- 2 -
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ................................................... 4
ГЛАВА I. МИШЕНЬ В НАКОПИТЕЛЕ
§ 1.1. Ускорительно-накопительный комплекс ВЭПП-2М 8
§ 1.2. Эффективная толщина мишени.............. 9
§ 1.3. Режим тонкой мишени..................... II
§ 1.4. Режим сверхтонкой мишени................ 15
§ 1.5. Светимость установки.................... 19
ГЛАВА П. СВЕРХТОНКИЕ МИШЕНИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ АТОМНЫХ ЯДЕР В НАКОПИТЕЛЕ
§ 2.1. Эксперименты с внутренними мишенями в накопителе электронов............................. 22
§ 2.2. Возможные типы внутренних мишеней дан накопителя. 23
§ 2.3. Способы формирования газовых струй...... 25
§ 2.4. Газовая мишень с криогенной откачкой..... 34
§ 2.5. Особенности применения мишени в накопителе. 39
ГЛАВА Ш. ПОЛЯРИЗОВАННАЯ МИШЕНЬ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В НАКОПИТЕЛЕ
§ 3.1. Состояние вопроса.......................... 43
§ 3.2. Спиновое состояние частицы.................. 44
§ 3.3. Принципы получения поляризованных пучков... 46
§ 3.4. Получение атомного пучка.................... 52
§ 3.5. Сверхпроводящий разделительный магнит.... 58
§ 3.6. Блок РЧ переходов....................... 67
§ 3.7. Результаты измерений и выводы........... 68
ГЛАВА 1У. ИЗУЧЕНИЕ РАДИАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В РАССЕЯНИИ ЭЛЕКТРОНОВ НА ЯДРАХ
§ 4.1. Роль радиационных процессов в рассеянии
электронов.............................. 83
§ 4.2. Описание эксперимента................... 89
- 3 -
Стр.
§ 4.3. Обработка экспериментальных данных..... 89
§ 4.4. Результаты измерений................... 93
ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................... 99
Л И Т Е Р А Т УРА.................................. 101
4
ВВЕДЕНИЕ
Начиная с работ Хофптадтера [ I ] и по настоящее время изучение свойств атомных ядер с помощью рассеяния электронов продолжает оставаться одним из наиболее эффективных методов получения точной информации об их структуре. В подобных экспериментах решается широкий круг задач. К ним, в частности, относятся:
- измерения электрических и магнитных форм-факторов ядер в упругом рассеянии [ 2,3 ] ;
- изучение неупрутого рассеяния с возбуждением дискретных уровней или гигантских резонансов [4,5] ;
- исследование межнуклонных сил и структуры нуклонов в процессах электрорасщепления легчайших ядер [ 6,7 ] ;
- определение функции распределения нуклонов по скоростям и получение сведений о нуклонных корреляциях на малых расстояниях с помощью квазиупругого рассеяния электронов [ 8,9 ] .
Техника проведения экспериментов по электронному рассеянию непрерывно развивается и совершенствуется. Как правило, эти эксперименты проводятся на линейных или циклических ускорителях с электронным пучком, выведенным на мишень ТОЛЩИНОЙ 10“^ - IО“3 Хо ( Хв- радиационная единица длины). В каждом конкретном случае толщина мишени выбирается в результате решения компромисса между стремлением сохранить малый энергетический и угловой разброс первичного пучка при возможности регистрации вторичных медленных и тяжелых частиц и необходимостью иметь достаточно высокую скорость набора статистики.
Прогресс в развитии ускорительной техники и регистрирующей аппаратуры позволяет проводить эксперименты на новом уровне точности. В последнее время все более широкое распространение получают эксперименты, в которых наряду с рассеянным электроном одновременно регистрируются вторичные частицы: протоны, дейтоны,
- 5 -
оС -частицы и т.д. Подобные эксперименты представляются наиболее интересными и информативными, поскольку позволяют восстановить всю кинематику изучаемого процесса, определить спектр вылетающих из ядра частиц и при этом являются практически бесфоновыми. Проведение таких экспериментов на линейных ускорителях затруднительно из-за большой скважности, порядка 104+10^, что приводит к уменьшению соотношения эффект/фон и из-за малой скорости набора статистики, обусловленной необходимостью применения весьма тонкой мишени, обеспечивающей вылет вторичных частиц без существенного изменения их энергии.
Использование накопителей электронов и позитронов, а также протонов и антипротонов или тяжелых ионов для постановки экспериментов с внутренней неподвижной мишенью существенно расширяет возможности ускорителей, на что впервые указал Г.И.Будкер с сотрудниками еще при проектировании первых электрон-позитронных накопителей. Отметим основные достоинства экспериментов с вну -тренними мишенями в накопителе заряженных частиц:
1. Практически непрерывный режим работы.
2. Возможность регистрации вторичных частиц без нарушения мишенью их характеристик.
3. Возможность применения в накопителе уникальных, например, поляризованных мишеней.
4. Большая скорость счета эффекта при сохранении высокой точности эксперимента.
Интерес к новым возможностям, открывающимся в экспериментах с внутренними мишенями в накопителях заряженных частиц очевиден. Достаточно напомнить о применении газо-капельной водородной мишени [ю] в эксперименте [ II ] по измерению интерференции кулонов-ского и сильного взаимодействия в рассеянии протона на протоне, о проектировании газовых струйных мишеней для изучения взаимодейг-
- 6 -
ствия протонов с антипротонами в ЛИР в ЦЕРН [ 12,13 ] , о разработке струйной поляризованной протонной мишени для супер протонного синхротрона в ЦЕРН [14 ].
Результаты, получаемые в экспериментах по электронному рассеянию, допускают ясную теоретическую интерпретацию, поскольку взаимодействие электрона с ядром носит электромагнитный характер, а точность расчетов, даваемая квантовой электродинамикой, является высокой. Однако наряду с изучаемыми реакциями всегда идут процессы излучения электронами реальных и виртуальных гамма-квантов. Эти процессы, накладываясь на изучаемые реакции, могут существенно осложнить извлечение информации об изучаемых процессах. Учитывать влияние этих процессов позволяют так называемые радиационные поправки. Учет радиационных поправок необходим при исследовании структуры ядер с помощью электронов и особенно важен при высоких точностях, когда корректность расчета радиационных поправок может оказать существенное влияние на точность эксперимента. Эти поправки могут быть применены и к ядерным частицам, однако их вклад существенно меньше вследствие большой массы последних и малой энергии отдачи. Теоретическому расчету радиационных поправок посвящено большое количество работ, однако достаточно корректного измерения радиационных "хвостов" в широкой области потерянной энергии до сих пор не было проведено. Дело в том, что проведение такого эксперимента на линейном ускорителе затрудняется влиянием на изучаемый процесс потери электроном энергии за счет тормозного излучения на ядрах мишени и за счет ионизационных потерь. Кроме того, в обычной постановке эксперимента, когда регистрируется только рассеянный электрон, трудно избавиться от фона. В то же время использование в накопителе электронов сверхтонкой мишени создает условия для качественно лучшего измерения радиационных поправок в процессе рассеяния с одновременной регистрацией энергии ядра отдачи.
- 7 -
Целью работы явилось создание внутренних сверхтонких газовых мишеней для накопителя, в том числе поляризованной дейтерие-вой струи-мишени. В задачу работы входило также измерение радиационных поправок в рассеянии электрона на протоне.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Сверхтонкие газовые мишени могут успешно применяться в длительных физических экспериментах по изучению структуры ядра на электронном накопителе.
2. Разработанная поляризованная дейтериевая струя-мишень обладает интенсивностью 1,5*10*6 ат/сек. рекордной для отечественных установок непрерывного действия.
3. Экспериментально определены радиационные поправки в рассеянии электронов с начальной энергией 126.5 МэВ под углом 56.ЕР на мишени толщиной 10“** радиационной длины при одновременной регистрации энергии протона отдачи. Полученные результаты подтверждают теоретические расчеты, основанные на процедуре экспо-ненцирования.
4. В широком диапазоне потерянной энергии (от 0 до О.бБу^) форма спектра рассеянных электронов и энергетические спектры протонов отдачи хорошо совпадают с расчетными.
- 8 -
ГЛАВА І МИШЕНЬ В НАКОПИТЕЛЕ § І.І. Ускорительно-накопительный комплекс ВЭПП-2М
В ИЯФ СО АН СССР работы с применением внутренних мишеней в накопителе электронов ведутся с 1965 года [іб]. В настоящее время эксперименты проводятся на накопителе ВЭПП-2 [16 ] (встречные электронные позитронные пучки), который является бустерным для накопителя ВЭПП-2М ([і7], рис.1), где проводятся эксперименты по электрон-позитронному рассеянию на встречных пучках при энергии взаимодействия до 700 МэВ в каждом пучке. Первичное ускорение (до 2.5 МэВ) электроны получают в ИЛУ (импульсный линейный ускорите®}, затем в синхротроне Б-ЗМ. Накопление электронов (позитронов) производится при энергии порядка 125 МэВ. За один цикл ускорения (частота их повторения обычно I Гц) на дорожку накопителя ВЭПП-2 может быть инжектировано до І011 электронов. Энергетический диапазон накопителя ВЭПП-2 100-700 МэВ, предельно накапливаемый в накопителе ток равняется 4 А. Основные параметры накопителя ВЭПП-2 приведены в таблице I.
Таблица I. Основные параметры установки ВЭПП-2
Энергия Радиус равновесной орбиты Тем)... Длина прямолинейных промежутков (см) Показатель спада магнитного поля Апертура (см)
\mdDJ Радиаль- Верти-ная кальная
100-700 150 60 0.6 14 8
§ 1.2. Эффективная толщина мишени
Эффективной толщиной мишени ( І з??-) в накопителе называется произведение действительной толщины мишени (І)і ) на среднее число прохождений электроном через мишень ( а/ ) [18]. В качестве
Рис Л. Схема комплекса ВЭПП-2 - ВЭПП-2М.
I - импульсный линейный ускоритель, 2 - синхротрон БЗ-М, 3 - конвертор,
4 - накопитель ВЭПП-2, 5 - накопитель ВЭПП-2М, 6 - экспериментальный промежуток, на котором ведутся эксперименты с внутренними мишенями
- Київ+380960830922