Эффекты сверхизлучения и частотной модуляции в поляризованных мишенях

• Автор: Киселев, Юрий Федорович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Поляризованная мишень в исследованиях спиновой структуры нуклонов
1.1. Спиновая структура нуклонов
1.2. Поляризованная мишень в SMC эксперименте
ГЛАВА 2. Краткое описание SMC- поляризованной мишени
2.1. Поляризация ядер методом динамического охлаждения
2.2. Материал мишени
2.3. Бутанольная мишень (С4 Н9ОН и C4D9OH)
2.4. Приготовление аммиачной мишени
2.5. Рефрижератор растворения жидкого 3Не в 4Не
2.6. Сверхпроводящая магнитная система мишени
2.7. Микроволновая система мишени
2.8. ЯМР-электроника
ГЛАВА 3. Измерение ядерной поляризации мишеней
3.1. Уравнение для расчета восприимчивости по спектру Q-метра
3.2. Характерные искажения протонных спектров
3.3. Особенности измерения интегральной интенсивности
3.4. Измерение ядерной поляризации сверхслабых сигналов
3.5. Q-метр с кабелем /« Х/4. Коррекция формулы Робинсона
ГЛАВА 4. Измерение поляризации ядер спина I
4.1. Поляризационные параметры ядер спина
4.2. Метод расчета поляризации дейтронов
4.3. Поляризации ядер 14N в аммиачной мишени
ГЛАВА 5. Обнаружение и исследование эффекта сверхизлучения
5.1. Обнаружение радиочастотного сверхизлучения
5.2. Исследование сверхизлучательной и мазерной генерации
5.3. Теория сверхизлучения и сравнение с экспериментом
5.4. Влияние расстройки резонатора на возбуждение сверхизлучения
ГЛАВА 6. Обнаружение и исследование модуляционного усиления
поляризации
6.1. Обнаружение эффекта
6.2. Материальные уравнения и постоянная распространения
6.3. СВЧ- мощность, поглощаемая мишенью (<|«Х) при ЧМ
6.4. Интенсивность СВЧ-поля в резонаторе
6.5. Исследование ЧМ-эффекта в бутаноле-Бю
6.6. Дополнительное магнитное поглощение и ДЛЯ
ГЛАВА 7. Новые возможные приложения поляризованных мишеней
7.1. Измерение спиновой температуры по анизотропии излучения
7.2. р-распад поляризованного ядра
7.3. у- распад поляризованного ядра
7.4. Каскадные р-у- переходы
7.5. Расчет каскадного перехода 22Ыа(3+)
7.6. Измерение времени поляризации редких ядер 13С
7.7. ДЛЯ тонкой мишени, охлаждаемой сверхтекучей пленкой 4Не
7.8. Кросс-релаксационная поляризация редких ядер
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
В диссертации обобщены результаты научно-исследовательских и практических работ автора по созданию и применению твердых поляризованных мишеней замороженного типа. Разработка таких мишеней началась в начале 70-х годов в Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ [1] и в CERN (Швейцария) [2]. Первая действующая протонная мишень ОИЯИ достаточно давно и детально была описана в трудах ОИЯИ [3]. В ее создании активное участие принимал и автор диссертации [4]. С другой стороны, с 1991 и по 1996 г. под непосредственным руководством Т.О. Niinikoski [2] автор был участником создания и большинства исследований, проведенных на мишени ЕМС (Европейской мюонной коллаборации) [5] и новой SMC-мшпени (Спин-мюонная коллаборация) в CERN [6]. Последняя, крупнейшая в мире поляризованная мишень, создавалась коллективными усилиями ведущих европейских специалистов при участии физиков США и Японии. В мишени задействованы новейшие технологии, методы обработки данных, расчеты. Два новых эффекта: эффекты сверхизлучения [7] и частотной модуляции [8], в обнаружении и разработке которых автор сыграл ключевую роль, по-существу определили ее рекордные параметры.
Ядерная поляризация в спиртовых замороженных мишенях получается методом динамического охлаждения [9]. Вещество мишени, в состав которого вводят парамагнитные примеси, помещают в магнитное поле и охлаждают до сверхнизких температур, обычно ниже 0.1 К. Ядра поляризуются микроволновым облучением парамагнитной примеси вблизи линии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). В результате облучения высокая электронная поляризация передается ядрам. При сверхнизких температурах, благодаря сильному замедлению процессов ядерной релаксации, этим методом удается получить почти 100% поляризацию протонов и 60% - дейтронов, при исключительно высокой плотности ядер по сравнению с мишенями других типов. Эти свойства открыли путь к уникальным исследованиям спиновых явлений на выведенных пучках ускорителей элементарных частиц. Центральную роль в разработке механизма поляризации сыграли классические работы А. Абрагама, М. Голъдмана, Б.Н. Провоторова, М. А. Кожушнера, В.А. Ацаркина, Л.Л. Буишвили, Г.Р. Хуцишвили, М. Боргини, Джеффриса и др., которые цитируются в диссертации. Практическая реализация стала возможной благодаря, предложенному Лондоном, Кларком и Мендозой [10],

однородности поля лучше, чем 3.5-10'3 в объеме, ограниченном длиной 1500 мм и диаметром 50 мм. Высокая однородность является главным условием получения однородной ядерной поляризации в объеме мишени. Поле вспомогательного диполя (до 0.5 Тл) направлено перпендикулярно ведущему полю магнита. Диполь включается только при реверсе поляризации, чтобы обеспечить достаточное время ядерной релаксации в сниженном поле, поэтому особые требования к его однородности не предъявляются. Реверс поля управляется компьютером и запускается по сигналу оператора обычно пять раз в сутки. При этом поле меняет направление, но по абсолютной величине остается всегда больше 0.5 Т. Полярность тока компенсирующих катушек переключается автоматически в момент изменения
Таблица 2.3. Основные данные соленоида, корректирующих катушек и диполя, составляющих магнитную систему мишени.
Наимен. Соленоид с Коррект. Диполь
параметра компенс. катуш. катушки
Внутрен. диам. 300 мм 408 мм 500 мм
Наруж. диам. 326 & 347 мм 508 мм
Длина (мм) 2000+2x150 150 2500
Индукция В 2.5 (Тл) 0.5 (Тл)
ДВВ 2-Ю-3 2S0
Ном. Ток (А) 416 S58
Ввод dl/dt 0.5 (А/с) 2.5 (А/с)
Индуктивность 5.6 (Гн) 0.06 (Гн) 0.4 (Гн)
Демпф. Резис. 1 Ом - 0.4 Ом
Материал медь+Nb медь+ Keystone
Ті NbTi Ruthexf.
знака тока в ведущем магните. Процедура вращения длится в течение 35 минут, однако набор статистики прерывается лишь на 10 мин, которые используются для мелких технологических осмотров и коррекции аппаратуры в радиационной зоне вблизи пучка.
Более сложной оказалась процедура вращения протонной поляризации в виду больших потерь или даже реверса отрицательной поляризации сверхизлучением [7]. Этот эффект, впервые обнаруженный и исследованный автором диссертации, изложен в пятой Главе диссертации. Здесь важно отметить, что единственной эффективной возможностью подавления сверхизлучения оказалось принудительное нарушение неоднородности поля ведущего магнита. По этой причине, перед началом реверса, а также при пересечении нулевого тока