Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ РАССЕЯНИЯ НЕЙТРОНА НА НЕЙТРОНЕ 7
1.1. Прямые методы 7
1.2. Взаимодействие в конечном состоянии 7
1.3. Полный и неполный опыт 9
1.4. Влияние параметров экспериментальной установки на форму спектра 13
1.5. Теоретические приближения при интерпретации экспериментальных данных 14
1.6. Определение Qn из реакции ft~+d = tf'4n+n 22
1.7. ОпределениеGnnиз реакции п 4 d = p+n-f п 29
1.8. Определение <ЯПо из реакции п + Hsd + n + n 9Л 40
1.9. Определение (Хт из реакции d 4 d =p+p+n+n 43
1.10. Определение 0Ппиз реакции H+d = Ие-і-л+п 44
ГЛАВА 2 ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 51
2.1. Газовая тритиевая мишень 51
2.2. Установка для наполнения мишени тритием 53
2.3. Камера рассеяния 57
2.4. Поверхностно-барьерные детекторы 59
2.5. Сцинтилляционные детекторы 63
2.6. Логическая структура спектрометра по времени пролета 71
2.7. Компенсация амплитудной зависимости в спектрометре по времени пролета 81
2.8. Результаты исследования спектрометра
и его общие характеристики 102
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ 112
3.1. Некоторые вопросы, связанные с выбором оптимальных условий эксперимента 112
3.2. Реакция % + % 121
3.3. Зеркальная реакция %е + %е 130
3.4. Реакция %e(t ,р %е) п 136
3.5. Вычисление в борновском приближении 139
3.6. 0 знаке длины рассеяния нейтрона на нейтроне 144
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 148
ЛИТЕРАТУРА 152
- Прямые методы
- Газовая тритиевая мишень
- Некоторые вопросы, связанные с выбором оптимальных условий эксперимента
Введение к работе
Несмотря на значительные успехи теории кварков в применении к физике адронов, последовательная теория ядерных сил все еще отсутствует. Существующее же феноменологическое описание ядерных сил основывается на свойствах ядерного взаимодействия, извлекаемых непосредственно из экспериментальных данных. Так, теория рассеяния нуклонов при малых энергиях характеризует взаимодействие двумя параметрами - длиной рассеяния & и эффективным радиусом % о , определяющими поведение S - фазы сй '*': = - * - ^ К CD к сЦ Ро где к - импульс относительного движения.
Сходство взаимодействия в системах из различных пар нуклонов Ґі-р » р-р і П.- П. носит фундаментальный характер и является основой для формулирования принципа изотопической независимости ядерных сил. Прямым способом подтверждения гипотезы зарядовой независимости ядерных сил, в рамках которой нейтроны и протоны рассматриваются как различные зарядовые состояния той же самой частицы, является исследование взаимодействия различных пар нуклонов в опытах по рассеянию. Так как длина нуклон-нуклонного рассеяния очень чувствительна к параметрам потенциала, на основании экспериментальных данных о длинах рассеяния можно судить о том, в какой степени выполняется принцип зарядовой независимости (cLrm- CLnp = О. ) или зарядовой симметрии (О-^^ =^-рр яд ) в ядерном взаимодействии. (Постановка такого вопроса представляется нетриви- альной, ибо имеются некоторые указания ' ' на отклонения от зарядовой независимости при сохранении зарядовой симметрии.)
Настоящая диссертация представляет собой законченный цикл исследований, включающий в себя разработку методики, проведение исследования совокупности трехчастичных реакций, анализ полученных данных, сравнение с существующими теоретическими моделями, а также сопоставление их с другими экспериментальными результатами.
Цель диссертации состоит в определении длины рассеяния нейтрона на нейтроне из исследования реакций Ht"t,n He^ri , Не(. Не,р Не)р , Не("Ь ,р Не)п в одинаковых кинематических условиях полного опыта и одного и того же экспериментального метода и теоретического подхода.
Новизна работы заключается в том, что для исследования взаимодействия в конечном состоянии в реакциях с образованием 3-х частиц разработана высокоэффективная методика регистрации двумерных спектров (n.,oC) . С помощью этой методики выполнен полный эксперимент на реакции H("t ,П. Не)п.. Выбранные параметры опыта обеспечили регистрацию в двумерном спектре максимума от взаимодействия в конечном состоянии.
Впервые для извлечения длины рассеяния нейтрона на нейтроне Cinn набрана статистика (около 30 тысяч событий) , которая превосходит статистики других подобных опытов. Из сравнения экспериментальных спектров с теорией Мигдала-Ватсона и независимо с борновским приближением получена длина рассеяния (X пп =-15,0+1,0 Vn для нуклонов В 5о состоянии.
Для учета степени влияния Не -состояния на форму спектра в области взаимодействия в конечном состоянии, в аналогичных условиях проведены дополнительные эксперименты по реакциям Не + Не и Не + Н . Из двумерных спектров этих реакций извлечены длины S рассеяния OL рр и CLnp .
Научная ценность. Из исследования реакций Н {.Ъ,п Не) п. , - б -
О О Л О Л
Не( Не,р Не)р и He(t,pHe)n получена длина рассеяния Сіп.п =-15,0 + 1,0 \т , а также CLpp =-7,6 + 0,6 Практическая ценность. Полученные независимо экспериментальные данные могут быть использованы в дальнейших теоретических и экспериментальных исследованиях. Методические решения, найденные при создании спектрометра , могут быть использованы в дальнейших фундаментальных исследованиях (задачи 4-х и большего числа тел, корреляционные измерения, интерференция тождественных частиц и т.д.) , а также в народном хозяйстве (нейтронный каротаж в нефтеразведке) . Параметризация фазы рассеяния в виде (I) не зависит от формы потенциала, что значительно облегчает сравнение экспериментальных сечений для р-, РР » П.П.- рассеяний. Из трех упомянутых видов взаимодействия для двух из них пр и р р параметры, характеризующие синглетное состояние двух нуклонов, могут быть получены с высокой точностью из данных по прямому рассеянию нейтронов на протонах и протонов на протонах . С точки зрения постановки эксперимента и интерпретации результата, наиболее чистый и ясный метод измерения соответствующей величины &п состоял бы в осуществлении опыта по прямому рассеянию нейтронов на нейтронах. Несмотря на то, что имеются соответствующие проекты использования для этих целей подземного ядерного взрыва , мощного импульсного реактора или реактора, запущенного в космическое пространство , все эти проекты, в основном, зависят от осуществления постройки мощных импульсных реакторов с большими то (х 10 ) плотностями нейтронов, которых пока в распоряжении экспериментаторов не имеется. По этой причине реализация экспериментов, использующих для извлечения величины (Я пп непосредственное взаимодействие свободных нейтронов, может в настоящее время рассматриваться как весьма проблематичная. Кинематически полный опыт по определению из реакции %(t,n.He)n длины рассеяния Ct n. нейтрона на нейтроне и включавший дополнительно измерение в одинаковых условиях спектров из реакций Не( Не,р Не)р и He(t,p Не)п (метод сравнения) был выполнен на электростатических генераторах ЭГ-2 и ЭГ-5 Лаборатории нейтронной физики. Первый из упомянутых ускорителей специально оборудован для ускорения ионов трития (максимальная энергия 1,8 МэВ), второй предназначен для ускорения ионов Не до максимальной энергии 5 МэВ. При конструировании мишени, камеры реакции, как и всей экспериментальной установки для выполнения этого опыта, необходимо было исходить из свойств трития как радиоактивного газа. Вот, в общепринятых обозначениях некоторые константь/ % характеризующие тритий как р -излучатель: Основная трудность при работе с газовой тритиевой мишенью связана с получением тонкого , но прочного окна. К материалу окна предъявляются следующие требования: 1. одинаковая толщина на всей поверхности, возможность выбора необходимой толщины; 2. механическая прочность, достаточная ,чтобы выдержать давление газа на большой поверхности; 3. способность выдерживать большие токи пучка; 4. иметь низкое сечение торможения для сведения к минимуму потерь энергии пучком; 5. малая величина многократного кулоновского рассеяния для сведения к минимуму угловой расходимости пучка, проходящего через окно; 6. небольшой вклад фона от нежелательных, идущих под пучком, реакций; 7. газонепроницаемость под пучком. В качестве входных и выходных окон было испытано несколько материалов (алюминиевые, никелевые, капроновые фольги, майлар и другие искусственные материалы), но наиболее практичньми оказались пленки из слюды толщиной 0,10 -г 0,14 мг/см Такие пленки изготавливались из слюды типа мусковит с химическим составом КоО ЗА рОд б SlOg 2Нр0 Конечно, получение слюдяных пленок достаточного размера с толщиной в несколько десятых долей микрона представляет собой сравнительно сложную операцию - листочки слюды толщиной равной, примерно, толщине писчей бумаги разрывались на краях разрывов , при достаточном навыке и удаче могли образовываться весьма тонкие образцы слоев, которые и использовались в качестве входных и выходных окон. Так как в конечном состоянии исследуемой реакции + « %е + r\ + п принимают участие сразу три тела, энергетические спектры всех частиц сплошные. Если рассматривать одномерные спектры с -частиц из этого процесса , то на высокоэнергетическом конце их образуется ступенька, которая возникает из-за взаимодействия Y\-Y\ В конечном состоянии. Извлечение длины рассеяния из таких спектров наталкивается на серьезные трудности, поскольку на спектр, обуслословленный П-п. взаимодействием, накладывается взаимодействие П - %е. Кроме того связь между сечением П-1Л рассеяния и относительной энергией нейтронов становится неоднозначной. Отмеченные трудности можно преодолеть, если измерять двумерные спектры, то есть определять в эксперименте такое количество кинематических параметров, чтобы по ним однозначно устанавливалось исследуемое событие (полный кинематический опыт). Поскольку кинематика трех частиц в конечном состоянии определяется девятью переменными и, поскольку законы сохранения энергии и импульса только пять из этих переменных оставляют независимыми, фиксация в эксперименте одновременно шести переменных приводит к тому, что на опыте сразу получается вся зависимость одной величины от другой (например, энергия одной частицы Ej из зависит от энергии Ео другой, то есть Ej « (Ер) - так называемый кинематический локус трехчастичной реакции). В обсуждаемом эксперименте 4 кинематических переменных задавались положениями П. - и оС-детекторов, а двумя другими являлись измеряемые энергии этих же частиц. На интересную возможность прямого сравнения длин рассеяния П-пк п-р в реакциях 3H(t ,2 п)%е и 3Не( t,рп)4Не в 1965 году указал Власов Н.А. При этом имелась в виду поочередная бомбардировка в одних и тех же условиях мишени из трития и Не тритонами, ускоренными на электростатическом генераторе до энергии в один или несколько МэВ.Прямые методы
Газовая тритиевая мишень
Некоторые вопросы, связанные с выбором оптимальных условий эксперимента
Похожие диссертации на Определение длины рассеяния нейтрона на нейтроне из исследования реакций 3H(t, n 4He)n, 3He(3He, p 4He)p, 3He(t, p 4He)n
