Автореферат (1149402)

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

Текст из файла

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиФилянин Павел ЕвгеньевичИзмерение малых энергий β-распада нуклидовс использованием ионных ловушек ПеннингаСпециальность 01.04.16 —Физика атомного ядра и элементарных частицАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург — 2018Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научный руководитель:Новиков Юрий Николаевич, докторфизико-математических наук, профессорФедерального государственного бюджетно­го учреждения «Петербургский институтядерной физики им. Б. П.

КонстантиноваНационального исследовательского центра«Курчатовский институт», г. Гатчина.Официальные оппоненты:Карпешин Фёдор Фёдорович, доктор фи­зико-математических наук, ведущий научныйсотрудник Федерального государственногоунитарного предприятия «Всероссийский на­учно-исследовательский институт метрологииим. Д. И. Менделеева», г. Санкт-Петербург,Лубашевский Алексей Владимирович,кандидат физико-математических наук, стар­ший научный сотрудник Объединенного ин­ститута ядерных исследований, г. Дубна.Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки «Физико-техническийинститут им.

А. Ф. Иоффе» Российскойакадемии наук, г. Санкт-Петербург.Защита состоится 21 июня 2018 г. в 14:30 часов на заседании диссерта­ционного совета Д 212.232.16 при Санкт-Петербургском государственномуниверситете по адресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний проспект В. О.,д. 41/43, Институт наук о Земле, ауд. 304.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте СПбГУhttp://disser.spbu.ruАвтореферат разослан «Ученый секретарьдиссертационного совета»2018 г.Власников А.

К.Общая характеристика работыАктуальность темы. На сегодняшний день ионные ловушки игра­ют важную роль во множестве научных экспериментов, нацеленных наисследование фундаментальных законов природы. Внедренные в физикуеще в конце прошлого столетия и активно развивающиеся в последнеевремя, ионные ловушки доказали свою состоятельность в определенииосновополагающих свойств атомных систем и элементарных частиц, аособенно в определении такого их свойства, как масса. Наилучшим пока­зателем по точности измерения масс заряженных частиц обладает такойтип ловушки, в которой частица удерживается в комбинации квадруполь­ного электрического и однородного магнитного полей – так называемаяловушка Пеннинга. Именно этот тип ионных ловушек использовался дляопределения масс нуклидов, рассматриваемых в данной диссертации.Масса, являясь фундаментальным свойством атомов и элементарныхчастиц, позволяет решить широкий круг физических задач.

Так, важней­шей задачей в области нейтринной физики является определение массынейтрино. Являясь нейтральной частицей, нейтрино не может быть удер­жано и напрямую исследовано в ионных ловушках. В то же время нейтриноможет рождаться в процессе слабого взаимодействия – β-распаде, а деталь­ное изучение спектра β-распада является наименее модельно-зависимымспособом определения массы нейтрино. В этом случае наибольший инте­рес вызван к нуклидам с малой энергией β-распада – до ∼ 100 кэВ. Такимобразом, поиск нуклидов с соответствующими критериями для разных ти­пов β-превращений является актуальной задачей. С этой целью нами быливыполнены онлайн-измерения массы 202 Tl, на основании которых были сде­ланы выводы о том, является ли 202 Pb альтернативным кандидатом дляизучения спектра его ε-захвата с целью определения массы нейтрино.Нуклидом с наименьшей энергией распада = 2,5 кэВ в сектореβ− -распада является 187 Re.

За последние 50 лет было выполнено семьэкспериментов по набору его β− -спектра, в каждом из которых было полу­чено граничное значение энергии спектра. Не все полученные результаты,однако, согласуются между собой. С целью разрешения данной пробле­мы нами были предприняты прямые независимые измерения -значения187Re, то есть разницы масс 187 Re−187 Os. Полученный нами результат раз­решил этот актуальный вопрос и показал перспективность использованиякриогенных микрокалориметров в дальнейших исследованиях для опреде­ления массы нейтрино.Обозначенные выше проблемы нейтринной физики касаются опре­деления массы активного нейтрино, подчиняющегося слабому взаимодей­ствию, описываемому Стандартной моделью элементарных частиц.

Однаков последнее время активно обсуждается возможность существования такназываемого стерильного нейтрино с массой в диапазоне от ∼ 1 до3нескольких десятков кэВ1 . Существование таких частиц могло бы объяс­нить наличие темной материи во Вселенной. Нами был предложен способобнаружения стерильных нейтрино в спектре ε-захвата при помощи мето­да криогенной микрокалориметрии с использованием результатов ионноймасс-спектрометрии. Важным критерием к нуклидам для изучения ихспектра ε-захвата является все та же малая (до ∼ 100 кэВ) энергия ихраспада.Определение путей протекания астрофизических процессов нуклео­синтеза и исследование свойств этих процессов является еще однойактуальной проблемой современной физики.

Так, при определении путипротекания -процесса (медленного захвата нейтронов) к нуклидам с малы­ми энергиями распада уделяется особое внимание. Путь -процесса зависитот баланса между сечением захвата нейтронов и вероятностью β-распадакаждого из рассматриваемых нуклидов. Проблема заключается в том, чтодля нуклидов с малыми энергиями распада вероятность их β-переходовможет существенно изменяться при больших температурах, то есть сильноотличаться от той, которая измерена в лабораторных условиях. Введениесоответствующих поправок на высокотемпературный эффект основывает­ся в том числе и на точном и достоверном знании полной энергии распадатаких нуклидов, что на сегодняшний день могут обеспечить только ион­ные ловушки Пеннинга.Целью данной работы является высокопрецизионное измерение какабсолютных значений масс нуклидов, так и их разностей при помощи ло­вушек Пеннинга для задач нейтринной физики и ядерной астрофизики.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следу­ющие технические и методические задачи:– переоборудование и настройка масс-спектрометра SHIPTRAP дляработы в офлайн-режиме,– подготовка и настройка масс-спектрометра ISOLTRAP для измере­ний в режиме онлайн.Научная новизна заключается в проведении полномасштабногоофлайн-эксперимента по прямому измерению масс нуклидов с использо­ванием фазового метода регистрации PI-ICR на установкe SHIPTRAP,изначально предназначенной для онлайн-исследований.

Впервые была из­мерена разница масс 123 Te−123 Sb и 187 Re−187 Os, а на установке ISOLTRAP– абсолютное значение массы 202 Tl. На примере нуклида 123 Te показанозначительное, на много порядков величины, уменьшение времени жизнинуклида в высокотемпературных астрофизических условиях по сравнениюс земными условиями. Впервые продемонстрирована возможность методасовместного использования калориметров и ловушек Пеннинга для поискастерильного нейтрино.1 Kusenko A. Sterile Neutrinos: the Dark Side of the Light Fermions / A. Kusenko //Physics Reports.

2009. Vol. 481. P. 1.4Практическая значимость диссертационной работы заключаетсяв том, что1) подтверждена правильность измерений малой граничной энергииβ-распада методом микрокалориметрии, что свидетельствует оботсутствии значимых систематических сдвигов этих значений иоткрывает зелёную дорогу для использования этого метода в экс­периментах по определению абсолютной массы нейтрино;2) продемонстрированный эффект изменения времени жизни 123 Teв высокотемпературных звездных условиях в дальнейшем былиспользован для описания процесса ядерного синтеза изотоповтеллура 122−124 Te в ходе -процесса в звездах2 . Этот результат, также как и в случае нуклида 187 Re, свидетельствует о необходимостипроверки наличия такого сильного эффекта сокращения временижизни и у других долгоживущих нуклидов с целью создания вбудущем карты времён их жизни в астрофизических условиях;3) полученное значение полной энергии распада 202 Pb позволило ис­ключить этот нуклид из рассмотрения его как альтернативногокандидата для определения массы нейтрино;4) продемонстрированная на качественном уровне чувствительностьпредложенного нами способа к детектированию присутствия сте­рильного нейтрино в дальнейшем может помочь в проектированиисоответствующего эксперимента для обнаружения этой частицы;5) полученные в данной работе масс-спектроскопические значениявключены в общую базу ядерных данных3 .Достоверность полученного значения энергии распада 187 Re под­тверждается тем, что это значение хорошо согласуется с тремя последнимиболее точными (однако косвенными) измерениями этой энергии методомкриогенной микрокалориметрии.

Достоверность полученного значенияэнергии распада 123 Te подтверждается тем, что эти измерения производи­лись на установке SHIPTRAP, которая в ряде предыдущих экспериментовуже доказала свою надежность и работоспособность как в режиме он­лайн, так и офлайн. Достоверность полученного абсолютного значениямассы 202 Tl подтверждается тем, что в измерениях использовались триразличных калибровочных источника, совокупность которых минимизиру­ет вклад возможной систематической ошибки.Апробация работы. Результаты работы были доложены на следу­ющих конференциях и рабочих совещаниях:2 Takahashi K. Synthesis of the s-Only 122,123,124 Te Isotopes and the Selective Deple­tion of 123 Te by Electron Capture Process in Massive Stars / K. Takahashi, K.

Blaum,Yu. Novikov // The Astrophysical Journal. 2016. Vol. 819. P. 118.3 The AME2016 Atomic Mass Evaluation (I). Evaluation of Input Data and AdjustmentProcedures / W. Huang [et al.] // Chinese Physics C. 2017. Vol. 41. P. 030002.51) «Ультрапрецизионное измерение разности масс 187 Re−187 Os иядерная космохронология». «КМУС-2014», Гатчина;2) «Измерение энергии распада 123 Te и его распад в звездных усло­виях». «КМУС-2015», Гатчина;3) «Низкоэнергетичная ядерная изомерия в астрофизике и кос­мохронологии».

Международная молодёжная конференция«ФизикА.СПб», Санкт-Петербург, 2016 г.;4) Penning Trap Mass Spectrometry for Neutrino Physics. EURORIB-15,Honenda, Germany, 2015;5) «Масс-спектрометр PENTATRAP для задач нейтринной физики».Семинар отделения физики высоких энергий в НИЦ «Курчатов­ский институт» – ПИЯФ, Гатчина, 2017 г.;6) «Измерения малых энергий распада нуклидов для задач фунда­ментальной физики». Семинар отделения физики высоких энер­гий в НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ, Гатчина, 2018 г.Основные положения, выносимые на защиту.1.

Результат эксперимента на SHIPTRAP по прямому измерению раз­ности масс 187 Re−187 Os: = 2,492(33) кэВ. Полученный результатразрешил давнюю загадку плохо согласующихся -значений 187 Re,полученных в разных экспериментах и разными методами, по­казывая таким образом перспективность использования методакриогенной микрокалориметрии для определения массы нейтри­но.2. Результат эксперимента на ISOLTRAP по измерению массы 202 Tl,на основании которого определена разница масс 202 Pb−202 Tl: = 38,8(43) кэВ. Полученный результат позволил выявить, чтоβ-спектр 202 Pb не обладает высокой чувствительностью к массенейтрино, а потому использование 202 Pb для определения массынейтрино не является целесообразным.3. Результат эксперимента на SHIPTRAP по прямому измерению раз­ности масс 123 Te−123 Sb: = 51,912(67) кэВ.

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