Автореферат (1145373)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиЕлисеев Сергей АлександровичВысокопрецизионные измерения масс нуклидов ловушкамиПеннинга для широкого спектра задач фундаментальной физикиСпециальность01.04.16 ̶ Физика атомного ядра и элементарных частицАвторефератдиссертации на соискание учёной степенидоктора физико-математических наукСанкт-Петербург2016Работа выполнена в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт",Федеральном государственном бюджетном учреждении"Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова"Научный консультант:Новиков Юрий Николаевич, доктор физико-математическихнаук, профессор, Петербургский институт ядерной физики им.Б.П.

Константинова, г. Санкт-ПетербургОфициальные оппоненты: Аруев Николай Николаевич, доктор физико-математическихнаук, заведующий лабораторией масс-спектрометрии физикотехнического института им. А.Ф. Иоффе Российской академиинаук, г. Санкт-ПетербургКарпешин Фёдор Фёдорович, доктор физико-математическихнаук, ведущий научный сотрудник Всероссийского научноисследовательскогоинститутаметрологииимениД.И.Менделеева, г.

Санкт-ПетербургЧечев Валерий Павлович, доктор физико-математическихнаук, ведущий научный сотрудник Акционерного общества«Радиевый институт имени В.Г. Хлопина», г. Санкт-ПетербургВедущая организация: Объединённый Институт Ядерных Исследований,г. Дубна, Московская областьЗащитасостоится<< 28 >>июня2016 г.в 11:00 часовназаседаниидиссертационного совета Д 212.232.16 при Санкт-Петербургском ГосударственномУниверситете, по адресу: 199004, Россия, Санкт-Петербург, Средний проспект В. О., д.41/43, Институт наук о Земле, ауд. 304.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ.Автореферат разослан<<____>> ______________ 2016 г.Учёный секретарьдиссертационного совета Д 212.232.16,кандидат физико-математических наук,доцентВласников Александр Константинович3Общая характеристика диссертационной работыАктуальность работыДанная работа посвящена разработке высокопрецизионных методов измерения масснуклидов ловушками Пеннинга для задач фундаментальной физики и использованию этихметодов для измерения масс большого числа как короткоживущих, так и долгоживущихнуклидов для широкого спектра физических задач.Одной из ключевых характеристик нуклида является его масса.

Прецизионное измерениеэтой величины позволяет с достаточно высокой точностью определить полную энергиюсвязи нуклида, которая, по сути, является интегральной характеристикой всех атомных иядерных сил, действующих в нуклиде, и, таким образом, является ключом к решению многихзадач фундаментальной физики: физики ядра [1, 2], астрофизики [3, 4, 5, 6], нейтриннойфизики [7], метрологии [8] и физики фундаментальных взаимодействий и симметрий [9, 10].Относительная точность, с которой необходимо знать массу определённого нуклида,зависит от конкретной физической задачи. Например, для определения в ядре протонных инейтронных замкнутых оболочек достаточно знать массу нуклида с относительнойточностью порядка 10-6. Для исследования феномена деформации ядер и для поиска такназываемых гало-ядер необходимо знать массу исследуемых нуклидов с точностью какминимум 10-7.

Аналогичная точность требуется для корректного описания образованиятяжёлых элементов в астрофизических процессах быстрых захватов нейтронов (r-процесс) ипротонов (rp-процесс). Для проверки теории слабого взаимодействия, в частности, гипотезысохранения векторного тока (CVC) и унитарности CKM-матрицы, необходимо знатьотношение масс материнских и дочерних нуклидов сверхразрешённых β -переходов сточностью порядка 10-8. Во всех выше перечисленных задачах исследуются короткоживущиенуклиды с периодами полураспада, обычно не превышающими нескольких секунд.

Дляопределения типа нейтрино требуется знание отношения масс фактически стабильныхматеринских и дочерних нуклидов двойных EC-переходов с точностью порядка 10-9.Наивысшая точность, превышающая 10-11, требуется при измерении отношения масс такихпар нуклидов, как 3He/3H,187Re/187Os и163Ho/163Dy для возможности определения массынейтрино на уровне порядка нескольких сотен мэВ/c2.В настоящее время наиболее продвинутой методикой измерения масс нуклидов являетсявысокопрецизионная масс-спектрометрия на базе ловушек Пеннинга, получившая бурноеразвитие в последние два десятилетия. Масс-спектрометры на основе этого метода не имеютсебе равных в разрешающей способности и точности определения масс, и поэтому они стали“рабочими лошадками“ в экспериментах по измерению масс нуклидов для фундаментальной4физики.

Ловушка Пеннинга представляет собой суперпозицию сильного постоянногооднородного магнитного и постоянного квадрупольного электростатического полей. Даннаяконфигурация полей позволяет удерживать заряженные частицы в малом объёме довольнопродолжительное время. Масса m заряженной частицы с зарядом qопределяетсяпосредством измерения циклотронной частоты ν c вращения данной частицы в магнитномполе B:1 = 2 .(1)Один из таких масс-спектрометров, SHIPTRAP, запущенный с ведущим участием авторадиссертации в Гельмгольц центре ГСИ в Дармштадте (Германия), был использован дляпроведения первого в мире прямого измерения масс некоторых изотопов трансурановыхэлементов нобелия и лоуренсия и выполнения программы по поиску резонансного усилениябезнейтринного ядерного двойного электронного захвата.

Также автором были проведеныизмерения масс c относительной точностью порядка 2·10-10 ряда нуклидов для проверкиквантовой электродинамики в сильных электромагнитных полях и для целей нейтриннойфизики. Для этого автором диссертации была предложена и внедрена принципиально новаяметодика, получившая название “phase-imaging ion-cyclotron-resonance (PI-ICR) technique“[11].

Стоит подчеркнуть, что благодаря новой методике впервые в мире было измерено сотносительной точностью 2·10-10 отношение свободных циклотронных частот однозарядныхионов серии тяжёлых нуклидов.Под руководством автора диссертации в институте ядерной физики имени Макса Планкав Гейдельберге (Max-Planck Institut für Kernphysik, Heidelberg) [12, 13] создан и введён вэксплутацию масс-спектрометр PENTATRAP, на котором в ближайшем будущем впервыестанет возможным определение масс широкого спектра долгоживущих нуклидов сотносительной точностью, значительно превышающей 10-11.

Такие точности определениямасс необходимы, например, для определения масс (анти)нейтрино на уровне несколькихсотен мэВ/c2 из анализа процессов бета-распада 187Re и электронного захвата в 163Ho.Целью диссертационной работы являлось:1. Создание элементов установки SHIPTRAP для проведения on-line экспериментов поизмерению масс короткоживущих протоноизбыточных нуклидов, полученных вядерных реакциях слияния-испарения.2. Подготовка и проведение on-line измерений масс сверхтяжёлых короткоживущихнуклидовнуклидов.252-255No и255,256Lr – первых прямых измерений масс трансурановых53.

Подготовка и проведение серии off-line измерений разницы масс большогоколичества пар стабильных нуклидов в рамках программы по поиску резонансногоусиления безнейтринного ядерного двойного электронного захвата.4. Предложение, разработка и внедрение фазового метода определения свободнойциклотронной частоты иона и проведение с помощью данной методики измеренийотношения масс долгоживущих пар нуклидов48Са/12С 4 ,132Xe/131Xe,163Ho/163Dyи 187Re/187Os с относительной точностью, близкой к 10-10.5. Создание установки PENTATRAP для прямого измерения масс долгоживущихнуклидов с ультра-прецизионной относительной точностью, превышающей 10-11.Научная новизна и практическая ценность работыВ работах, явившихся основой данной диссертации, получены следующие новые научныерезультаты:1. Впервые в мире были проведены прямые высокопрецизионные измерения масстрансурановыхнуклидов с помощью ловушки Пеннинга.

Измерены массысверхтяжёлых нуклидов нобелия и лоуренция, имеющих наименьшие сеченияобразования, когда-либо исследованные с помощью ловушек Пеннинга. Практическаяценность данных измерений заключается в демонстрации возможности проведенияподобного рода прямых высокопрецизионных измерений масс трансурановыхнуклидов с сечениями образования, не превышающими нескольких десятков нбарн.По результатам данных экспериментов было сделано заключение о возможностипроведения на установке SHIPTRAP прямых измерений нуклидов с протоннымичислами, достигающими Z=110.

Построен участок ландшафта масс сверхтяжёлыхэлементов.2. В экспериментах по определению типа нейтрино упор всегда делался наисследовании безнейтринного двойного β - распада. Альтернативный и по некоторымпараметрам более удобный для исследования процесс безнейтринного двойногозахвата электронов ядром (0ν2EC) не привлекал к себе должного внимания из-за егоочень малой вероятности. Тем не менее в некоторых случаях вероятность процесса,зависящая от разности масс материнского и дочернего нуклидов данного процесса,может быть значительно большей в результате его резонансного усиления. Авторомдиссертации была предложена иреализована комплексная программа по поискунуклидов, в которых возможно резонансное усиление процесса безнейтринногодвойного электронного захвата.

Эта программа заключается в прямом прецизионномизмерении разности масс материнского и дочернего нуклидов большого числа 0ν2EC6переходов. Практическая ценность данных кропотливых измерений сводится кнахождению двух резонансно усиленных случаев. Для одного из них, а именно для0ν2ECв156Dy,былаоткрытавозможностьсуществованияфеноменамультирезонансного усиления.3. Автором был предложен, разработан и внедрён на установке SHIPTRAP совершенноновый метод определения масс нуклидов, получивший в научной англоязычнойлитературе наименование “phase-imaging ion-cyclotron-resonance technique” илисокращённо “PI-ICR.” Практическая ценность данной методики заключается в том,что она позволяет определять с относительной точностью лучше чем 10-7 массыкороткоживущих нуклидов с периодами полураспада всего несколько миллисекунд,что на данный момент невозможно достичь ни с одной из существующих методик.Измеренные с помощью метода PI-ICR отношения масс долгоживущих парнуклидов 48Са/12С 4 , 163Ho/163Dy и 187Re/187Os с относительной точностью, близкой к 1010, важны для развития экспериментов по определению массы нейтрино, а также длятеста квантовой электродинамики в сильных электромагнитных полях.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации