Поляризованная дейтронная мишень
В данной работе представлены результаты разработок и исследований ПДМ по состоянию на сегодня. Описаны результаты исследований рефрижератора растворения ³He в ⁴He, методика и результаты обработки дейтронного спектра по вычислению поляризации дейтронов в аммиаке и экспериментальные данные Т-асимметри...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 1999 |
| Main Authors: | , , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
1999
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79576 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Поляризованная дейтронная мишень / А.А. Беляев, В.А. Гетьман, А.П. Дзюбак, И.И. Карнаухов, И.М. Карнаухов, А.А. Луханин, П.В. Сорокин, Е.А. Споров, Ю.Н. Телегин // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 38-41. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859827776637370368 |
|---|---|
| author | Беляев, А.А. Гетьман, В.А. Дзюбак, А.П. Карнаухов, И.И. Карнаухов, И.М. Луханин, А.А. Сорокин, П.В. Споров, Е.А. Телегин, Ю.Н. |
| author_facet | Беляев, А.А. Гетьман, В.А. Дзюбак, А.П. Карнаухов, И.И. Карнаухов, И.М. Луханин, А.А. Сорокин, П.В. Споров, Е.А. Телегин, Ю.Н. |
| citation_txt | Поляризованная дейтронная мишень / А.А. Беляев, В.А. Гетьман, А.П. Дзюбак, И.И. Карнаухов, И.М. Карнаухов, А.А. Луханин, П.В. Сорокин, Е.А. Споров, Ю.Н. Телегин // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 38-41. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | В данной работе представлены результаты разработок и исследований ПДМ по состоянию на сегодня. Описаны результаты исследований рефрижератора растворения ³He в ⁴He, методика и результаты обработки дейтронного спектра по вычислению поляризации дейтронов в аммиаке и экспериментальные данные Т-асимметрии сечения фоторождения π⁻-мезонов в области первого пион-нуклонного резонанса на поляризованном нейтроне.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:30:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.384.664; 539.143.5
Поляризованная дейтронная мишень
А.А.Беляев, В.А.Гетьман, А.П.Дзюбак, И.И.Карнаухов, И.М.Карнаухов,
А.А.Луханин, П.В.Сорокин, Е.А.Споров, Ю.Н.Телегин
ИФВЭЯФ ННЦ ХФТИ, г. Харьков
В ННЦ ХФТИ в течении ряда лет проводились
экспериментальные исследования поляризационных
параметров Σ,T,P,G и H в фоторождении π+ и π0 в
области первого пион-нуклонного резонанса [1−3], в
которых использовалась поляризованная протонная
мишень с широкоапертурной сверхпроводящей
магнитной системой [4]. На базе этой мишени была
создана поляризованная дейтронная мишень (ПДМ),
на которой были проведены исследования T-
асимметрии сечения фоторождения π− - мезона на
нейтроне в этой же области энергий [5].
В данной работе представлены результаты раз-
работок и исследований ПДМ по состоянию на
сегодня. Описаны результаты исследований
рефрижератора растворения 3He в 4He, методика и
результаты обработки дейтронного спектра по
вычислению поляризации дейтронов в аммиаке и
экспериментальные данные Т-асимметрии сечения
фоторождения π−-мезонов в области первого пион-
нуклонного резонанса на поляризованном нейтроне.
Результаты по исследованию ЭПР-спектров в
облученном дейтерированном аммиаке и отдельные
элементы дейтронной мишени представлялись на
конференциях и рабочих совещаниях по
поляризованным мишеням [6,7].
Высокая поляризация дейтронов достигается
методом ”динамической поляризации” в магнитном
поле с индукцией 2.7 Тл и неоднородностью не хуже
±1×10−4, создаваемом магнитной системой [4] в
объеме 30 см3 и при температуре 0.2-0.3 К, для чего
используется рефрижератор растворения 3He в 4He,
разработанный на основе криостата непрерывного
потока 3He-4He [4]. Для накачки поляризации
использовался СВЧ- генератор на лавино-пролетном
диоде с частотой генерации в диапазоне 74÷76 ГГц и
выходной мощностью 200 мВт.
Схема криогенных конструкций мишени приведена
на рис. 1. В вакуумном кожухе криостата мишени
размещены азотная (7) и гелиевая (9) емкости. Ко дну
гелиевой емкости закреплена сверхпроводящая
магнитная система, состоящая из двух катушек (12) и
(16). Катушки закреплены на дюралевой проставке
(15) и имеют свои собственные резервуары для
жидкого гелия. Между собой и с гелиевой емкостью
они соединены с помощью сильфонов (11) и (13). В
сильфонах располагаются токовводы и вводы
датчиков температуры и уровня жидкого гелия.
Для прохода пучка и выхода регистрируемых
частиц в проставке (15) имеются четыре окна. Каждое
окно обеспечивает углы доступа к мишени по 80ο в
горизонтальной плоскости и 23ο в вертикальной.
Рис. 1. Схема криогенных конструкций.
Все узлы мишени, находящиеся при температуре
4.2К и ниже окружены медным экраном (17), который
имеет тепловой контакт с ванной для жидкого азота.
Для уменьшения массы вещества на пути пучка и
регистрируемых частиц окна в вакуумном кожухе и
азотном экране закрыты тонкими фольгами (14). В
центральной части криостата мишени находится
38
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ 1999 № 1.
СЕРИЯ: ЯДЕРНО−ФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ (33).
рефрижератор растворения 3Не в 4Не, состоящий из
рефрижератора непрерывного потока 4Не (4) и
ступени растворения 3Не в 4Не (10). Рефрижератор
непрерывного потока 4Не служит для охлаждения 3Не
и его конденсации при температуре 1К. Из сосуда
Дьюара 4Не по переливалке (3) подается в сепаратор
(5) рефрижератора для разделения на жидкую и
газообразную фазу. Из сепаратора жидкий 4Не
охлаждается в противоточном теплообменнике (6),
дросселируется и поступает в испаритель 4Не (8).
Откачиваемый из испарителя и сепаратора
газообразный 4Не охлаждает 3Не. Для быстрой (30-40
минут) смены рабочего вещества рефрижератор имеет
шлюзовое устройство, состоящее из камеры шлюза
(1) и разделительного клапана (2).
Ступень растворения 3Не в 4Не показана на рисунке
2.
Рис. 2. Схема ступени растворения 3Не в 4Не.
Ступень растворения состоит из ванны испарения
3Не (2), находящейся при температуре 0.7 К, ванны
растворения (15), соединенных непрерывным (5) и
дискретным (6) теплообменниками. Все части
ступени растворения окружены экраном (8),
находящимся в теплоконтакте с ванной испарения
3Не. Ванна испарения 3Не выполнена из меди в виде
тороидальной чашки. В ней находятся распределен-
ный нагреватель (3) мощностью 0.5 Вт и угольный
терморезистор 220 Ом (4). Непрерывный теплообмен-
ник выполнен из 5- метровой тонкостенной
нержавеющей трубки с наружным диаметром 2.5 мм,
свернутой в цилиндрическую спираль диаметром 45
мм.
Дискретный теплообменник представляет собой
тонкостенную нержавеющую трубку диамером 32 мм,
на которую с внутренней и наружной стороны
методом термодиффузии припечены слои пористой
меди толщиной 1.5 мм. Для этого использовался
медный порошок сферической формы диаметром, не
превышающим 0.04 мм. Чтобы избежать большой
теплопроводности вдоль теплообменника, с наружной
и внутренней стороны в напеченном слое сделаны
совпадающие по длине кольцевые проточки со
вставленными в них фторпластовыми кольцами (7).
Жидкая смесь газов с высокой концентрацией 3Не
подается в ванну растворения по трубке (16). Для
прохода 3Не в резонатор, который является частью
ванны растворения, в его нижней и верхней частях по
периметру сделаны отверстия диаметром 0.5 мм.
В ванне растворения находится измерительная
катушка (13) входного контура Q-метра системы
измерения поляризации [9]. В измерительную
катушку помещен контейнер (20×20×20 мм3) с
рабочим веществом. Контейнер изготовлен из
фторпластовой пленки толщиной 0.02 мм. Для
равномерной чувствительности к поляризации ядер во
всем объеме вещества измерительная катушка
выполнена из ленточного дюралевого проводника
шириной 2 мм. СВЧ-мощность подается в ванну
растворения по круглому волноводу (9), который
согласуется с СВЧ-резонатором с помощью
дюралевого конуса (12). Над конусом располагается
угольный термометр 100 Ом (10). В качестве СВЧ-
волновода используется тонкостенная трубка из
нержавеющей стали с внутренним диаметром 9.5 мм.
СВЧ-резонатор вместе с ЯМР-катушкой закреплены
на подвижной тонкостенной трубке-штанге (1), с
помощью которой можно производить смену
рабочего вещества, не разогревая рефрижератор выше
1 К. Внутри штанги проходят волновод (9),
коаксиальный кабель (11), соединяющий
измерительную катушку со входом Q-метра и выводы
угольного термометра. С целью уменьшения
теплопритока штанга и волновод вакуумированы. В
нижней части волновод закрыт вакуумным СВЧ-
окном из поликора с толщиной, соответствующей
половине длины СВЧ-волны в нем.
Для работы в интенсивных пучках нами
использовался режим непрерывной динамической
накачки поляризации при температурах 0.2÷0.3К.
Рефрижератор оптимизировался на максимальную
хладопроизводительность. На рис. 3 представлена
нагрузочная характеристика рефрижератора. Для
39
поддержания максимальной циркуляции гелия
мощность нагревателя в ванне испарения 3Не
устанавливалась равной 240 мВт.
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0
0 . 1
0 . 2
0 . 3
0 . 4
0 . 5
0 . 6
0 . 7 Т е м п е р а т у р а ( К )
Х л а д о п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь ( м В т )
Рис. 3. Нагрузочная характеристика
рефрижератора.
а)
- 1 . 5 - 1 . 0 - 0 . 5 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5
0
2
4
6
8
1 0
1 2 Р = − 3 3 . 0 %
о - э к с п . д а н .
− - р а с ч е т
О т н . е д .
О т н . ч а с т о т а
б)
- 1 . 5 - 1 . 0 - 0 . 5 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5
0
2
4
6
8
1 0
1 2
Р = + 3 2 . 0 %
о - э к с п . д а н .
− - р а с ч е т
О т н . е д .
О т н . ч а с т о т а
Рис. 4. Спектр ЯМР поглощения, соответствующий:
а) отрицательной поляризации, б) положительной
поляризации.
В качестве рабочего вещества поляризованной
мишени дейтронов использовался облученный
аммиак. Гранулы размером 1 - 2 мм получались при
дроблении медленно замороженного аммиака.
Парамагнитные ценры создавались в аммиаке при
облучении его на электронном пучке с энергией 500
МэВ. Облучение проводилось в среде жидкого аргона
при Т=90 К [8]. Полное число электронов, прошедших
через вещество, измерялось с помощью монитора
вторичной эмиссии. Для равномерного облучения
применялось сканирование пучка по всему объему
контейнера с гранулами ND3. Доза облучения
составляла 1017 e- /см2. Наработка рабочего вещества
проводилась предварительно. После облучения
рабочее вещество хранилось в сосуде с жидким
азотом.
Величина поляризации дейтронов равна
p = (1−R2)/(1+R+R2),
где R - отношение интенсивностей (площадей)
переходов в дейтронной спиновой системе.
Поляризация вычислялась из разложения линии
ЯМР - спектра дейтронов, полученного в результате
400 накоплений. Основным источни−ком ошибок
является точность вычисления пло−щадей. На рис. 4
представлены спектры дейтронного ЯМР-
поглощения, соответствующие p = +32.0±1.2% и
p = −33.0±1.2%.
Нами проведены экспериментальные исследования
Т-асимметрии сечения фоторождения π−мезонов на
поляризованных нейтронах в области первого пион-
нуклонного резонанса. В эксперименте использовался
пучок тормозных γ - квантов линейного ускорителя
электронов ННЦ ХФТИ ЛУЭ 2000.
Методика экспериментов по измерению Т -
асимметрии сечения в реакциях фоторождения
пионов на нуклонах основана на зависимости
дифференциального сечения от величины
поляризации нуклонов мишени [9]:
dσ/dΩ = (dσ0/dΩ)⋅ (1 + py⋅ T),
где dσ0/dΩ - дифференциальное поперечное сече−ние
реакции γN →πN для неполяризованных частиц, T-
асимметрия сечения фоторождения пио−нов
неполяризованными фотонами на поляризо−ванных
нуклонах, py - поляризация нуклонов мишени с
направлением вектора поляризации перпендикулярно
плоскости реакции.
Пучок γ -квантов получался при прохождении
электронов с энергией 500 МэВ через аморфную
танталовую мишень толщиной δ=0.1 мм. После
коллиматоров и прохождения через дополнительный
очищающий магнит он попадал на ПДМ. Для
снижения электромагнитного фона вакуумная камера
ПДМ соединялась с фотонопроводом. Пионы
регистрировались телескопом сцинтилляционных
счетчиков, установленным в магнитном
спектрометре. Для отделения фона рассеянных
электронов использовался черенковский счетчик.
Экспериментальный выход пионов можно записать
как
N↓ = N0(1 ± py⋅ T) + NHe + NN +Nап ,
40
где N0 - выход пионов, рожденных на нейтронах
дейтерия в случае, когда поляризация нейтронов
равна нулю; NN - выход на нейтронах азота,
входящего в состав аммиака; NHe - выход на
нейтронах гелия, которым охлаждается рабочее
вещество; Nап - выход на нейтронах, входящих в
состав материала аппендикса. Т - асимметрия сечения
связана с экспериментально измеряемыми
величинами следующим образом:
Т = (1/к)⋅{ (N - N↓)/[p N↓ + p↓ N - (p−
+p↓)(NHe + Nап)]},
где N и N↓ - выходы пионов для случаев, когда вектор
поляризации нейтронов мишени направлен по и
против вектора нормали к плоскости реакции,
соответственно, p и p↓ - величины этой поляризации,
κ - фактор, учитывающий вклад пионов, рожденных
на нейтронах азота, входящих в состав аммиака.
Фактор κ определяется из следующего соотношения:
κ = ND/Nам ,
где ND - выход пионов на нейтронах дейтерия,
входящего в состав аммиака, Nам -выход пионов на
всех нейтронах аммиака:
ND = (1/2)⋅ ( N + N↓) - NHe - NN - Nап ,
Nам = (1/2)⋅ ( N + N↓) - NHe - Nап .
Для определения выходов NHe , NN , Nап были
проведены дополнительные измерения на гелии, азоте
и пустом аппендиксе. Для всей кинематической
области κ = 0.25 ÷ 0.35. Полученные результаты
энергетической зависимости Т - асимметрии сечения
для углов θ∗
π вылета π− - мезонов 900 и 1200 в
лабораторной системе приведены в таблице.
Указанные ошибки статистические.
θ∗
π
Eγ, МэВ
900 1200
280 0.721±0.077 −
300 0.547±0.102 0.436±0.058
320 0.633±0.115 −
350 0.772±0.038 0.683±0.091
400 0.691±0.067 0.401±0.067
На рис. 5,6 наши результаты (светлые точки)
представлены совместно с данными из работы [10]
(черные точки). Сплошная линия - результат анализа
[11].
Измеренные значения Т-асимметрии сечения
хорошо согласуются с результатами анализа [11].
Рис. 5. Энергетическая зависимость Т- асимметрии
сечения реакции γn→π−n для θ∗
π=900.
0 . 2 5 0 . 5 0 0 . 7 5 1 . 0 0
- 0 . 5
0 . 0
0 . 5
1 . 0 T
Е γ , М э В
Рис. 6. То же, что и на рис. 5, но для θ∗
π=1200.
Литература
1. Get’man V.A. et al. Nucl. Phys. B 1 8 8 , 397(1981).
2. Belyaev A.A. et al. Nucl. Phys. B 213 , 201(1982).
3. Беляев А.А. и др. ЯФ 40, 133(1984).
4. Беляев А.А. и др. Препринт ХФТИ 85-9. -М.
ЦНИИатоминформ, 1985.- 18с.
5. Агранович В.Л. и др. ВАНТ, сер.:Яд.-физ.
исследования. Вып. 8(8), 5(1989).
6. Belyaev A.A. et al. 9-th Intern. Symp. on high energy
spin phys. Held at Bonn, FRG, 6-15 Sep., 1990,
Conf. Proc. v.2, p.253-256.
7. Belyaev A.A. et al. Conf-880983-.AIP Conf. Proc.
ISSN 0094-243X. APCPC.(5 may 1989).
v.187(2) p.1346.[8 Intern. Symp. on high energy
spin phys. Minneapolis, MN(USA).12-17 Sep.
1988].
8. Belyaev A.A. et al., 9-th Intern. Symp. on high
energy spin phys. Held at Bonn, FRG, 6-15 Sep.,
1990, Conf. Proc. v.2, p.257.
9. Worden R. Nucl. Phys. B 37 , 253(1972).
10. Menze D et al. Preprint Bonn Univ., 7-1, 1977.
11.Arai I. et al. Nucl. Phys. B 194 , 251(1982).
41
0 . 2 5 0 . 5 0 0 . 7 5 1 . 0 0
0 . 0
0 . 5
1 . 0 T
Е γ , М э В
Статья поступила: в редакцию 25 мая 1998 г. ,
в издательство 3 июня 1998 г.
42
Литература
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79576 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:30:41Z |
| publishDate | 1999 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Беляев, А.А. Гетьман, В.А. Дзюбак, А.П. Карнаухов, И.И. Карнаухов, И.М. Луханин, А.А. Сорокин, П.В. Споров, Е.А. Телегин, Ю.Н. 2015-04-03T12:38:49Z 2015-04-03T12:38:49Z 1999 Поляризованная дейтронная мишень / А.А. Беляев, В.А. Гетьман, А.П. Дзюбак, И.И. Карнаухов, И.М. Карнаухов, А.А. Луханин, П.В. Сорокин, Е.А. Споров, Ю.Н. Телегин // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 38-41. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79576 621.384.664; 539.143.5 В данной работе представлены результаты разработок и исследований ПДМ по состоянию на сегодня. Описаны результаты исследований рефрижератора растворения ³He в ⁴He, методика и результаты обработки дейтронного спектра по вычислению поляризации дейтронов в аммиаке и экспериментальные данные Т-асимметрии сечения фоторождения π⁻-мезонов в области первого пион-нуклонного резонанса на поляризованном нейтроне. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Методика эксперимента Поляризованная дейтронная мишень Article published earlier |
| spellingShingle | Поляризованная дейтронная мишень Беляев, А.А. Гетьман, В.А. Дзюбак, А.П. Карнаухов, И.И. Карнаухов, И.М. Луханин, А.А. Сорокин, П.В. Споров, Е.А. Телегин, Ю.Н. Методика эксперимента |
| title | Поляризованная дейтронная мишень |
| title_full | Поляризованная дейтронная мишень |
| title_fullStr | Поляризованная дейтронная мишень |
| title_full_unstemmed | Поляризованная дейтронная мишень |
| title_short | Поляризованная дейтронная мишень |
| title_sort | поляризованная дейтронная мишень |
| topic | Методика эксперимента |
| topic_facet | Методика эксперимента |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79576 |
| work_keys_str_mv | AT belâevaa polârizovannaâdeitronnaâmišenʹ AT getʹmanva polârizovannaâdeitronnaâmišenʹ AT dzûbakap polârizovannaâdeitronnaâmišenʹ AT karnauhovii polârizovannaâdeitronnaâmišenʹ AT karnauhovim polârizovannaâdeitronnaâmišenʹ AT luhaninaa polârizovannaâdeitronnaâmišenʹ AT sorokinpv polârizovannaâdeitronnaâmišenʹ AT sporovea polârizovannaâdeitronnaâmišenʹ AT teleginûn polârizovannaâdeitronnaâmišenʹ |