Диссертация (1145365), страница 3
Текст из файла (страница 3)
(1979-1988 гг.),- установка для измерения на пучке PSI (Швейцария) коэффициентаприлипания мюонов ωdt в процессе dtµ-катализа на основе ИК с рабочимдавлением до ∼200 атм (1989-1992 гг.),14- установка с криогенной ИК для прецизионного измерения на пучкеPSI (Швейцария) параметров ddµ-катализа в газовых смесях D2 , H2 +D2и HD. Установка имела систему стабилизации температуры в диапазоне28÷350 К и систему контроля газовых смесей (1994-1997 гг).Все упомянутые установки были созданы в ПИЯФ и эксплуатировалисьв течении длительного времени, обеспечив получение новой информации опараметрах мюонного катализа.На созданных в ПИЯФ установках были получены уже упоминавшиеся данные об основных параметрах ddµ-катализа при комнатной температуре: скорость образования молекул ddµ, отношение выходов двух каналов dd- синтеза, коэффициент прилипания мюонов ωdd к ядрам 3 Не.
Былисследован также процесс молекулярной перезарядки dµ-атомов на ядра3Не и 4 He, измерена температурная зависимость скорости ddµ-катализа издвух спиновых состояний атомов dµ (F=3/2, F=1/2) и были получены экспериментальные данные, на основе которых была рассчитана с высокойточностью энергия слабосвязанного уровня ε11 в ddµ-молекуле, подтвердившая правильность теоретического описания резонансного механизма.Кроме того, на тритиевом комплексе ПИЯФ была измерена скорость dtперезарядки, а также скорости dtµ-катализа на D2 и HD-молекулах. Затемна пучке PSI (Швейцария) был измерен коэффициент прилипания мюонов ωdt в dtµ-катализе, обнаружен эпитермальный канал в смесях H/D/Tи H/D и определены параметры нерезонансного процесса ddµ-катализа намолекулах HD.Методика ионизационной камеры высокого давления была позднееуспешно применена в экспериментах по исследованию µ -захвата на легких ядрах 3 Не [20] и 4 Не [21].
Модернизированный вариант детектора ввиде время-проекционной камеры, работающей при 10 атм. сверхчистоговодорода, использовался в эксперименте ”Мюон” (1998-2007 гг.) по прецизионному измерению скорости захвата мюона из синглетного состояния pµатома [22].Приведенный выше перечень полученных в ПИЯФ результатов позволяет считать, что основные задачи по проекту ”Мю-катализ” были успешно15выполнены, а разработанная методика показала свою высокую эффективность.Основной акцент диссертации связан с анализом процессов, сопровождающих мюонный катализ dd-синтеза, как наиболее детально описанныхтеоретически и наиболее полно исследованных экспериментально в различных типах газовых смесей.
В некоторых случаях при анализе данныхмы будем использовать и результаты, полученные нами при исследованииdtµ катализа той же методикой ионизационной камеры высокого давления(например, по коэффициенту прилипания ωdt ).Актуальность проблемы, которой посвящена диссертация, вытекаетиз теоретических предпосылок возможного практического применения явления мюонного катализа для производства ядерного топлива и созданияинтенсивных источников нейтронов.
Многочисленные процессы, из которых складывается явление мюонного катализа (образование и термализация мюонных атомов, реакции перехвата мюонов, образование мюонныхмолекул и последующий ядерный синтез), требуют детальных расчетов ихпараметров, значения которых должны быть подтверждены надежнымиэкспериментальными данными.Цель диссертационной работы состояла в комплексном исследовании основных характеристик процесса мюонного катализа реакций dd синтеза в газах D2 , H2 + D2 и HD.
Для достижения поставленной цели былареализована следующая программа в рамках проекта "Мю-катализ":1. Разработан новый метод исследования явления мюонного катализа,использующий ионизационную камеру высокого давления (Р∼100 атм.) вкачестве активной мишени и одновременно в качестве детектора заряженных продуктов ядерного синтеза. Новый метод обеспечивает 4π геометриюи 100% эффективность регистрации продуктов синтеза.2. Проведена серия экспериментов по прецизионному измерению скорости образования молекул ddµ в области температур 28÷350 К для определения значения энергии слабосвязанного уровня ε11 в ddµ- молекуле.3. Измерены отношения выходов двух каналов dd синтеза в процессемюонного катализа на молекулах D2 и HD.4.
Измерена скорость переворота спина dµ- атомов.165. Измерено значение коэффициента прилипания мюонов ωdd при различных плотностях газа в мишени.Научная новизна работы представлена следующими результатами:Впервые измерено с высокой точностью абсолютное значение скорости образования ddµ-молекул в газе D2 при температуре Т=300 К:λddµ−D2 =(2,76±0,08)·106 с−1 , подтверждающее резонансный механизм их образования.Впервые измерена скорость образования ddµ-молекул в смеси HD притемпературе Т=300 К: λddµ−HD =(0,3±0,1)·106 с−1 , указывающая на нерезонансный характер процесса для молекул HD.Проведены прецизионные измерения температурной зависимости скорости λddµ−D2 (Т) в диапазоне 28 K<T<350 K, позволившие определитьэнергию слабосвязанного уровня ε11 =-1,9651±0,0007 эВ в ddµ-молекуле иподтвердить правильность теоретических расчетов всех процессов, составляющих ddµ-катализ.Впервые измерено отношение выходов двух каналов dd-синтезаR=Y(3 He+n)/Y(3 H+p) = 1,39 ± 0,04, указывающее на нарушение изотопической симметрии.Впервые продемонстрировано изменение величины R от R∼1,4 при температуре Т=300 К до R∼1,0 при Т< 70 К, т.е.
при переходе от резонансногомеханизма к нерезонансному.Повышена в 5 раз точность измерения значения ωdd при работе на пучкеPSI.Обнаружен эпитермальный механизм образования dtµ- молекул в тройной H/D/T смеси (λdtµ−HD ) и эпитермальный механизм образования ddµмолекул в двойной H/D смеси (λddµ−HD ), вызванный медленной термализацией ”горячих” tµ- и dµ-атомов в смесях, содержащих водород (эффектРамзауэра), и наличием высоколежащих резонансов в сечении образованияуказанных молекул.Впервые измерены основные параметры нерезонансного механизма образования молекул ddµ на молекулах HD – скорость процесса, его температурная зависимость, отношение каналов dd-синтеза, скорость переворотаспина.17Практическая значимость работы определяется возможностью использования полученных данных для проверки теоретического описанияпроцессов, составляющих мюонный катализ, а также для оценки возможности практического использования этого физического явления:Измерены основные параметры мюонного катализа dd-синтеза – скорость образования ddµ- молекул и коэффициент прилипания мюонов ωdd кядрам 3 Не.
Высокая точность измерений ωdd позволяет проверить расчетыначального прилипания в процессе dd- синтеза в мезомолекулах и процессастряхивания мюонов при движении мезоатомов в среде.Благодаря 100% эффективности нового метода получены абсолютныезначения скорости образования ddµ- молекул в диапазоне температур28<T<350 K, что позволило с высокой точностью (∼10−4 ) определить энергию ε11 слабосвязанного уровня и проверить тем самым результаты расчетов системы трех тел с кулоновским взаимодействием, какой являетсямезомолекула ddµ.Новый метод исследования на основе ионизационной камеры в дальнейшем успешно применялся в экспериментах по изучению перехвата мюоновс дейтерия на ядра гелия, а также для изучения реакций захвата мюоновядрами гелия и водорода. Накопленный опыт свидетельствует о перспективности применения новой методики в физических исследованиях.На защиту выносятся:Новый метод исследования явления мюонного катализа (метод времяпроекционной ионизационной камеры высокого давления), обладающий 4πгеометрией и 100% эффективностью регистрации продуктов синтеза.Результаты измерения температурной зависимости скорости образования ddµ- молекул, подтверждающие резонансный характер этого процессаи позволившие определить энергию слабосвязанного уровня ε11 =(-1,9651 ±0,0007) эВ с уникальной точностью.Достижение нового уровня точности (∼0,5%) в измерении коэффициента прилипания мюонов ωdd .Результаты измерения скорости переворота спина dµ-атомов и определение вклада в эту скорость процесса обратного распада мезомолекулярных комплексов.18Результаты измерения отношения выходов двух каналов dd-синтеза итемпературной зависимости этого отношения для молекул D2 и HD.Обнаружение эпитермального механизма образования dtµ- молекул втройной H/D/T смеси (λdtµ−HD ) и эпитермального механизма образованияddµ- молекул в двойной H/D смеси (λddµ−HD ).Результаты измерения параметров нерезонансного механизма образования ddµ- молекул на молекулах HD.Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работыбыли представлены на международной конференции по проблемам малонуклонных систем (PANIC) в Гейдельберге в 1984 г., на сессиях ОЯФ АНСССР в1983 и 1986 гг., на международных конференциях по мюонномукатализу в Токио (MCF-86), в Гатчине (MCF-87), в Оксфорде (MCF’89),в Вене (MCF-90), в Санта-Фе (LEMS-93), в Дубне (MCF-95), в Асконе(EXAT-98), в Токио (MCF-2001), в Дубне (MCF-07), а также на сессияхУченого Совета ПИЯФ.Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 печатныхработ. Из них 3 работы опубликованы в журналах Письма в ЖЭТФ иЭЧАЯ, относящихся к Списку ВАК российских ведущих рецензируемыхжурналов, 7 работ опубликованы в Phys. Letters и Hyperfine Interactions,которые аннотируются в ”Web of Science: Science Citation Index Expanded”и 2 работы зарегистрированы как изобретение.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
