Устройство для измерения тройных угловых корреляций при бета-распаде Советский патент 1987 года по МПК G01T1/29 

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике низких энергий и может быть использовано- для изучения природы взаимодействия и для поиска нарушений комбинированной четности при бета-распаде.

Цель изобретения - получение информации о нарушении комбинированной четности при бета-распаде путем измерения тройных спин-бета-нейтринных угловых корреляций.

На фиг.1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-6 - различные возможные положения импуль10

лазера 5 подключены к системе 8 управления .

Устройство работает следующим образом.

При бета-распаде в источнике I спектрометр 2 регистрирует только т бета-частицы, которые проходят чере коллиматор 3 и, следовательно, имеют вполне определенный в пространс ве импульс Р. Нейтрино и ядро отдачи при этом могут вылетать в любом направлении (фиг.2), но в силу закона сохранения импульса все три

X,. ..,i . вектора Р: , f}s и Ry Сгде R - им-

сов бета-частицы, ядра-отдачи и нейтпульс ядра отдачи для i-ro распада лежат в одной плоскости. Из всего множества таких плоскостей выделяе ся только одна плоскость, перпенди кулярная оси лазера (фиг.З). Это д стигается настройкой лазера на дли волны, соответств.ующую нулевому до ровскому сдвигу оптических линий частицы отдачи .(атома или иона), т.е. нулевой скорости частицы отдачи в направлении на лазер. Такие частицы отдачи резонансно .возбуждаются лазерньм излучением и затем регистрируются системой 7 (фиг.1), например, по резонансной флуоресце ции. Система 8 (фиг.1) обеспечивае при этом режим совпадений с- бета- частицей. Таким образом, устройств регистрирует лишь те. бета-распады, для которых вектор Р( направлен по оси коллиматора 3 в сторону спектр метра 2, а векторы q и RJ-- лежат плоскости 4 (фиг.З), т.е. распады, для которых векторное произведение

рино; на фиг.7 и 8 - примеры выполнения блока управления при использовании соответственно импульсного или непрерывного лазеров.

Устройство содержит радиоактивный источник 1, бета-спектрометр 2, коллиматор 3, условную секущую плоскость 4, перестраиваемый лазер 5, компенсатор 6, систему 7 регистрации резонансного возбуждения и систему 8 управления. Вакуумная камера, в.которую помещен источник 1 и в которой происходит движение исследуемых частиц, не показана

На фиг,2-6 показаны Pii - импульс бета-частицы от i-ro распада (, 2,3.,.); Ч;-- импульс нейтрино от i-ro распада, Ri - импульс ядра отдачи от i-ro распада; Р,-, - век торное произведение Pj и q, ; Т - спин ядра отдачи; б - лазерное излучение с правой круговой поляризацией; лазерное излучение с левой круговой поляризацией.

Устройство содержит радиоактивный источник 1, помещенньй в вакуумную камеру.напротив бета-спектрометра 2 с колиматором 3. Перестраиваемый лазер 5 с компенсатором 6 расположен так, чтобы его ось образовывала прямой угол с осью коллиматора 3, нр не пересекалась с ней. .Такое взаимное расположение перечисленных элементов поясняется на фиг.1 условной секущей плоскостью, проведенной через источник 1 и ось коллиматора 3. Напротив источника 1 и зоны, облучаемой лазером 5, помещена система 7 регистрации резонансного возбуждения, представляющая собой, например, фотоумножитель со световойом. Выход системы 7 и бета-спектрометра 2, а также вхо

лазера 5 подключены к системе 8 управления .

Устройство работает следующим образом.

При бета-распаде в источнике I спектрометр 2 регистрирует только те бета-частицы, которые проходят через коллиматор 3 и, следовательно, имеют вполне определенный в пространстве импульс Р. Нейтрино и ядро отдачи при этом могут вылетать в любом направлении (фиг.2), но в силу закона сохранения импульса все три

0

5

0

5

пульс ядра отдачи для i-ro распада) лежат в одной плоскости. Из всего множества таких плоскостей выделяется только одна плоскость, перпендикулярная оси лазера (фиг.З). Это достигается настройкой лазера на длину волны, соответств.ующую нулевому допле- ровскому сдвигу оптических линий частицы отдачи .(атома или иона), т.е. нулевой скорости частицы отдачи в направлении на лазер. Такие частицы отдачи резонансно .возбуждаются лазерньм излучением и затем регистрируются системой 7 (фиг.1), например, по резонансной флуоресценции. Система 8 (фиг.1) обеспечивает при этом режим совпадений с- бета- частицей. Таким образом, устройство регистрирует лишь те. бета-распады, . для которых вектор Р( направлен по оси коллиматора 3 в сторону спектрометра 2, а векторы q и RJ-- лежат в плоскости 4 (фиг.З), т.е. распады, для которых векторное произведение

0 Р; Г; параллельно оси лазера. Для определения знака величины . использовано то обстоятельство, что оси лазера 5 и коллиматора 3 не пе - ресекаются: на фиг.4 лазер 5 сдвинут

5 вправо от оси коллиматора 3. При этом в лазерный луч попадают только те ядра отдачи, для которых Rj направлен ьправо ( на фиг.4), т.е. вектор р , cf направлен вверх; те же ядра, для которых вектор направлен вниз ( на фиг.4), движутся влево и просто не попадают под действие лазерного излучения, а потому и не регистрируются. Благодаря компенсатору 6 лазерное излучение имеет круговую поляризацию и по оптическим правилам отбора взаимодействует преимущественно с тег-in частицами отдачи, спин которых I направ0

5

лен по ходу луча (для 6 -поляризации, фиг.6) или навстречу лучу (для 6 -поляризапии, фиг. 5). Таким образом, поскольку направления Луча и вектора Р, cf для регистрируемых распадов совпадают (фиг.5 и 6), оба они направлены вертикально вверх устройство регистрирует в случае 6 -поляризации лишь те распады, для которых спин и вектор Р, q J параллельны, т.е. (Т, Р, q ) 0, а в случае в -поляриз ации - те распады, для которых I и LP, 1 антипараллельны, т.е. (1,ЯР, q)0.

Исследовав равное число бета-распадов для двух противоположных видов поляризации, определяют относительную разницу в количестве зарегистрированных событий, которая и является, с точностью до статического поправочного множителя, коэффициентом тройной угловой спин-бета-нейтринной (l, С Р, J-корреляции.

Неравенство этого коэффициента

при активности источника 10 дов/с. Такая активность може получена при облучении газов шени SFg (или ССЦ ) пучком ал 5 тиц (или протонов) с энергие 2Q МэВ и интенсивностью 5 мк занная точность сравнима с полученной в других эксперим исследованию несохранения Т-ч Ш ти.

Блок 8 управления, выполн дующие функции.

1-й вариант (при использов пульсного ждущего лазера). 5 По сигналу о регистрации тицы спектрометром 2 блок зап лазер 5 и открывает систему рации частиц отдачи на малое

порядка 0,1 мкс; ведет подсче 20 гистрированных частиц отдачи частиц для последующей нормир зультатов- на одинаковое число дов (фиг.7).

Бьшолнение этих функций мо

нулю означало бы открытие несохра- возложить также на микроЭВМ.

нения комбинированной зарядово-про- странственной СР-четности в бета- распаде (что в настоящее время обнажено лишь при частном случае распада 1Смезона).

Предлагаемое .устройство позволит проводить эксперименты по поиску несохранения комбинированной зарядно- пространственной четности при бета- распаде путем измерения тройных спин-бета-нейтронных угловых корреляций с новой методикой известными ус тройствами и без получения пучков поляризованных ядер. При этом . становится возможным исследование распадов ядер с малой энергией распада и с нулевым начальньм спином, тогда как ранее известным устройством исследова1 ие таких распадов (например, типа ) было недоступно в силу того, что в них определялось направление- спина не конечного, а начального ядра. Это позволет расширить диапазон исследуемых ядер в область более .тяжелых ядер, где, возм-ожно, исследуемый эффект проявляется более.сильно.

Предварительный расчет эксперимента по исследованию распада ядра Аг показывает, что для получения точности в разнице коэффициента тройных угловых корреляций /ЛВ 10 необходимо время около 20 - 30 сут

при активности источника 10 распадов/с. Такая активность может быть получена при облучении газовой мишени SFg (или ССЦ ) пучком альфа-час- тиц (или протонов) с энергией 10 - 2Q МэВ и интенсивностью 5 мкА. Указанная точность сравнима с точностью, полученной в других экспериментах по исследованию несохранения Т-четнос- ти.

Блок 8 управления, выполняет следующие функции.

1-й вариант (при использовании импульсного ждущего лазера). По сигналу о регистрации бета-частицы спектрометром 2 блок запускает лазер 5 и открывает систему 7 регист- рации частиц отдачи на малое время

порядка 0,1 мкс; ведет подсчет заре- гистрированных частиц отдачи и бета- частиц для последующей нормировки результатов- на одинаковое число распадов (фиг.7).

Бьшолнение этих функций можно

возложить также на микроЭВМ.

30

2-й вариант (при использовании непрерывного лазера).

Блок выделяет сигналы от регистрирующей- системы 7, совпадающие во времени с сигналами от спектрометра 2, и ведет их подсчет. Кроме того, ведет подсчет зарегистрированных бета-частиц и частиц отдачи для . следующей нормировки на одинаковое 35 число распадов (фиг.8).

Как и в первом случае, блок может- заменить м1п роЭБМ.

Формула .изобретения

Устройство для измерения тройных угловых корреляций при бета-распаде, включающее вакуумную камеру с радиоактивным источником, бета-спектрометр, перестраиваемый лазер, компенсатор, систему регистрации и систему управления, выход которой соединен с входом перестраиваемого лазера, а вход - с выходом бета-спектромет- ра и системы регистрации возбуждения, отличающееся тем.

что, с целью получения информации о нарушении комбинированной четности при бета-распаде путем измерения тройных спин-бета-нейтринных уг- 55-ловых корреляций, бета-спектрометр - снабжен коллиматором, а ось лазера расположена под прямым углом к оси коллиматора, причем указанные оси не пересекаются.

Изобретение относится к экспе- |)имеитальной ядерной физике низких энергий. Целью изобретения является получение информации о нарушении комбинированной четности в бета-распаде. Изобретение представляет собой эксперимент по поиску нарушения указанной четности с использованием новой методики - применения перестраиваемого импульсного или непрерывного лазера с поляризованньм излучением, бета-спектрометра и системы регист- рации резонансного возбуждения атомов отдачи на основе световода и фотоумножителя. Обнаружение указанного нарушения четности становится возможным благодаря определенному расположению осей коллиматора бета-спектрометра и лазерного излучения, а также определенной настройке лазера. По предварительным оценкам, статическая точность сравнима с точностью в других подобных экспериментах. Однако изобретение позволяет значительно расширить диапазон исследуемых ядер в область тяжелых ядер и ядер с нулевым начальным спином, а также исключить трудоемкий процесс поляризации распадающихся ядер. 8 ил. W

Фиг.1

/

4,7

иг.З

/,9

/

ГА

(:f,Cp,

fut.ff

Линия :за- дерлки

Счетчик числа бета- частиц

Or

Схема совпадений

Счетчик числа частиц отдачи

Редактор А.Коэориз

Составитель М.Данилов

Техред М.Ходанич Корректор Г.Решетнир

Заказ 7640/48 Тираж 730Подписное

ВНЮШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий I13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4