Диссертация (1145374), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Особенностью даннойустановкиявляется создание высокозарядных ионов прямо в области ловушки Пеннингапосредством подачи исследуемого нуклида в газообразной форме в областьловушки с его последующей ионизацией с помощью электронного пучка. Дляразличных задач фундаментальной физики на данной установке былипроведены измерения масс большого количества стабильных нуклидов сточностью, превышающей 10-10.Существует целый ряд физических задач, требующих знания отношениямасс определённых долгоживущих и стабильных нуклидов с относительнойточностью, значительно превышающей 10-11.
В качестве примера можнопривести определение массы нейтрино с ожидаемой точностью порядка 0.2эВ/c2 из анализа β - распадаRe и электронного захвата в187Ho в163экспериментах как MARE [44], NuMECS [45, 46], HOLMES [47] и ECHo [48].Необходимым условием для достижения декларируемой точности определениямассы нейтрино является определение отношения масс 187Re/187Os и 163Ho/163Dyс точностью, значительно превышающей 10-11.
На сегодняшний день ещё несуществует масс-спектрометров, позволяющих достичь подобных точностейдля широкого спектра нуклидов. Установкой, призванной изменить данноеположение вещей, является масс-спектрометр PENTATRAP, который создаётся11под руководством автора данной диссертации в институте ядерной физикиимени Макса Планка в Гейдельберге (Max-Planck Institut für Kernphysik,Heidelberg) (см.
главу 7) [49, 50]. С введением в эксплутацию данной установкистанет возможным определение масс широкого спектра долгоживущихнуклидов с относительной точностью, достигающей 10-12.Стоит кратко упомянуть ещё три методики, применяемые в наше время дляизмерения масс короткоживущих нуклидов: (а) методика Шотки (Schottky)(SMS) [51], (б) изохронная методика (IMS) [52] и (с) мультирефлектроны (MRToF) [53].Первые две методики применяются в основном на накопительном кольцеESR в научном центре ГСИ в Дармштадте (GSI, Darmstadt). Преимуществомданных двух методов по сравнению с ловушками Пеннинга являетсявозможность измерения в одном эксперименте масс десятков нуклидов вшироком диапазоне массовых чисел. Недостатками методики SMS являютсяневозможность с её помощью измерения масс нуклидов с временами жизни, непревышающими нескольких секунд, и умеренная точность порядка 10-7определения массы нуклидов.
Методика IMS лишена недостатка, связанного сограничением на время жизни нуклидов. Но максимально достижимая точностьопределения масс нуклидов с помощью данной методики на сегодняшний деньне превышает 10-6. Следует также отметить, что в отличие от ловушекПеннинга накопительные кольца являются крупнозатратными и оченьдорогими в эксплутации установками.Перспективнымнаправлениемвобластиизмерениямассоченькороткоживущих нуклидов является использование компактных приборов,объединённых общим названием “мультирефлектроны“. Областью примененияданных приборов являются измерения c точностью примерно 10-6 масснуклидов с периодами полураспада, не превышающими нескольких десятковмиллисекунд.12Целью диссертационной работы являлось:1.
Создание элементов установки SHIPTRAP для проведения on-lineэкспериментов по измерению масс короткоживущих протоноизбыточныхнуклидов, полученных в ядерных реакциях слияния-испарения.2. Подготовка и проведение on-line измерений масс сверхтяжёлыхкороткоживущих нуклидовNo и252-255Lr – первых прямых255,256измерений масс трансурановых нуклидов.3. Подготовка и проведение серии off-line измерений разницы массбольшого количества пар стабильных нуклидов в рамках программы попоиску резонансного усилениябезнейтринного ядерного двойногоэлектронного захвата.4. Предложение и разработка фазового метода определения свободнойциклотронной частоты иона и проведение с помощью данной методикиизмеренийотношениянуклидов 48Са/12С 4 ,масс132Xe/131Xe,Ho/163Dy и163долгоживущихпарRe/187Os с относительной187точностью, близкой к 10-10.5.
СозданиеустановкидолгоживущихPENTATRAPнуклидовсдляпрямогоультра-прецизионнойизмерениямассотносительнойточностью, превышающей 10-11.Научная новизна и практическая ценность работы.В работах, явившихся основой данной диссертации, получены следующиеновые научные результаты:131.
Впервыевмиребылипроведеныпрямыевысокопрецизионныеизмерения масс трансурановых нуклидов с помощью ловушки Пеннинга.Измерены массы сверхтяжёлых нуклидов нобелия и лоуренция, имеющихнаименьшие сечения образования, когда-либо исследованные с помощьюловушекПеннинга.Практическаяценностьданныхизмеренийзаключается в демонстрации возможности проведения подобного родапрямых высокопрецизионных измерений масс трансурановых нуклидов ссечениями образования, не превышающими нескольких десятков нбарн.По результатам данных экспериментов было сделано заключение овозможности проведения на установке SHIPTRAP прямых измеренийнуклидов с протонными числами, достигающими Z=110.
Построенучасток ландшафта масс сверхтяжёлых элементов.2. В экспериментах по определению типа нейтрино упор всегда делался наисследовании безнейтринного двойного β - распада. Альтернативный и понекоторым параметрам более удобный для исследования процессбезнейтринногодвойногозахватаэлектроновядром (0ν2EC)непривлекал к себе должного внимания из-за его очень малой вероятности.Тем не менее в некоторых случаях вероятность процесса, зависящая отразности масс материнского и дочернего нуклидов данного процесса,может быть значительно увеличена. Автором данной диссертациивпервые была реализована комплексная программа по поиску резонансноусиленного процесса безнейтринного двойного электронного захватапосредствомпрямогопрецизионногоизмеренияразностимассматеринского и дочернего нуклидов большого числа 0ν2EC переходов.Практическая ценность данных измерений заключается в нахождениидвух резонансно усиленных 0ν2EC переходов.
Для одного из них, аименно для 0ν2EC в156Dy, была открыта возможность существования14феномена мультирезонансного усиления. В данном нуклиде резонансноусиленный безнейтринный двойной электронный захват может идти начетыре ядерных возбуждённых состояния.3. Автором была предложена, разработана и внедрена на установкеSHIPTRAP совершенно новая методика определения масс нуклидов,получившая в научной англоязычной литературе наименование “phaseimaging ion-cyclotron-resonance technique” или сокращённо “PI-ICR.”Практическая ценность данной методики заключается в том, что онапозволяет определять с точностью порядка 10-7 массы короткоживущихнуклидов с периодами полураспада всего несколько миллисекунд, что наданный момент невозможно достичь ни с одной другой существующейметодикой.
Измеренные с помощью данной методики отношения массдолгоживущих пар нуклидовСа/12С 4 ,48Ho/163Dy и163Re/187Os с187относительной точностью, близкой к 10-10, важны для развитияэкспериментов по определению массы нейтрино, а также для тестаквантовой электродинамики в сильных электромагнитных полях.4. СозданнаяподруководствомавтораданнойработыустановкаPENTATRAP является единственным масс-спектрометром, который вближайшем будущем позволит проводить измерения масс долгоживущихнуклидов с относительной точностью, значительно превышающей 10-11.Это позволит, например, определить Q-значение электронного захватав 163Ho с точностью, как минимум 1 эВ.Публикации, апробация работы.Результатыдиссертационнойконференциях и семинарах:работыдокладывалисьнаследующих151. Международная научная конференция TCP 2006 (Ванкувер, Канада,2006),2.
Международная научная конференция EMIS 2007 (Довиль, Франция,2007),3. Симпозиум на тему “Физика массивных нейтрино“ (Милос, Греция,2008),4. Семинар, посвящённый измерениям масс трансурановых нуклидов наустановке SHIPTRAP (Гейдельберг, Германия, 2009),5. Международная научная конференция DPG 2009 (Гамбург, Германия,2009),6. Международная научная конференция “Heraeus Seminar 2009“ (БадХоннеф, Германия, 2009),7. Международный научный симпозиум SFB 2009 (Гейдельберг, Германия,2009),8. Семинар, посвящённый высокопрецизионной масс-спектрометрии на базеловушек Пеннинга (Гейдельберг, Германия, 2010),9. МеждународнаянаучнаяконференцияTCP2010(Саариселкэ,Финляндия, 2010),10. Доклад на семинаре в ПИЯФ на тему “Проект PENTATRAP“ (Гатчина,Россия, 2010),11.
Доклад на SHIPTRAP собрании в научном центре GSI на тему“Безнейтринный двойной электронный захват“ (Дармштадт, Германия,2011),12. Семинар, посвящённый использованию ловушек Пеннинга в нейтриннойфизике (Гейдельберг, Германия, 2011),13. Международная научная конференция DPG 2011 (Дрезден, Германия,2011),14. Семинар, посвящённый безнейтринному двойному электронному захвату(Гейдельберг, Германия, 2011),15. Международная научная конференция ARIS 2011 (Лёвен, Бельгия, 2011),1616. Международная научная конференция MEDEX 2011 (Прага, Чехия,2011),17.
Международная научная конференция EXON 2012 (Владивосток, Россия,2012),18. Международная научная конференция DPG 2013 (Ганновер, Германия,2013),19. Международная научная конференция LASER 2013 (Познань, Польша,2013),20. Международная научная конференция INPC 2013 (Флоренция, Италия,2013),21. Международная научная конференция “EMMI Physics Days 2013“(Дармштадт, Германия, 2013),22. Доклад на семинаре в отделении атомной физики научного центра GSI(Дармштадт, Германия, 2013),23.
Доклад на семинаре в ПИЯФ на тему “Ловушки Пеннинга дляфундаментальной физики“ (Гатчина, Россия, 2014),24. Международная научная конференция DPG 2014 (Берлин, Германия,2014),25. Доклад на ежегодном NUSTAR собрании в научном центре GSI на тему“Методика PI-ICR“ (Дармштадт, Германия, 2014),26.
Международная научная конференция “Heraeus Seminar 2014“ (БадХоннеф, Германия, 2014),27. Международная научная конференция ECT* 2014 (Тренто, Италия, 2014),28. Международная научная конференция ECTI 2014 (Майнц, Германия,2014),29. Международный научный симпозиум по изучению ядерной структурынуклидов (Стамбул, Турция, 2014),30. Международная научная конференция TCP 2014 (Такамацу, Япония,2014),1731. Доклад на TRIGATRAP семинаре в университете города Майнц на тему“Методика PI-ICR“ (Майнц, Германия, 2014),32.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
