Измерение коэффициентов прилипания мюонов в реакциях мюонного катализа dd- и dt-синтеза

• Автор: Балин, Дмитрий Викторович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Гатчина
• Количество страниц: 199 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1 МЮОННЫЙ КАТАЛИЗ: ОБЗОР ПРОЦЕССОВ, ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИЛИА-НИЯ МЮОНОВ

1.1 Обозначения

1.2 Основные характеристики исследуемых реакций МК

1.3 Процессы, составляющие МК

1.4 История изучения мюонного катализа

1.5 Скорость цикла в реакции d,t| и эффективный коэффициент

прилипания мюона

1.6 Реактивация мюонов в реакциях dd.ii и

1.6.1 Результаты вычислений коэффициента реактивации

1.7 Экспериментальные методы измерения прилипания и стряхивания мюона в реакциях МК
1.7.1 Регистрация нейтронов йй- и сЙ-синтеза
1.7.2 Регистрация рентгеновского излучения
1.7.3 Использование криогенных плёночных мишеней
1.7.4 Регистрация заряженных продуктов МК,
2 ИОНИЗАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПРИЛИПАНИЯ МЮОНОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МЮОННОГО КАТАЛИЗА В ДЕЙТЕРИИ
2.1 Ионизационная камера как активная мишень и детектор
продуктов мюонного катализа
2.2 Метод измерения коэффициента прилипания
2.3 Экспериментальная установка 1981-84 гг
2.3.1 Конструкция первой ионизационной камеры для экспериментов в дейтерии
2.3.2 Фоновые условия в ионизационной камере
2.3.3 Электронная система сбора информации
2.3.4 Система очистки и анализа чистоты газа
2.4 Программа экспериментов 1994-96 гг. и новая экспериментальная установка
2.5 Организация триггера в эксперименте 1994-96 гг
3 ПРИЛИПАНИЕ МЮОНОВ В РЕАКЦИИ КАТАЛИЗА: АНАЛИЗ ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В ДЕЙТЕРИИ
3.1 Отбор событий для анализа в экспериментах 1982-1984 гг
3.2 Энергетические спектры событий г/й-синтеза
3.3 Оценка фона случайных совпадений
3.4 Кинетика dd.ii катализа
3.5 Определение величины <1,111 из временного распределения
первых синтезов
3.6 Определение коэффициента прилипания мюонов им
3.6.1 По энергетическим спектрам первых синтезов
3.6.2 Определение коэффициента прилипания методом выжившего мюона
3.7 Отбор событий для анализа в экспериментах 1994-1996 гг
3.7.1 Отбор остановок мюонов
3.7.2 Энергетические распределения событий синтеза
3.8 Величина коэффициента прилипания в дейтерии из данных
экспериментов 1994-96 гг
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРИЛИПАНИЯ МЮОНА В РЕАКЦИИ ей 11-
КАТАЛИЗА

4.1 Особенности работы ИК с тритием и выбор условий эксперимента
4.2 Конструкция ионизационной камеры, работающей с трити-евым наполнением
4.3 Экспериментальная установка для изучения сЙц-катализа
4.3.1 Организация триггера и считывание информации
5 АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
В РЕАКЦИИ dtfi
5.1 Вычисление параметров сигналов из информации Flash-ADC
5.1.1 Измерение и вычисление пьедесталов FADC
5.1.2 Выделение импульсов
5.1.3 Проверка работоспособности алгоритма распознавания импульсов
5.2 Анализ событий в эксперименте 1989 г
5.2.1 Фоновые процессы в тройной смеси изотопов водорода
5.2.2 Наполнения ИК для методических измерений и для набора статистики
5.2.3 Отбор событий в данных 1989 г
5.3 Измерения и обработка данных 1991-92 гг
5.3.1 Анализ данных методом “выжившего мюона”
5.3.2 Обработка данных с использованием сигналов со всех анодов
5.4 Усреднение полученных результатов
5.5 Корреляция между наблюдаемым конечным коэффициентом прилипания и вероятностью стряхивания
5.6 Коэффициент прилипания u>dt ~ окончательный результат
6 РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ шм И codt В СРАВНЕНИИ С ТЕОРИЕЙ И ДАННЫМИ ДРУГИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
6.1 Результаты измерений u>cid и сравнение с расчётами
6.1.1 Реактивация мюона в реакции dd/i

В 1977 г. Л.И.Пономарев и С.С.Герштейн теоретически предсказали, что такие уровни в молекулах dd/i и dtfj, действительно существуют, с энергиями около <—'1,9 эВ и <~'-0,6 эВ соответственно. При этом скорость образования йд-мезомолекул может быть более чем на два порядка выше скорости распада мюона, примерно 108с-1 [7], ив смеси дейтерия и трития мюон может катализировать около ста циклов сй-реакций с общим выделением энергии ~2 ГэВ.
В ОИЯИ были проведены первые эксперименты по изучению нового механизма МК в дейтерии [28] и в смеси D/T [29]. Эти работы подтвердили, что скорость образования мезомолекул dtfi высока, и определена ее минимальная граница Л(дд>108с“"1. Была также измерена скорость перехвата мюона от дейтерия к тритию A<ü=(2,9±0,4)-108c_1. Она достаточно велика, чтобы не ограничивать общую скорость цикла мюона в D/T смеси. Анализ энергетических затрат на производство мюонов, выполненный в ПИЯФ Ю.В.Петровым, показал, что даже в самом оптимальном случае эти затраты в несколько раз превышают выделяющуюся энергию синтеза [30]. Однако, если использовать нейтроны dt-синтеза для облучения природного урана (с использованием наработанного плутония), то в результате мощность МК-установки увеличится почти в 100 раз, и энергетический баланс станет положительным [31, 32, 33]. Возможно также построить интенсивный источник 14 МэВ-ных нейтронов, которые нужны для исследований в области материаловедения, в особенности для проектирования первой стенки токамаков и других термоядерных установок, а также для трансмутации долгоживущих изотопов отработанного ядерного топлива.
1.5 Скорость цикла в реакции dtfi и эффективный коэффициент прилипания мюона.
При описании реакции сйд-катализа используют эмпирический параметр, характеризующий общую скорость протекания МК - скорость цикла Ас. Это величина, обратная среднему времени одного прохождения цикла тс. Она определяется временем, за которое мюон в среднем проходит цепоч-