Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время особый интерес представляет использование нового типа детектора - эмиссионной камеры с газовым усилением (ЭКГУ). Основной объем камеры заполнен конденсированной средой, обеспечивающей высокую эффективность регистрации ионизирующих излучений. Электроны ионизации под воздействием внешнего поля вытягиваются в газовую среду, где имеет место метод лавинного усиления электронного сигнала. Использование оптически прозрачных сред позволяет наряду с электронным сигналом измерять световой поток, порождаемый ионизацией. Допустимо возможное количество рабочего вещества определяется глубиной инжекции электронов ионизации из рабочего объема в газовую фазу. При современных технологиях очистки рабочих сред от электроотрицательных примесей толщина инжекции составляет порядка 1 м для конденсированных инертных газов (аргон, криптон, ксенон) и нескольких сантиметров в жидких предельных углеводородах. Это позволяет создавать многотонные детекторы для решения фундаментальных задач низкофоновой физики. В частности, отметим такие задачи, как распределение потенциала в объеме и на границе раздела фаз, уравнение состояния адсорбированных слоев атомов, прямое измерение потока нейтрино, измерение ультранизких активностей (распад протона, двойной бета-распад, двойной к-захват) и др.
Цель работы: развитие метода использования двухфазных детекторов с газовым усилением (газообразная и конденсированная фазы) для решения задач низкофоновой физики и физики конденсированного состояния.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
-
Изучение спектрометрических возможностей инертных газов (аргон, криптон, ксенон) для применения в двухфазных детекторах.
-
Исследование особенности формирования профиля электростатического потенциала вблизи границы раздела фаз и построение полного распределения электрического потенциала в объеме для решения задач восстановления треков заряженных частиц.
-
Вычисление вероятности прохождения неравновесных электронов через границу раздела жидкость-газ.
-
Расчет ионизационных потерь и пробегов релятивистских электронов в предельных углеводородах и органических материалах.
-
Проведение оценки темпа счета солнечного рр - нейтрино по электронам отдачи и слабовзаимодействующих массивных частиц по ядрам отдачи рабочего вещества детектора.
-
Получение уравнения состояния криптона и ксенона и криптона в двумерном и трехмерном случаях.
Научная новизна полученных результатов: 1. Показано, что пеннинговая добавка позволяет улучшить спектрометрическое характеристики счетчика, снизить рабочее
напряжение до 800 В и получить эффективность регистрации 2% для фотонов с энергией 59.6 кэВ.
-
Построен потенциал вблизи границы раздела фаз с учетом сил изображения и внешнего поля формирующих электродов, определяющий эмиссионные свойства детектора.
-
Найдена вероятность прохождения неравновесных электронов через эффективный потенциальный барьер границы раздела жидкость-газ.
-
Проведена оценка темпа счета двухфазного детектора для прямой регистрации солнечного рр - нейтрино и нейтралино.
-
Установлены допустимые концентрации содержания изотопа 14С в углеводородной мишени ~ 10"" г/г для экспериментов по прямой регистрации солнечного рр-нейтрино.
-
Методом молекулярной динамики получено уравнение состояния криптона и ксенона в двухмерном и трехмерном случаях.
Практическая ценность работы. Предложен новый тип ксеноновой пеннинговой добавки, позволяющий снизить рабочее напряжение на анодной нити аргонового пропорционального счетчика с 1500 В до 800 В, улучшив спектрометрическое разрешение и эффективность регистрации жестких рентгеновских фотонов с энергиями до 40 кэВ. Показана возможность проведения рентгено-флуоресцентного анализа переходных элементов с Z=29-55 с помощью регистрации пиков вылета в криптоновом пропорциональном счетчике. На основании расчетов получены практические рекомендации для изготовления и размещения многонитянного анода и дополнительной вытягивающей сетки в двухфазном эмиссионном детекторе. Проведена оценка темпа счета двухфазного детектора в задачах прямой регистрации солнечного рр - нейтрино и нейтралино. Обоснована возможность использования предельных углеводородов для низкофонового двухфазного детектора большого объема, способного работать при комнатных температурах. Разработан способ получения уравнения состояния двумерных и трехмерных систем, основанный на методе молекулярной динамики.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Использование ксеноновой пеннинговой добавки позволяет снизить анодное напряжение в два раза и улучшить спектрометрические характеристики в 1.5 раза. При этом эффективность регистрации фотонов с энергией, превышающей К-край поглощения ксенона увеличивается более чем в два раза.
-
Построение распределения электростатического потенциала в объеме детектора и получено аналитическое представление для профиля потенциального барьера на границе раздела фаз.
-
Уравнение состояния криптона и ксенона в двумерном и трехмерном случаях.
Личный вклад автора. Автором лично выполнены все расчеты, представленные в работе. Разработаны программы для расчета ионизационных потерь электронов в газообразных и конденсированных средах, вычисления сечений упругого рассеяния нейтрино на электронах и нейтралино на ядрах. Составлены программы для обработки результатов спектрометрических экспериментов. Научный руководитель принял участие в постановке задач, проведении экспериментальной части работы и обсуждении результатов.
Апробация результатов.
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
-
II Международный семинар "Теплофизические свойства веществ" (жидкие металлы и сплавы, наносистемы), г. Нальчик, 25-30 сентября, 2006г.
-
Российская школа-конференция молодых ученых и преподавателей. "Биосовместимые наноструктурные материалы и покрытия медицинского назначения", г. Белгород, 25 сентября-1 октября, 2006 г.
-
Баксанская Молодежная школа экспериментальной и теоретической физики, БМШ ЭТФ-2007, КБГУ, пос. Эльбрус, 15-22 апреля, 2007 г.
-
XIV Международная школа "Частицы и космология", пос. Терскол КБР, 16-21 апреля, 2007 г.
-
Баксанская Молодежная школа экспериментальной и теоретической физики, БМШ ЭТФ-2010, КБГУ, пос. Эльбрус, 17-23 октября, 2010 г.
-
Международная научно-практическая конференция "Прикладные аспекты геологии с использованием современных информационных технологий", г. Майкоп, 16-20 мая, 2011г.
-
XV Международная школа "Частицы и космология", г. Троицк, 26-30 мая, 2011 г.
Публикации: По теме диссертации опубликовано 9 работ, три из них - в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 90 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 5 таблиц. Состоит из введения, трех глав и списка литературы из 70 наименований.
