РОЗДІЛ 2
Експериментальна методика вивчення взаємодії альфа -частинок з ізотопами водню
Експериментальна методика, яка використовувалась для дослідження тричастинкових та чотиричастинкових ядерних реакцій спричинених ?+d та ?+t взаємодією, містила в собі такі елементи: системи формування і діагностики пучка, реакційну камеру (камера Д), мішені, детектори, аналогову і цифрову систему для обробки сигналів з детекторів, багатоканальні аналізатори, комп'ютери, що використовувались для керування експериментом та обробки експериментальних даних.
2.1. Геометрія кореляційного експерименту
Геометрія експерименту, що проводився на циклотроні У-120, приведена на рис.2.1. Заряджені частинки за допомогою квадрупольних магнітних лінз та поворотного магніту направлялись до мішені, розміщеної в реакційній камері (камера розсіювання). Камера розсіювання - це циліндр діаметром 1500 мм і висотою 750 мм. Формування пучка здійснювалось за допомогою діафрагм Д1 (вона розміщувалась за поворотним магнітом в залі циклотрону) та Д2 діаметром 8 мм та 3 мм відповідно. Відстань між ними становила 2500 мм. Антирозсіювальна діафрагма Д3 мала діаметр 8 мм і розміщувалась на відстані 100 мм від Д2, а від мішені М - 200 мм. Вона служила для зменшення фону заряджених частинок, розсіяних на краях діафрагми Д2. Також задачами діафрагм Д1-Д3 окрім отримання достатньої інтенсивності іонів були такі: пучок іонів не повинен зміщуватися на мішені і геометричні розміри плями іонів на мішені та перерозподіл інтенсивності іонів в околі цієї плями повинні вносити мінімальну помилку при визначенні середнього кута детекторів. Для контролю пучка проводилось вимірювання заряду на діафрагмі Д2 і на циліндрі Фарадея. Для цього вимірювання використовувався перетворювач заряд - частота [17], сигнали з якого подавались на лічильник.
Після проходження системи діафрагм пучок попадав в центр камери розсіювання. Через верхню кришку в її центр вводився шток, на якому розміщувався блок мішеней. Блок мішеней складався з шести мішеней, і будь-яку з них за допомогою штоку можна було розміщувати під пучок. З лівого та правого боку від осі пучка в площині реакції розташовувались детекторні платформи, на яких розміщувались по два телескопи для реєстрації однозарядних та двозарядних продуктів ядерних реакцій.
2.1.1 Визначення істинного нульового кута
При проведенні кореляційних експериментів з метою визначення енергетичних параметрів резонансних станів ядер, необхідно якомога точніше визначити енергію взаємодії і кутове положення детекторів. Також треба точно знати, що вісь пучка лежить у площині реакції. Хоча завжди перед початком експерименту проводиться юстування (моделювання геометрії експерименту за допомогою використання променя лазера [18]) положення детекторних систем, мішені та системи діафрагмування розмірів та положення пучка на мішені завжди існує відхилення від потрібного положення осі пучка в межах кутового розкиду системи діафрагм. Це відхилення може складати від десятих часток до одиниць градуса. Щоб визначити дійсне положення осі пучка по відношенню до детектуючих систем, проводять вимірювання енергетичного положення піків з пружного розсіяння, наприклад, (d(?,?)d, C12(?,?)C12), одним і тим же детектором ліворуч та праворуч від напрямку падіння на мішень пучка. Потім будують залежність положення номера каналу де знаходиться максим піку (рис. 2.2) від кута розміщення детектора. Цю кутову залежність положень піків апроксимують поліномом другого порядку, визначаючи при цьому значення кута, при якому похідна від цієї залежності рівна нулю. Це значення і є істинне значення нульового кута. Так наприклад, використовуючи вище приведену процедуру, яку ще називають визначенням анізотропії проходження циклотронного пучка (рис.2.2), було встановлено, що відхилення нульового положення виведеного пучка альфа-частинок складало (-1,9?) від результатів попередньо проведеного юстування. В основному в інших експериментах ця величина не перевищувала 1?.
2.1.2 Перевірка компланарності розташування детекторів
Після визначення істинного проходження циклотронного пучка, необхідно переконатись в компланарності геометрії експерименту. Для цього проводять практично окремий кореляційний експеримент. Використовують пружне розсіянння та враховуючи вже виміряну "анізотропію" напрямку проходження пучка, фіксують на збігу одначасно обидві розсіяні частинки. Необхідною умовою компланарності є однакова кількість відліків в піці збігу і відповідному піці інклюзивного спектру (отриманого без збігів) детектуючого пристрою з меншим тілесним кутом.
2.2. Мішені
При вивченні тричастинкових каналів ядерних взаємодій в кінематично-повному експерименті за участю ядер ізотопів водню існують певні експериментальні особливості, викликані тим фактом, що водень та дейтерій, так і отриманий штучно тритій, є газами. В цьому випадку проведення кореляційних досліджень значно ускладнюється. Це викликано тим, що при використанні газових мішеней, ядерні реакції, які досліджуються, локалізовані в просторовому шнурі. Він визначається розмірами сліду від пучка прискорених частинок, який він залишає в газовій мішені на відміну від твердої мішені, де область локалізації ядерних взаємодій обмежена частиною площини твердої мішені. Окрім того, у випадку газових тритієвих мішеней потрібно подолати труднощі, викликані високою радіоактивністю даного газу. Такі труднощі можна обійти, якщо використовувати для виготовлення мішеней тверді хімічні двокомпонентні сполуки, такі як, наприклад, поліетилен (CН2 )n, дейтерополіетилен (CD2 )n, або скористатись властивістю деяких металів таких як Pt та Тi в нагрітому стані сорбувати і надійно утримувати ізотопи водню. Можна виготовити тверді самопідтримуючі мішені, наприклад Тi(Н), Тi(D) та в першу чергу Тi(Т), оскільки виготовлення трітійополітелену, внаслідок його радіоактивності, буде супроводжуватись значнми технологічними труднощами. Тому при дос