Автореферат (1149402), страница 2
Текст из файла (страница 2)
С использованиемполученного значения показано сильное, на несколько порядковвеличины, сокращение периода полураспада 123 Te в высокотемпературных звездных условиях.4. Предложение и анализ возможностей поиска сигнала от кэВныхстерильных нейтрино в спектре ε-захвата при помощи совместныхэкспериментов, использующих метод болометрии и ионной массспектрометрии.Личный вклад автора.1.
Модернизация системы SHIPTRAP для измерения в офлайн-режиме малых значений разностей масс нуклидов (малых энергийраспадов), позволившая выполнить измерения с долгоживущиминуклидами:6– установка и настройка Nd:YAG-лазера совместно с фокусирующей оптической системой для получения ионов путемлазерной абляции;– установка и настройка шагового электромотора для удаленного управления манипулятором держателя столика смишенными образцами.2. Непосредственное участие в настройке и проведении экспериментана SHIPTRAP по измерению разности масс 187 Re−187 Os с последующей обработкой полученных данных и соответствующимивыводами.3.
Подготовка, проведение и обработка полученных данных в эксперименте по измерению разницы масс 123 Te−123 Sb, произведённыхлично автором.4. Проведение эксперимента на установке ISOLTRAP по измерениюмассы нуклида 202 Tl и обработка полученных данных, а такжевывод о малой перспективности использования нуклида 202 Pb дляопределения абсолютной массы нейтрино.Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложеныв пяти рецензируемых печатных изданиях [1—5], индексируемых в базахданных РИНЦ, Web of Science и Scopus.Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения,пяти глав, заключения и приложения.
Полный объем диссертации составляет 99 страниц текста с 51 рисунком и 7 таблицами. Список литературысодержит 130 наименований.Содержание диссертацииВо введении обосновывается актуальность исследований, проводимыхв рамках данной диссертационной работы, формулируется цель, ставятсязадачи, излагается научная новизна и практическая значимость представляемой работы.Первая глава посвящена описанию ряда физических задач, гдемалые энергии распада нуклидов играют важную роль. Одной из нихявляется определение массы такой элементарной частицы, как нейтрино.Наименее модельно-зависимый метод определения массы нейтрино основан на анализе кинематики β-распада.
Ненулевая масса нейтрино вноситискажение в β-спектр, которое больше всего проявляется вблизи граничнойэнергии этого спектра (рис. 1). Так, совместные усилия метода криогенноймикрокалориметрии для набора β-спектра и высокопрецизионное измерение полной энергии распада (разницы масс материнского и дочернегонуклидов, то есть -значения) с помощью ионной ловушки Пеннинга в7будущем позволит достичь суб-эВ-чувствительности к массе нейтрино. Однако на пути к решению этой глобальной задачи требуется решение рядасопутствующих вопросов.2E-86E-4dN / dEdN / dE1,5E-84E-42E-401E-85E-95001000150020002500E, эВm ν = 0 эВ1 эВ2 эВ3 эВ24622463246424652466E, эВРис.
1. β-спектр 187 Re: полный спектр (слева); область спектра вблизи егограничной энергии для различных значений массы нейтрино ν (справа)Одним из таких вопросов является принципиальная проверка применимости метода криогенной микрокалориметрии для определения массынейтрино. Граничную энергию β-распада можно получить из самого спектра. С другой стороны, пренебрегая массой нейтрино, эта энергия должнабыть в точности равна -значению, которое можно измерить в ловушкеПеннинга. Таким образом, прямое независимое измерение -значения вловушке Пеннинга является хорошим способом проверки применимостикриогенных микрокалориметров как детекторов набора β-спектра и определения из этого спектра массы нейтрино.Другим из таких сопутствующих вопросов является поиск нуклидов смалыми энергиями β-превращений.
На сегодняшний день существуют тринаиболее перспективных кандидата: 3 H, 163 Ho и 187 Re с энергиями распада18,6; 2,8 и 2,5 кэВ соответственно. Однако возможно существование другихкандидатов, энергии распада которых могли бы быть еще меньше, а значит,спектр таких нуклидов мог бы иметь еще большую чувствительность к ν .Таким образом, поиск нуклидов с малыми энергиями β-переходов являетсяактуальной и востребованной задачей.Еще одной задачей в области нейтринной физики, где нуклиды смалыми энергиями распада могут сыграть важную роль, является поискстерильных нейтрино. Обнаружение этих пока что гипотетических частицс массой в диапазоне от ∼ 1 до нескольких десятков кэВ может объяснитьсуществование так называемой теплой темной материи во Вселенной.
Также как и обычное «активное» нейтрино, стерильное может вносить искажения в β-спектр. В частности, эти искажения могут быть обнаружены в8спектре ε-захвата благодаря совместным усилиям в области микрокалориметров и ионных ловушек Пеннинга.Малые энергии распада нуклидов играют не последнюю роль и вобласти ядерной астрофизики, ключевой задачей которой является определение путей протекания процессов нуклеосинтеза в звездах. Так, путь-процесса (процесса медленного захвата нейтронов) определяется балансом вероятностей захвата нейтрона и β-распада. Вероятность β-распада, всвою очередь, в высокотемпературных звездных условиях становится зависимой от температуры.
Особенно этот эффект проявляется для нуклидовс малыми, до ∼ 100 кэВ, энергиями распада. Полную эффективную вероятность β-распада таких нуклидов в звездных условиях можно хорошооценить, если достоверно и точно известно их -значение. Для определения же -значений ловушки Пеннинга подходят наилучшим образом.Вторая глава посвящена описанию основ работы ловушки Пеннинга. Заряженная частица в такого типа ионных ловушках удерживаетсякомбинацией квадрупольного электрического и однородного магнитногополей.
Результирующее движение иона в таком случае является комбинацией трех независимых движений с частотами ω , ω− и ω+ – аксиальной,магнетронной и модифицированной циклотронной частотами соответственно. На рисунке 2 показан возможный вариант движения иона в ловушкеПеннинга, соответствующий некоторым значениям амплитуд собственныхколебаний.zрезультирующеедвижениеаксиальноедвижениепроекция радиальных движений:модифицированноециклотронноемагнетронноеxyРис. 2. Пример траектории движения заряженной частицы в идеальнойловушке Пеннинга. Траектория является суперпозицией трех собственныхколебаний с частотами ω , ω− и ω+9В однородном магнитном поле и при отсутствии электрических полей ион двигался бы по круговой или спиральной траектории с истиннойциклотронной частотой ω , пропорциональной отношению заряда иона к его массе :ω = · /.Наложение электрического поля позволяет удерживать ион в аксиальномнаправлении, однако делает его движение более сложным, как, например,показано на рис.
2. Тем не менее благодаря соотношениямω2 = ω2+ + ω2− + ω2 ,ω ≃ ω+ + ω−истинную циклотронную частоту можно восстановить. Произведя измерения собственных частот реперного иона, масса которого хорошо известна,можно «откалибровать» прибор, то есть определить величину магнитногополя. Зная магнитное поле и измеренные собственные частоты неизвестного иона, можно определить его массу. В качестве реперного можноиспользовать ионы углерода или его кластеров.
В этом случае привязкак эталону масс, каковым является углерод, делает прямой метод определения масс ионной ловушкой в высокой степени достоверным.(а)Z(б)Z(в)φr0электрод:оконечныйZкорректирующийZ0Z0U0кольцевойr0U0корректирующийrоконечныйxyxyРис. 3. Эскиз ловушки Пеннинга гиперболического (а) и цилиндрического (б)типов. Оба типа позволяют создать квадрупольный электрический потенциал вцентре ловушки, эквипотенциальная поверхностькоторого изображена справа (в)Сначала в данной главе рассматривается принцип работы идеальнойловушки Пеннинга. Далее описываются различные эффекты, с которымиприходится сталкиваться при работе с реальной ловушкой. Эти эффекты10устанавливают минимальные технические требования, предъявляемые кразличным составляющим частям спектрометра для достижения желаемой точности измерений.В конце данной главы на качественном уровне описаны три различных метода определения истинной циклотронной частоты вращения ионаω : времяпролетный метод ToF-ICR, метод фазового отображения PI-ICRи метод фурье-преобразования FT-ICR.Третья глава посвящена описанию двух масс-спектрометровSHIPTRAP (GSI, Дармштадт, Германия) и ISOLTRAP (CERN, Женева).Приведены основные характеристики и рассмотрены узловые элементыкаждого из них.На рисунке 4 схематично изображены основные элементы спектрометра SHIPTRAP для офлайн-измерений: лазерный ионный источник, тандемиз первой подготовительной и второй измерительной ловушек, позиционночувствительный детектор.Лазерныйионныйисточникполучение ионовПодготовительнаяловушкаохлаждение ицентрирование ионовИзмерительнаяловушкаПозиционночувствительныйМКП-детекторвозбуждение радиального проекция радиальногодвижения ионовдвижения ионовизображение радиальногодвижения ионов на ПЧ-МКПy−проекцияцентраν - проекцияNd:YAG-лазероднородное магнитное поле 7 Тколичество ионовν - проекцияxРис.
4. Схематичное представление офлайн части установки SHIPTRAP ипроекция радиальных движений иона на позиционно-чувствительном детектореДля измерения истинной циклотронной частоты вращения иона вловушке использовался новый метод фазового отображения PI-ICR4 . Поизмеренным отношениям частот материнского и дочернего ядер определялась разница их масс.В четвертой главе приводится процедура подготовки и измерениймасс нуклидов на спектрометрах SHIPTRAP и ISOLTRAP. На рисунке 5представлены результаты прямых измерений -значений 187 Re [1] и 123 Te[4]. На рисунке 6 представлены измерения отношения циклотронных частот ионов 202 Tl+ и 133 Cs+ на ISOLTRAP [2].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
