Разработка и исследование источника атомарного водорода и дейтерия с ядерной поляризацией для экспериментов на внутренних пучках ускорителей

• Автор: Микиртычьянц, Максим Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Гатчина
• Количество страниц: 118 с. : ил

Содержание

Введение.................................................................... ■

Глава 1.

Методы получения атомарных пучков

1.1 Введение

1.2 Механизм диссоциации в газовом разряде

1.3 Теоретическое рассмотрение формирования газовой струи

1.3.1 Молекулярный режим (истекание)

1.3.2 Формирование пучка длинным каналом

1.3.3 Гидродинамический режим течения. Сверхзвуковая струя

1.3.4 Оценка интенсивности источника............................v

Глава 2.
Методы создания поляризации в атомарных пучках
2.1 Введение
'2.2 Источники, использующие лэмбовский сдвиг (LSS)
2.3 Источники с оптической накачкой (OPPIS).......................
2.4 Источники поляризованных атомарных пучков (PABS)
Глава 3.
Источник поляризованного атомарного водорода и дейтерия для внутренней газовой мишени спектрометра ANKE..........л
3.1 Краткое описание конструкции
3.2 Вакуумная система
3.2.1 Конструкция вакуумной камеры
3.2.2 Система дифференциальной откачки
3.3 Д иссоциатор
3.3.1 Механическая конструкция •
3.3.2 Радиочастотная система ...............................
3.3.3 • Система охлаждения сопла
3.4 Система формирования газовой струи...............
3.4.1 Конструкция
3.5 Спин-сепарирующая магнитная система
3.5.1 Основные принципы
3.5.2 Спин-сепарирующие секступольные магниты ANKE ABS
3.6 Блоки сверхтонких переходов
3.6.1 Принципы действия

3.6.2 Блоки сверхтонких переходов ANKE ABS
Глава 4.
Оптимизация характеристик источника
4.1 Интенсивность атомарного пучка
4.1.1 Приборы и методика измерений
4.1.2 Метод абсолютной калибровки
4.1.3 Устройство для измерения интенсивности атомарного пучка
4.1.4 Полученные результаты
4.1.5 Выводы
4.2 Пространственное распределение плотности пучка
4.2.1 Приборы и методика измерений
4.2.2 Юстировка сопла
4.2.3 Полученные результаты
4.2.4 Выводы
4.3 Степень диссоциации атомарного пучка..........................
4.3.1 Приборы и методика измерений
4.3.2 Степень диссоциации свободной атомарной струи
4.3.3 Пространственное распределение степени диссоциации в поляризованном пучке
4.3.4 Выводы...................................................
4.4 Поляризация
4.4.1 Приборы и методика измерений
4.4.2 Полученные результаты
4.4.3 Выводы
Глава 5.
Перспективы использования
5.1 Струйные мишени
5.2 Поляризованные газовые мишени. Накопительная ячейка..............:
Заключение
Литература
Список иллюстраций
Рис. 1. Сечения сг‘„ неупругих процессов 1-гб как функция энергии электрона [15]. - 15 -Рис. 2. Схема разбиения сопла на элементарные трубки
Рис. 3: Диаграмма энергетических уровней атома водорода в магнитном поле В. Для основного состояния Вс — 507 Гс, для 2Sn состояния Вс = 63.4 Гс. Энергия W измерена в единицах AW= /г><1420.4 МГц ( = 5.9-Ю'6 эВ)
Рис. 4: Диаграмма энергетических уровней атома дейтерия в магнитном поле В. Для основного состояния Вс- 117 Гс, для 2,S'i/2 состояния Вс= 14.бГс. Энергия W измерена в единицах A W= й><327.4 МГц ( = 1.4-10"6 эВ)
Рис. 5. Ядерная поляризация уровней сверхтонкого расщепления атома водорода как функция внешнего магнитного поля
Рис. 6. Ядерная поляризация уровней сверхтонкого расщепления атома дейтерия как функция внешнего магнитного поля
Рис. 7. Диаграмма энергетических уровней сверхтонкого расщепления для 2SU1 и 2Р1П состояний атома водорода
Рис. 8. Основные элементы поляризованного источника на Лэмбовском сдвиге
Рис. 9. Принцип действия источника с оптической накачкой
Рис. 10. Уровни энергии сверхтонкого расщепления атома водорода в 2Sin -состоянии как функция внешнего магнитного поля і
Рис. 11: Структурная схема источника поляризованного атомарного водорода/дейтерия. 1 - регулятор газового потока; 2 - радиочастотный диссоциатор; 3 - система формирования газовой струи (сопло, скиммер, коллиматор); 4 - первая группа спин-сепарирующих магнитов; 5 - первая группа блоков сверхтонких переходов; 6 - вторая группа спин-сепарирующих магнитов; 7 - вторая группа блоков сверхтонких переходов; 8 - накопительная ячейка (мишень)
Рис. 12. ANKE ABS и специальная вакуумная камера для установки различных типов мишеней на накопительном кольце COSY. Источник поляризованного атомарного водорода и дейтерия расположен между отклоняющим магнитом D1 и центральным магнитом спектрометра D2. Направление пучка COSY слева направо
Рис. 13. Чертеж ANKE ABS. Пояснения даны в тексте
Рис. 14. Фотография ANKE ABS в лаборатории. Высота верхней вакуумной камеры -80 см
Рис. 15. Верхняя подвижная перегородка
Рис. 16. Схема вакуумной системы источника ANKE ABS. Полный список вакуумного оборудования приведен в Таблице 1
Рис. 17. Различные схемы откачки камеры /
Рис. 18. Радиочастотный диссоциатор ANKE ABS
Рис. 19. Диссоциатор ANKE ABS в разрезе. 1: фланец подачи газа, 2: вход охлаждающей жидкости, 3: ВЧ-ввод, 4: скользящее ВЧ-соединение, 5: катушка индуктивности, 6: конденсаторы, 7: нижнее уплотнение охлаждающего контура, 8: сопло, 9: часть системы охлаждения сопла (медный тепловой мост)
Основное применение источники с оптической накачкой нашли в качестве источников поляризованных протонов для различных ускорителей. Типичными, на сегодняшний, день, параметрами OPPIS являются [35, 37]: ток пучка ~1 мА (для источников постоянного тока) и поляризация -75%. Однако, несмотря на достаточно высокую интенсивность и поляризацию пучка, источники этого типа редко применяются в качестве поляризованных мишеней, т.к. создаваемый ими пучок имеет довольно высокую скорость (~105 м/с), что приводит к снижению эффективной плотности мишени до 109 атомов/см2.
2.4 Источники поляризованных атомарных пучков (PABS)
Идея создания источника поляризованных атомов была выдвинута Норманом Ф. Рамзеем в работе [10]. Суть ее состоит в пространственном разделении сверхтонких компонент пучка в неоднородном магнитном поле и последующем индуцировании переходов между уровнями сверхтонкого расщепления.
вакуумные насосы . вакуумные насосы

1} J L

вакуумные насосы
вакуумные насосы
О о в* § >» о С >ч
Рис. 11: Структурная схема источника поляризованного атомарного водорода/дейтерия. 1 -регулятор газового, потока; 2 - радиочастотный диссоциатор; 3 - система формирования газовой струи (сопло, скиммер, коллиматор); 4 - первая группа спин-сепарирующих магнитов; 5 - первая группа блоков сверхтонких переходов; 6 - вторая группа спин-сепарирующих магнитов; 7 - вторая группа блоков сверхтонких переходов; 8 -накопительная ячейка (мишень).
Основными элементами РЛВ8 являются (см. рнс. 11):
• устройство подачи и управления потоком молекулярного водорода (Яг) или дейтерия (Я2);
• диссоциатор, где молекулы Нг или Яг диссоциируют в нейтральные атомы;
• система формирования газовой струи (сопло, скиммер, коллиматор);
• система создания поляризации (спин-сепарирующие магниты и блоки сверхтонких переходов).