Разработка и создание криогенных установок для мишеней с замороженной поляризацией ядер водорода и дейтерия Усов, Юрий Андреевич

Введение к работе

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Эксперименты с поляризованными мишенями и пучками, занимающие особое место в ядерной физике и физике элементарных частиц, позволяют наиболее прямым способом изучать спиновую зависимость взаимодействий. В этих исследованиях одним из основных инструментов является поляризованная мишень — вещество, в котором спины ядер водорода, дейтерия, лития и т.д. ориентированы в заданном направлении при низких температурах в магнитном поле с использованием динамических методов получения высокой поляризации. Ряд экспериментов, связанных с боль-пими апертурами углов наблюдаемых частиц, может быть поставлен только гри использовании мишеней с замороженной поляризацией ядер. Кроме этого, мишени замороженного типа позволяют за счет низкой температуры при зыстраивании поляризации получать для ряда веществ предельную поляризацию. Стабильная во времени поляризация замороженных мишеней повышает точность измеряемых в эксперименте величин. Однако создание таких мишеней является чрезвычайно сложной научно-технической задачей, включающей з себя разработку криогенной и измерительной аппаратуры, исследование рабочих веществ для мишеней и т. д. Кроме противоречивых требований, предъявляемых к рефрижератору растворения ³Не в ⁴Не, т. е. одновременному обеспечению в одном устройстве минимальной температуры и высокой мощности эхлаждения, необходимо было создать установки, которые могли бы надежно и эффективно работать в условиях реальных физических экспериментов на ускорителях ОИЯИ, ИФВЭ, ПИЯФ (ЛИЯФ) и Карлова университета(КУ). Решению широкого круга задач, связанных с исследованием и созданием таких установок, посвящена настоящая диссертация.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ состояла в разработке и создании установок сверхнизких температур для мишеней с замороженной поляризацией ядер, используемых в физических экспериментах на ускорителях ОИЯИ, ПИЯФ, ИФВЭ и КУ (Пра-га).

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в том, что впервые в нашей :тране разработан и применён принципиально новый тип мишеней с замороженной поляризацией ядер водорода и дейтерия.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в разработке и внедрении мишеней с замороженной поляризацией ядер в физические эксперименты, проводимые на ускорителе ИФВЭ 70 ГэВ, синхроциклотроне и синхрофазотроне ОИЯИ, ускорителе ПИЯФ и ускорителе Ядерного Центра Карлова

университета. На разработанных с непосредственным участием диссертанта мишенях выполнены следующие физические исследования:

1. Цикл экспериментов по измерению коэффициента корреляции поляризаций С_Пп при энергиях протонов 550-950 МэВ.

2. Цикл работ по экспериментальному исследованию асимметрии образования нейтральных пионов в реакции 7Г~ + р ~\—^ 7г + п при импульсе 40 ГэВ/с.

3. Исследование азимутальной асимметрии рождения 7г-мезонов, образующихся в инклюзивной реакции п~ + d |— 7г + X с поляризованными дейтронами.

4. Исследование поляризационных явлений в односпиновых рр-взаимодейств при 70 ГэВ/с.

5. Исследование разности сечений Дстт и Дох при низких энергиях.

6. Измерение разности полных нейтрон-протонных сечений при значениях кинетической энергии нейтронов 1,20, 2,50 и 3,66 ГэВ.

На защиту выносятся следующие положения:

7. Разработка, создание и результаты исследований криогенных систем мишеней с замороженной поляризацией ядер.

8. Предложение и реализация модификации протонной поляризованной мишени в дейтронный вариант.

9. Разработка, создание и результаты исследований мощного рефрижератора растворения ³Не в ⁴Не для мишени с замороженной поляризацией ядер.

10. Модификация поляризованной замороженной мишени (ANL-Saclay) в "передвижной" вариант и проведение первых экспериментов на ускорительном комплексе ЛВЭ ОИЯИ.

11. Использование разработанных поляризованных замороженных мишеней в физических экспериментах на ускорителях ОИЯИ, ИФВЭ, ПИЯФ и КУ (Прага).

АПРОБАЦИЯ ДИССЕРТАЦИИ. Результаты работ, изложенные в диссертации, докладывались: на научных семинарах Лаборатории ядерных проблем

ОИЯИ и Института физики высоких энергий; на 7-м Международном симпозиуме по поляризационным явлениям в физике высоких энергий (Протвино, 1986); на Международном рабочем совещании по твердотельным мишеням (Бонн, 1990); на Международных симпозиумах по спиновым явлениям при высоких энергиях (Блумингтон, США, 1994, Амстердам. Голландия, 1996 и Протвино, 1998). Результаты работ опубликованы также в Сообщениях и Препринтах ОИЯИ на русском и английском языках и в рецензируемых журналах: ЖЭТФ, ПТЭ, ЯФ, J.Phys. Е: Sci. Instrum., Cryogenics, Xucl. Instr. к Meth., Z. Pliys.

Расположение материала. Диссертация изложена на 95 страницах и состоит из шести глав и заключения; содержит 27 рисунков и 10 таблиц. Список литературы составляет 89 пунктов.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

12. Н.С. Борисов, Э.И. Бунятова, Ю.Ф. Киселев, В.Н. Матафонов, Б.С. Нега-нов, Ю.А. Усов, "Протонная поляризованная "замороженная" мишень". Сообщения ОИЯИ 13-10253, 13-10257, Дубна, 1976.

13. Н.С. Борисов, Э.И. Бунятова, А.Г. Володин, М.Ю. Либург. В.Н. Матафонов, А.Б. Неганов, Б.С. Неганов, Ю.А. Усов, "Поляризованная протонная "замороженная" мишень для вторичных пучков частиц высокой энергии". Сообщения ОИЯИ 1-80-90, Дубна, 1980.

14. N.S. Borisov, ЕЛ. Bunyatova, M.Yu. Liburg, V.N. Matafonov, А.В. Neganov, Yu.A. Usov, "Frozen spin polarized deutron target 60 cm³ in volume". J.Phys. E: Sci. Instrum. 21 (1988);

Препринт ОИЯИ Pl-85-292, Дубна, 1985.

4. Н.С. Борисов, Э.И. Бунятова, М.Ю. Либург, В.Н. Матафонов, А.Б. Нега
нов, Ю.А. Усов, "Динамическая поляризация ядер дейтерия в полностью
дейтерированных этандиоле и пропандиоле", Препринт ОИЯИ Р13-84-
430, Дубна, 1984;

ЖЭТФ 87 (1984) 2234.

5. N.A. Bazhanov, Е. Boschitz, В. Brinkmoller,V.A. Efimovykh, O.Ya. Fedorov. S.I. Kalentarova, A.I. Kovalev,..., Yu.A. Usov, M. WeCler. "Vector analysing power гТц in the ird —> pp reaction in the energy region TV = 3504-450 MeV", Phys. Rev. С 47 (1993) 395.

6. И.А. Аввакумов,..., Ю.А.Усов, Б.А.Хачатуров, "Поляризация в реакции перезарядки 7Г~ + р —> 7Г 4- п в области малых передач импульса при 40 ГэВ/с", ИФВЭ, 80-94, 1980.

7. J. Ball,... ,Yu.A.Usov, "Proton and neutron polarized targets for nucleon-nucleon experiments at SATURNE-2", Nucl. Instr. & Mtth. A 327 (1996) 4.

8. N.S. Borisov, V.N. Matafonov, A.B. Neganov, Yu.A. Plis, O.N. Schevelev. Yu.A. Usov, I. Jansky, M. Rotter, B. Sedlak, I. Wilhelm, G'.M. Gurevich, A.A. Lukhanin, J. Jelinek, A. Srnka, L. Skrebek, "Target with a frozen nuclear polarization for experiments at low energies", Nucl. Instr. & Mtth. A 345 (1994) 421;

in Proc. of the 11th Int. Symposium on High Energy Spin Physics, Bloomington, 1994, p.545.

9. N.A. Bazhanov ,..., Yu.A. Usov, "A movable polarized target for high energy
spin physics experiments", Nucl. Instr. & Metk. A 372 (1996) 349;

F. Lehar,..., Yu.A.Usov et al., Nucl. Instr. & Mtth. A 356 (1995) 58; N.A.Bazanov,..., Yu.A.Usov, "Frozen spin solid targets developed at the Laboratory of Nuclear Problems (J1NR, Dubna)", Nucl. Instr. & Meth. A 402 (1998) 484.

10. J. Broz,..., Yu.A. Usov et al., Z. Phys. A 354 (1996) 401; J. Broz,..., Yu.A. Usov et al, Z. Phys. A 359 (1997) 23.

11. N.S. Borisov, V.V. Kulikov, A.B. Neganov, Yu.A. Usov, "A powerful ³He-⁴He dilution refrigerator for a frozen spin target", Cryogenics 33, No.7 (1993) 738; in Proc. of the 11th Int. Symposium on High Energy Spin Physics, Bloomington, 1994, p.545.

Цитированная литература.

12. Т.О. Niinikoski and F. Udo, NucUnstr. & Metk. 134 (1976) 219.

13. B.C. Неганов, Н.С. Борисов, М.Ю. Либург, "Метод получения сверхнизких температур, основанный на растворении ³Не в ⁴Не", Препринт ОИЯИ Р-2480, 1965;

ЖЭГФ50 (1966) 1445.

14. B.C. Неганов, "Получение сверхнизких температур и создание протонных и дейтронных поляризованных мищеней", в Трудах Международной конференции по электромагнитным взаимодействиям при низких и средних энергиях, Дубна, т.4, 1967 р.300.

15. T.J. Schmugge, CD. Jeffries, Phys.Rev. 138 (1965) 1785.

16. Н.С. Борисов и др., Сообщения ОИЯИ Р6-7408, 1973.

17. Э.И. Бунятова, Автореферат кандидатской диссертации, ОИЯИ, Дубна,
1-89-75, 1989;

М.Ю. Либург, Автореферат кандидатской диссертации, ОИЯИ, Дубна, 13-92-583, 1992.

18. О.В. Лоунасмаа, Принципы и методы получения температур ниже 1 К, М., Мир, 1977.

19. Н.С. Борисов, Автореферат кандидатской диссертации, ОИЯИ, Дубна, 2000.

20. Т.О. Niinikoski, "Large-scale applications of dilution refrigerators", CERN-EP/83-127, 1983.

21. M. Borghini, Phys. Rtv. Letters 20 (1968) 419;

A. Abragam, Principles of nuclear magnetism, Oxford Univ. Press, London, 1961.

22. P.Roubeau, Cryogenics August 1966, p. 207.

23. Л.Б. Парфенов, B.C. Неганов, Препринт ОИЯИ 13-4143, Дубна, 1968; D. Draghicescu, V.I. Lushchikov, V.G. Nikolenko, Yu.V. Taran, F.L. Shapiro, Phys. Letters 12 (1964) 334.

24. Yu.F. Kisselev et. al., Nucl. Instr. & Meth. 220 (1984) 399.

25. В.Д. Апокин,..., Ю.А. Усов и др., "Первые результаты по измерению азимутальной асимметрии рождения 7г-мезонов в области фрагментации пучка на поляризованных дейтронах", ИФВЭ, 88-79, Серпухов, 1988.

26. J.Bali et al., "Improvements of the polarized target for nucleon-nucleon experiments at SATURNE-2", in Proceedings of the 4th Int. Workshop on Polarized Target Materials and Techniques, Bonn, 1984, p.112.

J.Bali,... ,Yu.A.Usov, Nucl. Instr. & Meth. A 327 (1993) 308.

27. C.E. Allgower,..., Yu.A. Usov et al., Eur. Phys. J C5 (1998) 453.

28. B.P. Adiasevich,..., Yu.A. Usov et. al., Z. Phys. С 71 (1996) 65.

29. R.A. Arndt et al., Phys.Rev. С 56 (1997) 3005.

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

Разработка и исследование источника атомарного водорода и дейтерия с ядерной поляризацией для экспериментов на внутренних пучках ускорителейМикиртычьянц Максим Сергеевич

Разработка и создание двухкоординатных детекторов тепловых нейтронов для установок малоуглового рассеянияИльин, Дмитрий Сергеевич

Разработка и создание регистрирующей электроники адронного торцевого калориметра установки ATLAS для экспериментальных исследований на LHCЛадыгин Евгений Александрович

Разработка и применение методов лазерной метрологии при создании адронного калориметра установки АТЛАС и их дальнейшее развитие для контроля положения крупномасштабных физических установокЛяблин, Михаил Васильевич

Разработка конструкции и создание модульного ядерного абсорбера адронного тайл-калориметра установки АТЛАСТопилин Николай Дмитриевич

Разработка, создание и использование газоразрядных детекторов частиц для экспериментов в физике высоких энергийКрившич, Анатолий Григорьевич

Разработка и создание многоканальных оптоэлектронных и радиочастотных систем управления и контроля сервисной аппаратуры ионных источников линейных ускорителейРоманов, Юрий Иванович

Разработка и создание стримерной камеры и высоковольтных генераторов магнитного спектрометра ГИБСАксиненко, Виктор Дмитриевич

Разработка и создание детектирующей аппаратуры для эксперимента сфера, исследование ядро-ядерных взаимодействий на пучках ускорительного комплекса ЛВЭ ОИЯИАфанасьев, Сергей Владимирович

Разработка и создание 900-канального времяпролетного детектора для исследования взаимодействий тяжелых ионов высоких энергийСеменов, Андрей Юрьевич