Разработка и создание криогенных установок для мишеней с замороженной поляризацией ядер водорода и дейтерия

• Автор: Усов, Юрий Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 95 с. : ил.

Оглавление
1 ГЛАВА. Введение
2 ГЛАВА. Основы метода получения сверхнизких температур путем растворения 3Не в 4Не. Применение метода
в экспериментальной физике
2.1 История метода
2.2 Термодинамические основы метода
2.3 Применение метода в экспериментальной физике
3 ГЛАВА. Мишени с замороженной поляризацией ядер водорода и дейтерия. Основные принципы и параметры
3.1 Мишени с непрерывной динамической накачкой поляризации
3.2 Основные принципы и соотношения параметров мишеней
с замороженной поляризацией ядер
3.3 Основы метода динамической поляризации ядер
3.4 Обзор созданных мишеней с замороженной поляризацией ядер
4 ГЛАВА. Мишени с замороженной поляризацией ядер, созданные в ЛЯП ОИЯИ
4.1 Первая поляризованная замороженная мишень
4.2 Большая поляризованная замороженная мишень
4.3 Модификация действующих поляризованных мишеней в дейтронный вариант
4.4 Исследование материала мишени с 61лБ
4.5 Поляризованная мишень для экспериментов при низких энергиях и ” передвижная” поляризованная мишень
5 ГЛАВА. Мощный рефрижератор растворения 3Не—4Не для мишени с замороженной поляризацией ядер
5.1 Описание установки
5.2 Ступень растворения 3Не в 4Не, расчёт основного низкотемпературного теплообменника

5.3 Основные характеристики рефрижератора
6 ГЛАВА. Применение созданных в ЛЯП ОИЯИ мишеней с замороженной поляризацией ядер на ускорителях ЛЯП ОИЯИ, ИФВЭ, ПИЯФ и Карлова университета
6.1 Исследование спиновых явлений в области промежуточных энергий, проведенное с помощью первой замороженной поляризованной мишени
6.2 Использование большой поляризованной мишени в ИФВЭ
6.3 Исследование разности сечений Дат и Доу, при низких энергиях
7 Заключение
8 Литература

< ... Волна и камень, Стихи и проза, лёд и пламень Не столь различны меж собой. >> A.C. Пушкин
1 ГЛАВА. Введение
Широко известны масштабы применения достижений физики низких температур в различных областях науки и техники. Это — использование явления сверхпроводимости, эффектов Мессбауэра и Джозефсона, томография и т. д. Тем не менее, все эти направления не выходят за рамки гелиевых температур. Еще более интересным, особенно в экспериментальной физике, является интервал температур, лежащий ниже одного Кельвина, условно называемый областью сверхнизких температур.
В настоящей работе излагаются результаты внедрения метода стационарного получения сверхнизких температур путем растворения 3Не в 4Не для создания поляризованных мишеней ЗАМОРОЖЕННОГО типа. Этот метод получил наиболее широкое применение в физике низких температур, по сравнению с другими способами получения сверхнизких температур: адиабатическим размагничиванием и эффектом Померанчука. Впервые идея создания поляризованной мишени, на основе метода глубокого охлаждения вещества — путем растворения 3Не в 4Не, была высказана в работах [1],[2]. Этот метод, впервые успешно реализованный Б.С. Негановым, Н.С. Борисовым и М.Ю. Либур-гом [3], удачно сочетающий большую мощность охлаждения с возможностью достижения предельно низких температур (до 0,002 К), как нельзя лучше подходит для создания замороженных поляризованных мишеней. Мишени этого типа обладают предельной степенью поляризации, большей стабильностью во времени, возможностью применения магнитных систем с изменяющейся во время эксперимента апертурой, что в значительной степени расширяет круг задач, решаемых с помощью таких мишеней. Суть идеи мишени с замороженной поляриза-

новку с изменяемым вектором поляризации во время экспозиции на пучке в трёх ортогональных направлениях. Эти возможности обусловлены использованием трех сверхпроводящих магнитов — поляризующего и двух удерживающих. Жидкий гелий в криостаты магнитов и рефрижератора мишени поступает автоматически и последовательно т. е. каждый криостат является еще и промежуточным гелиевым сосудом для следующего. В результате использования такого принципа достигается простота эксплуатации, хотя имеет место и повышенный расход жидкого гелия для мишени относительно небольшого размера.
Очень интересное техническое решение по совмещению в одном криостате двух типов мишеней, основанных на охлаждении с помощью откачки паров 3Не и растворении 3Не в 4Не, предложили сотрудники PSI [41]. Эта конструкция позволяет, используя фактически один криостат и сменные вставки, при необходимости работать в обоих режимах, что значительно расширяет возможности установки. Идея совмещения в одном устройстве возможностей откачного и рефрижераторного циклов, основанная на других принципах, значительно раньше выдвигалась и в ЛЯП [42]. Еще один вариант совмещения в одном устройстве испарительного (3Не или 4Не) и рефрижераторного (3Не-4Не) циклов был реализован в Харькове [43]. Установки в Бонне [44] и КЕК [45] являются, в большой степени, аналогами поляризованных мишеней в Сакле и ЦЕРН, соответственно. В поляризованной мишени, которая в настоящее время подготавливается к экспериментам в Майнце [46], удерживающее поле (В = 0,35 Т) создается при помощи сверхпроводящей катушки, расположенной на охлажденном экране криостата рефрижератора. Особо следует сказать и о поляризованной мишени, созданной сотрудниками Сакле и Аргонна для экспериментов в Лаборатории им. Э. Ферми [16]. Хотя эта поляризованная мишень использовалась в эксперименте Е 704 по измерению асимметрии в рождении 7г°-мезонов при энергии 200 ГэВ. , авторам, в силу ряда обстоятельств, так и не удалось достичь оптимальных параметров. Следует отметить, что по объему рабочего вещества и холодопроизводительно-сти эта установка является одной из самых крупных в мире. В рамках проекта проведения поляризационных исследований на ускорительном комплексе ЛВЭ-ОИЯИ, эта поляризованная мишень была перевезена