Генерация позитронов и квазимонохроматических фотонов от аннигиляции позитронов на лету для исследований гигантских резонансов в атомных ядрах

• Автор: Джилавян, Леонид Завенович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ПРЕЦИЗИОННЫЕ ПУЧКИ ПОЗИТРОНОВ

1.1. Основные характеристики ЛУЭ

1.2. Транспортировка, формирование и анализ пучков электронов и позитронов

1.2.1. Общая структура системы транспортировки, формирования и анализа

1.2.2. Ахроматическая поворотно-анализирующая система

1.2.3. Спектрометрия электронов и позитронов

1.3. Генерация позитронов

1.3.1. Характеристики (е~—эе*) конверсии в толстых конвертерах

1.3.2. Измерение в оптимальных конвертерах при 25 МэВ < Е" < 60 МэВ дифференциального коэффициента с-—>е+ конверсии К(Е+,Е~,0+=9_=О)
1.3.3. Изучение динамики дополнительного ускорения позитронов в ЛУЭ
1.3.4. Получение прецизионных пучков позитронов на ЛУЭ
1.4. Выводы
Глава 2. КВАЗИМОНОХРОМАТИЧЕСКИЕ АННИГИЛЯЦИОННЫЕ ФОТОНЫ
2.1. Сечения образования излучения от аннигиляции позитронов на лету
2.2. Коэффициенты конверсии позитронов в фотоны при аннигиляции на лету для типичных параметров пучка позитронов, аннигиляционной мишени и* коллиматора фотонов
2.3. Получение фотонов от аннигиляции позитронов на лету на ЛУЭ
2.4. Выводы
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ГИГАНТСКИХ РЕЗОНАНСОВ В ЯДРАХ С ПОМОЩЬЮ
КВАЗИМОНОХРОМАТИЧЕСКИХ АННИГИЛЯЦИОННЫХ ФОТОНОВ
3.1. Измерение сечения реакции 63Си(у,п)
3.2. Измерение сечения реакции 238и(у,Е)
3.3. Выводы
Глава 4. ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Исследования черепковских и сцинтилляционных детекторов частиц
4.2. Изучение фотоядерной наработки медицинских радиоизотопов
4.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В ядерной физике малых и средних энергий когерентные движения составляющих ядра частиц - одна из основных проблем. Среди таких движений выделяются мультиполь-ные гигантские резонансы (ГР), наблюдаемые в реакциях с разными пробными частицами (пробниками) во всех (кроме легчайших) ядрах и уже поэтому вызывающие интерес. Кроме того, согласно имеющимся представлениям (см., например, [1-7]) ГР тесно связаны со свойствами ядерной материи и нуклон-нуклонных взаимодействий в ядерной среде. ГР (особенно низших мультипольностей) — одни из простейших типов движений в ядрах и должны рассматриваться как обязательный "испытательный полигон" для выработки представлений о физике ядра.
Хотя для возбуждения ГР можно использовать различные пробники (см., например, [6,8,9]), но задача отделения вкладов различных ГР'как друг от друга, так и от вкладов иных процессов может встречать серьезные трудности даже для ГР низших мультипольностей.
Большая привлекательность для экспериментальных исследований ГР есть у пробных частиц, для которых взаимодействие с ядром можно рассматривать как чисто электромагнитное, так как это взаимодействие наиболее изучено и в то же время достаточно слабое, чтобы пренебрегать частью сопутствующих процессов, например, многократным рассеянием пробника внутри ядра (в отличие от адронных пробников, например, а-частиц, для которых такие эффекты значительно затрудняют интерпретацию результатов). Относительная слабость электромагнитного взаимодействия позволяет в теоретических рассмотрениях использовать упрощающие методы (например, теорию возмущений), и для электромагнитных пробников в сравнении с иными характерна относительно большая роль ГР по отношению к другим процессам.
Среди электромагнитных пробников фотоны обеспечивают уникальную выделенность вклада отдельного ГР низкой мультипольности - поперечного электрического изовектор-ного дипольного (Е1) ГР в сечениях фотоядерных реакций. Благодаря этому, фотоны позволили впервые экспериментально обнаружить ГР, а затем фотоны длительное время являлись единственным инструментом для их изучения. Но и теперь, несмотря на развитие исследований ГР с иными пробниками, привлекательность исследований ГР с фотонами весьма высока.
Для исследований ГР в фотоядерных реакциях в общем случае нужны данные об отклике ядер на взаимодействие с фотонами, близкими к монохроматическим при плавном изменении их энергии от нескольких МэВ до нескольких десятков МэВ и разрешении —1% (или лучше).

Фотоны с энергиями в области ГР могут бьтгь получены рядом способов, из которых наиболее реалистичные для всей нужной для изучения ГР области энергий, связаны с ускорителями электронов, причём для большей доступности исследований ГР с помощью фотонов желательно, чтобы энергии электронов в ускорителе были, скажем, <-100 МэВ.
Для ускорителей электронов наиболее простым и интенсивным источником фотонов в области ГР является тормозное излучение электронов в мишенях-радиаторах (обычно из материалов с высоким атомным номером Т). При этом от ускорителя требуется, чтобы пучок электронов на радиаторе можно было оперативно и плавно перестраивать по энергии во всем интересуемом диапазоне, а в случаях, когда используется "мгновенная" регистрация продуктов исследуемых фотоядерных реакций, то для ослабления ограничений, связанных с возможными наложениями в используемых детекторах частиц-продуктов, желателен растянутый во времени пучок падающих на радиатор электронов. Кроме того, для пучка электронов на радиаторе необходимо достаточно высокое разрешение по энергии.
К сожалению, у тормозного излучения далекий от монохроматического сложный сплошной и спадающий с ростом энергии фотонов спектр по энергии, для которого к тому же есть серьезные трудности в определении его поведения вблизи верхней границы, которое как раз и наиболее существенно при нахождении сечений исследуемых реакций. Извлечение из экспериментальных данных, полученных с фотонами полного спектра тормозного излучения, сведений, относящихся к фотонам, близким к монохроматическим, встречает серьезные трудности, чреватые большими ошибками конечных результатов. В значительной части случаев эти трудности можно попытаться избежать с помощью замены и/или дополнения исследований с такими фотонами исследованиями с фотонами, полученными с применением различных методов их "монохроматизации". Если обусловить эти методы необходимостью осуществления их на ускорителях электронов с энергиями до -100 МэВ с обеспечением плавного и точного регулирования энергий фотонов во всем диапазоне энергий, интересуемом при исследованиях ГР, и со спектрами, близкими к ква-зимонохроматическим с характерными ширинами около требуемого разрешения по энергии, а также с обеспечением приемлемых соотношений между результатами от эффектов, связанных и с собственно квазимонохроматическими фотонами, и от различных фонов, то интересны только два метода "монохроматизации" фотонов.
Один из этих двух методов - метод меченых тормозных фотонов (см., например, [10-15]), в котором продукты ядерной реакции, вызванной тормозным фотоном, регистрируются на совпадение с испустившим в тонком радиаторе этот фотон вторичным электроном, тоже вылетевшим из радиатора и отклоненным в магнитном поле с анализом по конечной энергии (начальная энергия электрона на входе в радиатор задаётся). При этом не-

На рис. 6а и 6Ь показаны многоугольники аксептанса спектрометра в плоскостях хх' и уу' соответственно. Видно, что Д0Х, Д0У и (Ар/р0) постоянны и не зависят друг от друга, когда для координат позитронов на конвертере выполняется: —8 мм < х < +8 мм; -10 мм < у < +10 мм, что легко выполнить, так как пучок электронов можно сфокусировать в центре конвертера в пятно малого размера, а собственное поперечное размытие пучка позитронов при его генерации в конвертере достаточно мало, чтобы не нарушать эти условия. Фокусировку, положение и форму пучка электронов на конвертере можно проверять с помощью специальных коллиматоров, которых можно устанавливать в МУ, а также по люминесцентному и переходному излучениям. Интенсивность пучка электронов можно контролировать по току с конвертера или с помощью индукционного датчика перед МУ.
входной
а) Ь)
Рис. 6. Многоугольники аксептанса разработанного спектрометра позитронов: а) - в плоскости хх'; Ь) - в плоскости уу'.
Полученные характеристики спектрометра: захватываемые углы в плоскостях горизонтальной Д0*= 1,09-10-2 рад и вертикальной Д0у=О,46-1О“2 рад (т.е. А£1+=0,5-10-4 ер) для захватываемых импульсов (Др/р0)=1,3%. Эти характеристики позволяют проводить измерения К для различных энергий электронов и позитронов, толщин и материалов конвертера. Относительная простота спектрометра позволяет сравнительно легко и недорого сооружать такие спектрометры на разных ЛУЭ, что может представлять интерес при расширении экспериментальных исследований К на еще более широкие диапазоны значений Е~, Е+, Т и Ъ, чем те, которые рассмотрены в наших работах [61,62]. В то же время, хотя описанный спектрометр разработан для исследований генерации позитронов, но он же может использоваться для измерений электронов, выходящих из тех же толстых мишеней, сопровождая позитроны. Информация о таких электронах интересна, так как именно они могут использоваться в разностных экспериментах для разделения вкладов от аннигиля-ционных и тормозных фотонов (при этом полагают, что достигаемая при этом близость фоновых условий и загрузок существенна для уменьшения ошибок проводимых экспериментов, однако только количественные оценки с использованием данных о выходах из конвертера и позитронов, и электронов позволят оптимизировать в этом смысле условия