Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Разработка криогенных мишеней для работы с тяжелыми изотопами водорода и экспериментальное исследование процессов мюонного катализа ядерных реакций синтеза при температурах 6-30 К

Диссертация: Разработка криогенных мишеней для работы с тяжелыми изотопами водорода и экспериментальное исследование процессов мюонного катализа ядерных реакций синтеза при температурах 6-30 К
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Для обеспечения экспериментов по мюонному катализу ядерных реакций синтеза разработана и с оздана надежная компактная твердо-дейтериевая мишень объемом 280 см³, которая позволяла работать как с твердым, так и с жидким дейтерием. Медный кондуктор из 500 проволочек обеспечил градиент температуры внутри ампулы мишени не более 0,1 К. Система термостабилизации мишени поддерживала стабильную… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Разработка твердо-дейтериевой мишени (ТДМ)
    • 1. 1. Требования к мишени
    • 1. 2. Ампула ТДМ
    • 1. 3. Система охлаждения ТДМ
    • 1. 4. Термометрия и термостатирование ТДМ
    • 1. 5. Система газообеспечения ТДМ
    • 1. 6. Операции и режимы работы ТДМ
    • 1. 7. Результаты эксплуатации ТДМ
  • Глава 2. Разработка жидко-тритиевой мишени (ЖТМ)
    • 2. 1. Требования к мишени
    • 2. 2. Конструкция ЖТМ
    • 2. 3. Система измерения давления ЖТМ
    • 2. 4. Система охлаждения ЖТМ
    • 2. 5. Особенности вакуумной системы ЖТМ
    • 2. 6. Термометрия и термостатирование ЖТМ
    • 2. 7. Операции и режимы работы ЖТМ
    • 2. 8. Обеспечение радиационной безопасности
    • 2. 9. Результаты эксплуатации ЖТМ
  • Глава 3. Измерение спиновой и температурной зависимости скорости образования сМ/х молекулы в твердом и жидком дейтерии
    • 3. 1. Физическое обоснование эксперимента «
    • 3. 2. Описание экспериментальной установки
    • 3. 3. Методика эксперимента
    • 3. 4. Результаты эксперимента с ТДМ
  • Глава 4. Прямое измерение эффективного коэффициента прилипания и множественности нейтронов в серии мюонного катализа (МК) в жидкой двойной смеси D/T в зависимости от концентрации изотопов
    • 4. 1. Физическое обоснование эксперимента
    • 4. 2. Описание экспериментальной установки
    • 4. 3. Методика эксперимента
    • 4. 4. Результаты эксперимента с ЖТМ

Разработка криогенных мишеней для работы с тяжелыми изотопами водорода и экспериментальное исследование процессов мюонного катализа ядерных реакций синтеза при температурах 6-30 К (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

После открытия в Лаборатории ядерных проблем (ЛЯП) ОИЯИ в 1966 г. явления резонансного образования мюонных молекул dd/i и высокой эффективности мю-катализа в системе dt? i (1979) многие лаборатории мира, имеющие ускорители протонов промежуточных энергий, ПИЯФ (Россия), LAMPF (США), PSI (Швейцария), RAL (Великобритания), TRIUMF (Канада) проводили исследования по проблеме мю-онного катализа (МК). В настоящее время особенно интенсивно они идут в КЕК (Япония), RIKEN-RAL (Великобритания). МК выделился как независимое направление, имеющее много приложений в ядерной физике и физике слабых взаимодействий.

Основу диссертации составил цикл работ, выполненных автором в течение 1993;98 годов [1, 2, 3, 4]. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.

Основные результаты диссертации можно суммировать следующим образом:

1. Для обеспечения экспериментов по мюонному катализу ядерных реакций синтеза разработана и с оздана надежная компактная твердо-дейтериевая мишень объемом 280 см³, которая позволяла работать как с твердым, так и с жидким дейтерием. Медный кондуктор из 500 проволочек обеспечил градиент температуры внутри ампулы мишени не более 0,1 К. Система термостабилизации мишени поддерживала стабильную температуру жидкого и твердого дейтерия с точностью ± 0,3 К. Мишень позволила провести измерения ядерно-физических параметров реакций мюонного катализа в чистом дейтерии в диапазоне температур 5, 5 + 30 К.

2. На установке с ТДМ впервые выполнено систематическое исследование скоростей образования мезомолекул с1с1ц из различных спиновых состояний сверхтонкой структуры мезоатома .Р — 3/2, Р = ½ (Аз/2, Ах/2 соответственно) и скорости перехода, А а мезоатома дейтерия между уровнями сверхтонкой структуры в твердом и жидком дейтерии в диапазоне температур 5, 5 + 30 К.

Полученные результаты (для твердого дейтерия) на порядок превышают теоретические предсказания скорости образования мезомоле-кулы дейтерия А3/2.

3. Для обеспечения экспериментов по мюонному катализу ядерных реакций синтеза разработана и создана безопасная компактная жидко-тритиевая мишень объемом 30 см³, которая позволяла работать с жидкими смесями изотопов водорода (Н, D, Т). Двухуровневая система радиационной безопасности допускала работу при активности трития внутри мишени до 10 кКи. Система термостабилизации мишени поддерживала стабильную температуру жидкой смеси с точностью ± 0,1 К внутри мишени. Мишень позволила провести измерения физических параметров реакций мюонного катализа в смеси изотопов водорода при температуре 20 Ч- 40 К.

4. На установке с ЖТМ впервые выполнен эксперимент по прямому измерению коэффициента эффективных потерь мюонов и скорости цикла мюонного катализа с образованием dt? молекул в жидкой дейтерий-тритиевой смеси. Измерены Ас и эффективный коэффициент потерь мюонов в цикле w при различных концентрациях изотопов в молекулярно-равновесной жидкой смеси дейтерия и трития при температуре 22 К в диапазоне тритиевых концентраций 19 -Ь 88%.

Следует отметить, что систематические измерения скорости образования мезомолекул дейтерия в широком диапазоне температур твердого дейтерия выполнены впервые, при этом в одном эксперименте (с применением ТДМ) проведены измерения в твердом и жидком дейтерии, которые не выявили зависимости скорости образования мезомолекул ы дейтерия от агрегатного состояния дейтерия. Впервые выполнены прямые независимые измерения коэффициента потерь мюонов и скорости цикла МК в жидкой равновесной по молекулярному составу D/T смеси (с применением ЖТМ) в широком диапазоне концентраций трития.

Экспериментальные исследования по проблеме МК в чистом дейтерии и в дейтерий-тритиевой смеси выполнены в соответствии с научными планами работ ЛЯП ОИЯИ. Проведенные исследования поставили новые задачи и открыли новые возможности в решении проблем мюонного катализа.

Дальнейшее изучение экзотических эффектов МК в широком диапазоне температур, плотностей и концентраций изотопов водорода поможет найти подход к решению фундаментальных проблем теории трехтельных систем с кулоновским взаимодействием, более точно определить уровни энергии мюонных молекул и объяснить механизмы их образования.

Автор выражает благодарность за сотрудничество всем соавторам, особенно В. ПДжелепову, В. Г. Зинову, А Д. Конину, А. И. Руденко, В. В. Фильченкову, Е. П. Красноперову, Ю. А. Сорокиной, В. А. Уткину, А. А. Юхимчуку, а также, А. П. Кустову, М. М. Петровскому, Л. И. Пономареву и И. А. Ютландову.

Заключение

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. D.L.Demin, V.P.Dzhelepov, N.N.Grafov, V.G.Grebinnik,
  2. A.D.Konin, A.I.Rudenko, Yu.A.Sorokiria, Yu.G.Zhestkov, V.G.Zinov,
  3. Solid deuterium target, Hyperfine Interactions 101/102(1996)583−589- Preprint JINR P13−95−179, Dubna, 1995.
  4. H.H.Графов, В. Г. Гребинник, Д. Л. Демин, В. П. Джелепов,
  5. B.Г.Зинов, С. В. Медведь, В. И. Пряничников, В. А. Уткин, Жид-котритпиевая мишень, ПТЭ 1(1999)21−27- Hyperfine Interactions 119(1999)349−351- Препринт ОИЯИ Р13−97−243, Дубна, 1997.
  6. A.A.Yukhimchuk, V.G.Zinov, S.V.Zlatoustovskii, Novel method for MCF study in a dense D/T mixture, first experimental results, Hy-perfine Interactions 118(1999)111−119- Preprint JINR E15−98−337, Dubna, 1998.
  7. V.V.Filchenkov, L. Marczis, The possibilities of the experimental investigations of the spin effects in the ddji molecule formation at the deuterium pressure 1.5 kbar: First results, Muon Cat. Fusion 5/6(1990/91)499−504.
  8. Л.И.Меньшиков, Л. И. Пономарев, Т. А. Стриж, М. П. Файфман, Резонансное образование мезомолекул ddfi, ЖЭТФ 92, Вып.4(1987) 1173−1187- Sov. Pliys. JETP 65(1987)656.
  9. M.P.Faifman, The resonant formation of ddfi and dtfi mesic molecules, Muon Cat. Fusion 2(1988)247−260- M.P.Faifman, L.I.Menshikov, T.A.Strizh, Calculation of the mesic molecular resonant formation rates, Muon Cat. Fusion 4(1989)1−30.
  10. A.Adamczak, V.S.Melezhik, Cross sections of processes p/j, + di+D2 andtfi+T2, Muon Cat. Fusion 5/6(1990/91)65−72- A. Scrinzi,
  11. Calculating resonant molecular formation matrix elements, Muon Cat. Fusion 5/6(1990/91)179−184- A. Scrinzi, P. Kammel, J. Zmeskal et al., Muon-catalyzed dd fusion between 25 and 150 K: Theoretical analysis, Phys. Rev. A 47(1993)4691−4704.
  12. N.Nagele, W.H.Breunlich, M. Cargnelli et al., Experimental investigation of muon-induced fusion in liquid deuterium, Nucl. Phys. A 493(1989)397−411.
  13. P.E.Knowles, J.M.Bailey, G.A.Beer et al., Muon-catalyzed fusion in deuterium at 3 K, Hyperfine Interactions 101/102(1996)21−28- P.E.Knowles, G.A.Beer, G.R.Mason et al., Muon-catalyzed fusion in 3 K solid deuterium, Phys. Rev. A 56(1997)1970−1982.
  14. V. V. Filchenkov, Kinetics of the MCF process in deuterium at the lowest temperatures, Hyperfine Interactions 101/102(1996)37−45.
  15. L.I.Menshikov and V.V.Filchenkov, B, esonant dd/i-molecule formation in solid deuterium, Hyperfine Interactions 101/102(1996)207−214- C.L.Gurin, L. I. Menshikov, Mesic molecule formation in solid deuterium, Hyperfine Interactions 118(1999)147−149.
  16. E.A.Armour, J. Bradbury, J. Cohen et al., Panel discussion, Hyperfine Interactions 101/102(1996)699−705.
  17. В.М.Быстрицкий, В. П. Джелепов, З. В. Ершова и др., Экспериментальное обнаружение и исследование мюонного катализа ядерной реакции синтеза (d + t), Phys. Lett. В 94, No.4(1980)476−479- Письма ЖЭТФ 31, Вып.4(1980)249−253- ЖЭТФ 80(1981)1700−1714.
  18. W.H.Breunlich, M. Cargneili, P. Kammel et al., Recent results of MCF experiments at SIN, Muon Cat. Fusion 1(1987)67−88- Muon-catalyzed D-T fusion at low temperature Phys. Rev. Lett. 58, No.4(1987)329−332.
  19. D.L.Demin, V.I.Pryanichnikov, Cryogenic reactor for the INS project, Hyperfine Interactions 119(1999)345−347- Preprint JINR E3−98−80, Dubna, 1998.
  20. Yu.V.Petrov and E.G.Sakhnovsky, On a 14 MeV neutron source based on MCF for fusion material research, Hyperfine Interactions 101/102(1996)647−654.
  21. N.Kawamura, K. Nagamine, T. Matsuzaki et al., He accumulation effect in solid and liquid D/T mixture, Hyperfine Interactions 118(1999)213−215.
  22. K.Nagamine, T. Matsuzaki, K. Ishida et al., Implications of the recent D-T MCF experiments at RIKEN-RAL and near future directions, Hyperfine Interactions 119(1999)273−280.
  23. T.Matsuzaki, частное сообщение.
  24. K.Ishida, K. Nagamine, T. Matsuzaki et al., Measurement of X-rays from muon to alpha sticking and fusion neutrons in solid/liquid D
  25. T mixtures of high tritium concentrations, Hyperfine Interactions 118(1999)203−208.
  26. V.G.Zinov, Time distribution of the multicycle catalyzed events, Muon Cat. Fusion 7(1992)419−422.
  27. V. V. Filchenkov, Novel approach to the determination of muon sticking to helium in the MCF reactions, Muon Cat. Fusion 7(1992)409−413.
  28. Ю.В.Городков, Г. П. Елисеев, Мишень с твердым водородом, ПТЭ 1(1976)20−22.
  29. А.В.Арефьев, Д. А. Сучков, Мишень с твердым дейтерием, ПТЭ 1(1976)22−23.
  30. А.Г.Зельдович, Н. Н. Агапов и др., Криогенные устройства и приборы в ядерной физике, М., Энергоатомиздат, 1982.
  31. V.A.Stolupin, Targets and gas systems for investigation of fi-atomic and? i-molecular processes in hydrogen, Nucleonica 40, No.2(1995)65−84.
  32. М.П.Малков и др., Справочник по физико-техническим основам криогеники, М., Энергоатомиздат, 1985.
  33. Д.Л.Демин, Неидеалъностъ газа гелия-4, Направлено на Первую Открытую Научную Конференцию УНЦ ОИЯИ, Дубна, 24−26 февраля 1997- Препринт ОИЯИ Р8−97−74, Дубна, 1997.
  34. A.J.Caffrey, S.E.Jones, K.D.Watts, Bull. Am. Soc. 28(1983)646.
  35. В.М.Быстрицкий, Я. Возняк, А. Гула и др., Жидкотритиевая мишень с вариацией температуры в диапазоне 20, 6 < Т < 40 К, ПТЭ 1(1985)46−47.
  36. Л.Б.Голованов, Криогенные мишени внутри стрнмерных камер и обеспечение мишеней криогенными жидкостями, ЭЧАЯ 8, Вып.5 (1977) 1155−1182.
  37. В.Г.Гребинник, Д. Л. Демин, В. Г. Зинов и др., Тепловой эффект растворения водорода и дейтерия, Препринт ОИЯИ Р8−97−7, Дубна, 1997- Тепловой эффект взаимного растворения жидких водорода и дейтерия, Препринт ОИЯИ Р8−99−179, Дубна, 1999.
  38. В.Г.Зинов, Е. Лонцки, А. И. Руденко, Многоимпульсная система п — 7 разделения на основе параллельного аналого-цифрового преобразователя, ПТЭ 1(1991)91−93.
  39. C.Petitjean, D.V.Balin, W.H.Breunlich et al., Muon catalyzed fusion in deuterium gas, Hyperfine Interactions 118(1999)127−133.
  40. A.Adamchak, Thermalization of muonic hydrogen in hydrogen targets, Hyperfine Interactions 101/102(1996)113−124.
  41. Д.Дэвис, Частное сообщение.
  42. D.L.Demin, V.P.Dzhelepov, V.V.Filchenkov et al., Novel experimental method for the investigation of multiple muon catalysis processes in an H/D/T mixture, Hyperfine Interactions 101/102(1996)591−597.
  43. А.Д.Конин, Быстрые многопроволочные пропорциональные камеры для малофонового выделения остановок мюонов в жидко-тритиевой мишени, Препринт ОИЯИ, Р-13−82−634, Дубна, 1982.
  44. В.Г.Зинов, А. И. Руденко, В. Т. Сидоров, Триггерное устройство на основе программируемой логической матрицы (FPGA) для исследований мю-катализа, ПТЭ 3(1998)38−42- Препринт ОИЯИ, Р13−96−439, Дубна, 1996.
  45. C.Petitjean, Progress in muon catalyzed fusion, Nuclear Physics A 543(1992)79c.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!