mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 38
Текст из файла (страница 38)
8 18, п. 9). Таблица 41 ь В дальнейшем мы увидим, что кроме перечисленных зарядов — квантовых чисел (см. примечание на с, 214 первой книги) — существуют еще тни квантовых числа с аналогичными свойствами: странность (8 11б), очарование Я 125) и прелесть В 12б). еь По данным 1988 г. ть<18 зВ. "' Напомним, что, строго говоря, понятие «спиральность» монне вводить только для частиц с т=о.
для частиц с таас следует говорить о продольной поляризации. Глава Х*е!11. Лепепапы !88 йв а1в Рис. 40! Рис. 402 СпиРальность Р„вытекает из схемы Распада к е Р + Оп, пРи котором отрицательный мнюн и р„разлетаются в разные стороны (рис. 401) с полным моментом колйчества движения, равным нулю (так как я„= О).
Из схемы распада очевидно, что спиральности р и й„одинаковы: обе равны +1. Если спиральносп, й„положительна, то спиральность ее античаспщы ип должна быть отрицательна. Из схемы распада я+-+р'+и„вытекает также отрицательная спиральность положительного мюона. Независимо от этого рассуждения спиральность ип может быть установлена из схемы распада р -мюона р -ве +0,+и„, в которой известны спиральности трех частиц (р, е и 9,) и спины всех частиц. Действительно, рассмотрим распад, соответствующий вылету электрона с максимальной энергией (т.
е. вылету ип и 0, в противоположном направлении). Тогда из закона сохранения момента количества движения и известной ориентации спинов р, е и 0. следует, что чп должно иметь спин, направленный против своего импульса (рис. 402), т. е. отрицательную спиральность. Спиральность р+ определяется из распада я'- р++и„. $ 106. Взаимодействие мюонов с веществом 1. р-АТОМЫ И р-МОЛЕКУЛЫ ВОДОРОДА.
р-КАТАЛИЗ Как известно, одной из важнейших задач современной ядерной физики и физики плазмы является осуществление управляемой термоядерной реакции, т. е. получеш(е энергии синтеза из реакций +зКе+и в(+1 в Не+и и в(+г(Г, 3 и+р. (1Об.1) Чтобы эти реакции пошли с большой вероятностью (за счет туннельного эффекта~ ядра должны быть сближены до расстояний порядка 1Π— 10 'с см. Эту задачу сейчас пытаются решить нагреванием й- илн ееп'-смесей до .температуры 10и— 1а9 3' !Об, Взаимодействие мютим с вещество.и Г зв-~ в оз 1 / ° Р~ 7 1 4 ) и Рис.
4ЕЗ Рис. 404 (! 06.2) В 1957 г. Альварецу впервые удалось зарегистрировать в водородной пузырьковой камере с естественной примесью дейтерия явление р-катализа, состоящего из четырех этапов: образование р -атома, р +р-+р р; (106.3) 1мм 10в', которая соответствует настолько высокой кинетической энергии теплового движения, что ионы с такой энергией способны сближаться на необходимые расстояния несмотря на противодействие кулоновского барьера. Нагревание можно проводить квазинепрерывно в системах типа Токамак или импульсно пучками лазера, релятивистских электронов или ионов. Есть еще один потенциальный путь инициирования реакции синтеза — использование явления р-катализа. Мы говорили, что масса мюона тиое200сп, и что т„=2,2 1О в с, а по остальным свойствам он аналогичен электрону, В частности, отрицательный мкюн может заменить электрон на боровской орбите атома и образовать р -атом (рис.
403, а). Из-за т„/еп,-200 радиус р-орбиты в р-атоме примерно в 200 раз меньше радиуса е-орбнты. Соответственно 1з-атомы типа р р, р Ы и р 1 в 200 раз меньше, чем соответствующие изотопы водорода ' Н, ' Н и ' Н. Благодаря этому обстоятельству и нулевому электрическому заряду р-атом может близко подойти к ядру и образовать р-молекулу типа ррах фс(, Ырд размеры которой достаточно малы (1О "— 1О 1о см) для протекания реакций рс1, сЫ или в(г за счет туннельного перехода (рис. 403, 6). Если, например, реакция й успеег произойти до того, как мюон распадется, и при этом он не захватится ядром 4Не, а освободится, то в принципе этот мюон может провзаимодействовать второй, третий, ..., п-й раз, инициируя в каждом акте новую реакцию Й: в(+1 и+вНе, Я=17,6 МэВ.
Глава ХЪ'Н1. Лвмионы изотопный обмен, !з р+И- р Ы+р; (106.4) образование р -молекулы, !з Ы+р- рр Ы; (106.5) синтез с освобождением мюона, рр л-+зНе+!з . (106.6) На 2500 остановок первичного мюона было обнаружено 15 вторичных мюонова, следы которых начинаются на расстоянии 1 мм от конца следов первичных мюонов (рис. 404). Средняя энергия вторичного мюона Т„= 5,3 МэВ. Разрыв между концом следа первичного и началом следа вторичного мюонов объясняется процессом изотопного обмена (106.4), который идет с выделением энергии 135 эВ, равной разности энергии связи мюона в р в(- н р р-системах. Эта энергия распределяется между р л и р, благодаря чему р Ы приобретает кинетическую энергию Т„,=48 эВ, соответствующую пробегу 1 мм.
Малое количество (15 на 2500) вторичных мюонов может быть связано с тем, что скорость какого-либо этапа и-катализа меньше скорости распада мюона. Таким образом, очень важно рассчитать илн измерить скорости Х; всех этапов р-каталнза. Второй возможной причиной малой вероятности и-катализа может быть наличие реакции ~1-+!з зНе-1-7 (106.7) которая идет с большой вероятностью наряду с реакцией зРР И-+зНе+!з . В Реакции (106.7) мюон захватываетсЯ ЯдРом Йе н выбывает из дальнейшего процесса. В связи с этим вероятность В; захвата мюона ядром также является важным параметром рассматриваемой проблемы. Результаты опыта Альвареца стали понятны после теоретических расчетов, которые показали, что из всех этапов р-катализа самым медленным является образование р-молекулы, скорость которого для жидкого дейтерия )„теоеж4 ° 104 с '«~Х =4 6 10з с (106.8) где Ха — скорость распада мюона.
Специальные измерения Х, сделайные в 1960 г. в жидком дейтерии, дали близкое значение: )~эвап 76 104 с (106.9) Положение с и-катализом стало казаться безнадежным, и интерес к этой проблеме почти повсеместно пропал. Новый энтузиазм вспыхнул после опытов В. П. Джелепова с сотрудниками, выполненных в 1966 г.
в Дубне на диффузи- в В одном елучае было зарегиетрироаано даа цикла р-катализа. 191 3 106. Взаииодсйсзиеис зоооное с всщесомом он ной водородной камере с примесью дейтерия. Эти опыты дали )ь- =7,5 10'с (106.10) т, е. в 10 раз больше теоретического и экспериментального значений Х для жидкого дейтерия. Такие же результаты были получены через 10 лет в опытах с газообразным дейтерием, Полученное значение Х =7,5-10' с '>Хо =4,6 10з с '.
Поэтому если И',ж1, то можно рассчитывать на многократное повторение процесса. Спрашивается, почему )ь для жидкого дейтерия в 10 раз меньше, чем для газообразного7 Откуда берется такая сильная температурная зависимость скорости реакции? Для ответа иа этот вопрос Э. А. Весман предложило, а дубненские теоретики рассчитали резонансный механизм образования р-молехулы Н)зс/, который весьма чувствителен к температуре. Рассмотрим схему образования /з-молекулы Н)и/. После того как )зИ-атом сблизится с одним из дейтронов молекулы Вз, образуется сложная система 1(с/)зЫ)И2е], состоящая из /з-молекУлы Ы)зс/, второго ДейтрОНа из 13з и двух элвктронов (рис. 405).
Точные расчеты Л. И. Пономарева с сотрудниками (Дубна)*е, основанные на решении задачи трех тел, показали, что р-молекула Ы)зс/ имеет четыре энергетических состояния с относительно большими значениями энергии связи и (от 36 до 325 эВ) и одно слабосвязанное с а=2~0,1 зВ. Если с//зИ-молекула образуется в одном из сильносвязанных состояний, то выделяющуюся при этом энергию связи может унести электрон (энергия ионизацин которого равна 15 эВ). В этом случае никакой резонансной зависимости вероятности образования с/)зс/-молекулы от температуры, очевидно, быть не может, так как кинетическая энергия )зИ-атома (0,004 эВ в жидком дейтерии и 0,04эВ в газообразном) пренебрежимо мала по сравнению с энергией связи.
Совсем иначе обстоит дело при образовании слабосвязанного состояния с и=2 эВ, когда освобождающейся энергии не хватает на ионизацию электрона. Другой процесс передачи энергии — диссоциация молекулы 13з — также требует большой энергии (около 4,5 эВ), Поэтому единственно возможным процессом перфдачи энергии является возбуждение колеб»- тельных уровней в системе [(с/ВЫ)с/2е3, расстояние между которыми мало (АЕ,ж0,3 эВ). Точныи расчет показал, что ь Весмаи Э. А.//Письма а ЖЭТФ. 1967. Т.
5. С. 113. " Виииииия С. И., Поиомареа Л. И., Пузыиии И. В. и ир.//Журн. эисиерим. и теорет. физ. 1978. Т. 74. Вып. 3. С, 849 — 861. 192 Гласи ХГШ. Леотоны е1 'ы~' ~, ~и и Рис. 405 Рнс. 406 для возбуждения седьмого уровня необходима энергия Еэ =2,01 эВ, которая очень близка к энергии связи слабо возбужденного состояния р-молекулы.
Очевидно, в этом случае за счет кинетической энергии рИ-атома Т„, (т. е. температуры среды) можно обеспечить точное равенство е+ Т,ы=Е, (106.11) при котором должно наблюдаться резонансное возрастание скорости образования р-молекулы (рис. 406). Экспериментальное подтверждение этого заключения было получено в 1979 г. В. П.
Джелеповым с сотрудниками', которые измерили температурную зависимость )с„для дейтерия в интервале температур от 30 К (жидкий дейтерий) до 400 К. Эксперимент показал возрастание )с от 0,76 1О до 8 10' с т. е. более чем в 10 раз. Из расчетов Л. И. Пономарева с сотрудниками следует, что наиболее благоприятными соотношениями скоростей для всех этапов процесса 11-катализа должна обладать система Нрк В этой системе также имеется слабосвязанное состояние с еще меньшей энергией связи а=0,7~0,1 эВ, значение которой достаточно для возбуждения третьего осцилляторного уровня системы [(н*р1)02е]. В этом случае расчеты дают для скорости образования ВИ-атома Х,ж!0 ос, скорости изотопного обмена )с,„= 2 106 с ', скорости образования с(р1-молекулы Х„=10 с ', скорости реакции Нцу- н+4Не+11 А =1О'э с и вероятности захвата р -ядром «Не И',ж10 Такие параметры должны обеспечить за время жизни мюона (т„2,2 1О ос) стократное использование его в последовательных циклах ц-катализа.
Экспериментальная проверка расчетных значений параметров п)11-катализа началась в 1979 г. работами В. П. Джелепова ° Быстриннна В. М„Диыненои В. П., Петрухин В. И. н хбсД Жури, эисперим. н теорет фнэ. 1979. Т.76. Вып.2. С.460 — 469. У 104. Взоихсодейгтвие нюсснов с веп(есимсьи 193 и В. Г. Зинова*, которые из- у 7 г ~ у 9 = у а у мерили Х и Х„„для реакции ев<-~ в~с.в вес- Й1 "'ь - 4Не+л+)г .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
