создании новой методики на основе ионизационных камер. Особоследует отметить скурпулезность и тщательность анализа данных, которые требовал А.А. Воробьев, что обеспечивало в итоге фундаментальныйхарактер полученных результатов. Выражаю глубокую признательностьА.А. Воробьеву за многолетнее плодотворное сотрудничество.Реализация такой сложной научно-технической программы как ”Мюкатализ”, потребовала на разных этапах участия большого коллектива сотрудников ОФВЭ и института, которых я искренне благодарю за совместную работу: Д.В.
Балина, Е.М. Маева, Г.Е. Петрова, Н.И. Воропаева, В.Н.Батурина, Ю.К. Залите, Ан.А. Воробьева, Ю.В. Смиренина, Ю.А. Честнова, А.А. Маркова, В.И. Медведева, А.А. Васильева, В.А. Трофимова, С.М.Козлова, Г.Н. Шапкина, В.А. Ганжу, М.А. Сороку, Б.Л. Горшкова, А.И.Ильина, Л.Б. Петрова, Е.М. Орищина. Хочу также поблагодарить нашихмехаников В.С. Дубограя, Ю.С. Григорьева, А.Д. Еремеева, чьими рукамисоздано много узлов экспериментальных установок.Часть программы ”Мю-катализ” выполнялась на ускорителе ИнститутаПауля Шеррера (PSI, Швейцария) силами международной µCF - коллаборации. Благодарю за сотрудничество бессменного координатора нашейколлаборации д-ра К.
Петижана (PSI), а также д-ра И.Хартмана (TUM),д-ра П. Каммеля, д-ра Ё. Змескала, д-ра Б. Лаусса (Vienna), Т. Кейса, К.Лоу (USA).182Полученные результаты находили живейший отклик у теоретиков, контакты с которыми очень помогли мне в понимании физики процессов, составляющих мюонный катализ. Хочу с благодарностью упомянуть Ю.В.Петрова, М.П. Файфмана, Л.Н. Богданову, В.Е. Маркушина, а также А.И.Михайлова, А.И. Кравцова, Н.П. Попова, Г.Е. Солякина, А. Гулу, В.Ю.Петрова, Г.Я. Коренмана.Участие в программе ”Мю-катализ” позволило мне познакомиться с ведущими учеными, заложившими экспериментальные и теоретические основы этого направления в физике и обеспечившими его бурное развитие:В.П.
Джелеповым, С.С. Герштейном и Л.И. Пономаревым. За прошедшиегоды было много встреч с ними на конференциях и семинарах, где представленные нами результаты получали их высокую оценку, за что я имглубоко благодарен.183Список литературы[1] Быстрицкий В.М., Джелепов В.П., В.И. Петрухин, Фильченков В.В.и др., Резонансная зависимость скорости образования мезомолекулddµ в газообразном дейтерии. Препринт ОИЯИ Р1-11840, Дубна 1978,19с., ЖЭТФ 76 (1979) 460-469.[2] S.S.Gerstein, L.I.Ponomarev, µ− meson catalysis of nuclear fusion in amixture of deuterium and tritium, TH-2393-CERN (1977); ПрепринтОИЯИ Р4-10936, Дубна 1977, 8c.; Phys. Lett.
72B (1977) 80-82.[3] Я.Б.Зельдович, Реакции, вызываемые µ-мезонами в водороде, Доклады АН СССР 95 (1954) 493-496.[4] Э.А.Весман, Об одном механизме образования молекулярного ионамезодейтерия, Письма в ЖЭТФ 5 (1967) 113-115.[5] В.М. Быстрицкий, В.П. Джелепов, В.Г. Зинов, В.В.
Фильченков и др.,Экспериментальное обнаружение и исследование мюонного катализареакций синтеза ядер дейтерия и трития. Препринт ОИЯИ Д1-12696,Дубна, (1979), 14 с Письма в ЖЭТФ 31 (1979) 249-253; ЖЭТФ 80(1981) 1700-1713.[6] S. E. Jones, A. N. Anderson, A. J.
Caffrey, C. DeW. Van Siclen, K.D. Watts, J. N. Bradbury, J. S. Cohen, P. A. M. Gram, M. Leon, H. R.Maltrud, M. A. Paciotti, Expereimental Investigation of Muon-Catalyzedd-t Fusion Phys.Rev.Lett. 51 (1983) 1757-1760.[7] S. E. Jones, A. N. Anderson, A. J. Caffrey, C. DeW. Van Siclen, K. D.Watts, J. N. Bradbury, J. S. Cohen, P. A. M. Gram, M. Leon, H. R.Maltrud, M. A. Paciotti, Observation of unexpected density effects inmuon-catalyzed d-t fusion Phys.Rev.Lett.
56 (1986) 588-591.[8] C.Petitjean, P.Ackerbauer, W.H.Breunlich. M.Cargnelli et al, New experimental results on muon catalyzed dt fusion, Muon Cat.Fusion 2 (1988)37-52.[9] Ю.В.Петров, Ю.М.Шабельский, Оценка затрат энергии на рождениеπ-мезонов нуклонами на лёгких ядрах, ЯФ 30 (1979) 129-135.184[10] Петров Ю.В. Об использовании нейтронов, рождающихся при катализе реакции dt-синтеза µ-мезонами. Отчет ЛИЯФ, Л.1978, 37с; Материалы XIV зимней школы ЛИЯФ, Л.1979 с.139-173. Muon catalysisfor energy production by nuclear fusion., Nature 285 (1980), 466-468.[11] Петров Ю.В., Концептуальная схема гибридного мезокаталитического реактора синтеза, Атомная Энергия 63 (1987) 333-341.[12] Кузьминов В.В., Петров Ю.В. Умножение энергии синтеза бланкетомгибридного мезокаталитического реактора, Препринт ЛИЯФ-1314,Л.1987, 22 с.; Multiplication of fusion energy using a blanket in a hybridmuon-catalyzed reactor, Muon Cat.
Fusion 3 (1988) 593-60[13] С.С.Герштейн, Ю.В.Петров, Л.И.Пономарёв, Мюонный катализ иядерный бридинг, УФН 160 (1990) 3-46.[14] V.V.Anisimov, V.A.Arkhangelsky, N.S.Ganchuk, A.A.Yukhimchuk,E.Cavalleri, F.I.Karmanov, A.Yu.Konobeyev, V.I.Slobodtchouk,L.N.Latysheva, I.A.Pshenichnov, L.I.Ponomarev, M.Vecchi, A 14MeV Intense Neutron Source Based on Muon-Catalyzed Fusion - I: AnAdvanced Design, Fusion Science and Technology 39 (2001) 198-208.[15] V.A.Arkhangelsky, F.I.Karmanov, A.Yu.Konobeyev, L.I.Ponomarev et al,A 14 MeV intense neutron source based on muon catalyzed fusion forirradiation materials of fusion reactor (µCF-INS), Proc.
Int. Conf. onMuon Cat. Fusion and related topics, Dubna June 18-21 2007, p.369-372.[16] Виницкий С.И., Пономарёв Л.И. Адиабатическое представление в задаче трёх тел с кулоновским взаимодействием. ЭЧАЯ 13 (1982) 13361418.[17] M.C.Fujiwara, J.M.Bailey, G.A.Beer, et al, Measuring sticking andstripping in muon catalyzed dt fusion with multilayer thin films, Hyp.Int.101/102 (1996) 613-621.[18] K.Nagamine, T.Matsuzaki, K.Ishida, Y.
Hirata et al., Muonic x-ray measurement on the µ− sticking probability for muon catalyzed fusion inliquid d-t mixture, Muon Cat. Fusion 1 (1987) 137-150.185[19] D.V. Balin, E.M. Maev, V.I. Medvedev,....G.G. Semenchuk et al., Experimental investigation of the muon catalyzed dd-fusion, Phys. LettersB141(1984) 173-176.[20] P Ackerbauer, D.V Balin, V.M Baturin, G.A Beer, ..., E.M Maev, ...,G.G Semenchuk,..., Yu.V Smirenin, A.A Vorobyov, N.I.
Voropaev et al,A precision measurement of nuclear muon capture on 3 He, Phys. LettersB 417 (1998)224-232.[21] E.M. Maev, P. Ackerbauer, D.V. Balin.....G.G. Semenchuk, Yu.V.Smirenin, A.A. Vorobyov, N.I. Voropaev, Measurement of the breakupchannels in nuclear muon capture by 3 He и 4 He. Hyp. Int. 101/102 (1996)423-427[22] V.A. Andreev, T.I. Banks, .... V.A. Ganzha, P. Kammel, P.A. Kravtsov,A.G. Krivshich, B. Lauss, E.M. Maev, O.E. Maev, G.E. Petrov,...G.G.Semenchuk, M.A. Soroka, A.A. Vasilyev, A.A. Vorobyov et al.,Measurement of Muon Capture on the Proton to 1% Precision andDetermination of the Pseudoscalar Coupling gP , Phys. Rev.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
