Способ определения константы слабого взаимодействия @ Советский патент 1989 года по МПК G01T1/30 

Изобретение относится к исследова нию распада радиоактивных ядер и предназначено для изучения фундаментальных свойств ядерных сил.

Цель изобретения - повьппение точности определения величины А.

На фиг. 1 изображена экспериментальная установка - светосильный нейтронный монохраматор для определения величины Л предлагаемым способом; на фиг. 2 - спектр протонов; на фиг. 3 - разности протонных спектров, вычисленные для различных значений Л .

Светосильный нейтронный монохраматор содержит несколько синхронно вращающихся роторов-фильтров 1 и вьщеля- ет из активной зоны реактора нужный поток медленных монохроматических нейтронов с заданной энергией. Нейтро- ны направляются в соленоид 2, ось которого составляет угол о( 4 с нейтронным пучком. На торцах соленоида 2 имеются сетки 3 и 4, на которые попеременно подаются электростатические потенциалы, равные по величине от нуля до 800 В (максимальная энергия протона при распаде нейтро на /N 751 эБ) , и электроды 5 и 6 с ускоряющими и фокусирующими потенциалами, необходимыми для детектирования про- . тонов. Нейтронный детектор 7 служит

со

СП

а

в качестве моииторного в контрольных измерениях, В процессе измерений переключение всех режимов работы светосильного нейтронного монохраматора (изменение величины потенциалов на сетках, последовательность их подачи и т.д.) осуществляется автоматически с высокой частотой, информация накапливается в памяти и непрерывно обрабатывается ЭВМ, которая включается в линию с экспериментом. Для уменьшения асимметрии измерения выполняются циклами с перестановкой детекторов . При изложенной процедуре измерений исключается влияние дрейфа нейтронного потока реактора, измерительной аппаратуры и внешних условий. Важно подчеркнуть, что каждый протонный детектор, когда на ближайшую к- нему сетку подан максимальный потенциал, измеряет фон. Таким образом, фон постоянно измеряется на обоих концах соленоида и учитывается во всех расчетах.

Теоретическим обоснованием предлагаемого способа определения величины А является утверждение в теории вероятности о том, что статистические свойства величины вектора, направление которого в пространстве и величина случайны и не зависимы, полностью определяются распределением величины проекций этого вектора на вьще- ленное направление (например, на ось х). Если под таким вектором понимать вектор скорости, то в переменных кинетической энергии Т распределение компонент энергий Wj(T) на ось х равно

««оке

(1)

„(„.-1- 5 «т„.

2i/T т VT где W(T) - плотность распределения

кинетических энергий; мвке максимальная кинетическая

энергия в распределении. Скорость протона, вьшетевшего при распаде поляризованного свободного нейтрона, полностью удовлетворяет указанным вьше требованиям. Если распад нейтрона с малой (/v нулевой) скоростью происходит в однородном маг- ритном поле соленоида, ось которого совпадает с осью х, то на выходе из торцов соленоида будет иметь место распределение проекций скоростей протонов или компонент энергий на ось X.

Распределение протонов W(T) jipH распаде свободных нейтронов теоретически вычисляют по формуле

W(T)dT Const()2 Vb& 2(1+--6)-I - (1-.).(,4 «-| )).«,

. . 2mii где 6 1--jitT;

и тн-тр;

д.са.

г-

mg

макс

-4. 2mT

максимальная кинетическая энергия протона при распаде нейтрона;

5

0

5

т„,тр

и Гор- соответственно массы

з

нейтрона, протона и электрона (масса нейтрино принята равной нулю); и G у - аксиально векторное

и векторное взаимодействие, соответственно. Распределение проекций W (Т) на направление однородного магнитного поля (на ось х) вычисляют по формуле (1).

В предлагаемом способе определения величины Л счет протонных детекторов 8 (фиг.1) представляется в нормированном виде по формуле

N

экс

1 N (Т)-1- 2 -,

40

макс

где Np Wjj(T)o(T - полное число

5

0

5

протонов, вылетающих из одного конца соленоида;

I М«ке

N J (T)dT число протонов, просачивающихся через сетку с потенциалом (энергией) Т из объема соленоида.

Способ осуществляют следующим образом.

Нейтроны извлекаются из атомного реактора и с помощью синхронно вращающихся щелевых роторов-фильтров 1 (фиг. 1) формируют свободный от всех

51500956

видов мешающей для измерений реакторной радиации пучок монохроматических нейтронов, которые необходимы для того, чтобы собственная скорость нейтронов менее всего влияла на точност измерений спектра проекций протонов, возникающих, при распаде нейтронов. Сформированный пучок нейтронов под малым углом к линиям напряженности направляют в однородное магнитное поле, которое создает выделенное направление в пространстве для протонов и это направление составляет . указанный малый угол с потоком нейтронов и их регистрации пространственно разделимы. На концах соленоида для реализации измерений в условиях Д -геометрни и для полной компенсации влияния переносной скорости нейтронов на измеряемый спектр проекций протонов размещают протонные детекторы 8 с электродами 5 и 6 (фиг. 1), формирующие электростатическое поле, необходимое для детектирования ускорения протонов. На входе детекторов расположены сетки 3 и 4 (фиг. 1), формирующие запорное электростатическое поле с помощью которого имеется возможность измерять фон и искомый спектр проекций протонов. Последний зависит от величины А и его вид показан на фиг. 2. Чувствительность этой зависш-юсти иллюстрирует фиг. 3, на которой показана разность спектро проекций в зависимости от величины Д Измеренный спектр проекций протонов, сравнивается с теоретическим, вычисленным для различных значений А, и из условия наилучшего совпадения находится соответствующая величина А.

Для определения точности, которую реально обеспечивает предлагаемый способ определения величины /i, используются контрольные эксперименты, основанные, в частности, на том, что при измерении спектра протонов долже выполняться ряд точных равенств, которые являются следствием изотропности разлета протонов при распаде свободных нейтронов (скорость распадающихся медленных нейтронов прене- брегается).

Можно отметить некоторые из них: 1. При нулевом потенциале на сетках соленоида из его концов должно вьшетать точно одинаковое число протонов .

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

2.При наличии потенциалов на сетках увеличение числа протонов, вылетающих из одного конца соленоида, должно точно равняться уменьшению числа протонов, вылетающих из противоположного конца.

3.При максимальном потенциале на одной из сеток соленоида через дру- гой его конец должно вылетать полное число протонов и это число должно быть точно в два раза больще числа, которое реализуется в пункте 1.

А. Суммы чисел протонов, зарегистрированных из обоих концов соленоида, при любых потенциалах на сетках должны быть точно равны для одинаковых показаний нейтронного монитора. Поскольку интенсивность нейтронов огромна, то его показания статически обеспечиваются дб очень высокой точности.

Перечисленные равенства должны выполняться с той точностью, с какой эксперементальные результаты вьщают- ся. В противном случае данные измере- .ний рассматриваются как недостоверные.

Контрольные эксперименты, связанные с.определением искажений, вносимых сетками с электростатическим потенциалом на измеряе1Ф1й спектр, основаны на том, что направленная скорость распадающихся нейтронов по сйо- ему влиянию на измеряемый спектр протонов эквивалентна -потенциалу Т на сетке и эту эквивалентность можно представить равенством

известная, заданная энергия монохроматических нейтронов;

масса нейтрона и протона соответственно. Искомое искажение исследуется путем сравнения спектров протонов при разных значениях Т со спектрами протонов, измеренных при соответствующих им энергиях Е .

Влияние неоднородности магнитного поля соленоида можно исследовать путем измерения спектра протонов при разных размерах объема соленоида, из которого извлекаются для измерений протоны, для этого просто изменяется размер входных окон у протонных детекторов.

где Е,

Шр

Контрольные эксперименты, связанные с влиянием угловой расходимости нейтронного пучка (для этого немного изменяется длина нейтронного коллиматора) , с углом Наклона соленоида относительно нейтронного пучка, контрольные эксперименты с протонной пушкой, с моделированием распадов на ЭВМ при известном распределении магнитного поля в соленоиде, измеренным с необходимой точностью экспериментально.

Важно, что в предлагаемом способе для каткдой возможной ошибки при изме- рении протонного спектра можно найти соответствующий контрольный эксперимент для ее исследования и внесения необходимых поправок или полного ее устранения.

Предлагаемый способ (по сравнению с известными) обладает следующими преимуществами.

Измерения осуществляют с помощью соленоида в условиях 4Т-геометрии и это сильно увеличивает интенсивность исследуемого излучения, что существенно способствует повьшению точности измерений. В эксперименте полностью отсекаются быстрые нейтроны и ре акторный фон,,которые мешают измерениям. В измерениях параметры пучка медленных нейтронов, спектр протонов от распада которых исследуется, хорошо известны и могут изменяться в соответствии с требованиями эксперимента. В измерениях осуществляют непрерывный контроль, связанный с про

Q

j

0

5

Q

35

веркой всех соотношений, которые являются следствием изотропного распределения скоростей протонов в про-- странстве.

Формула изобретения

Способ определения константы слабого взаимодействия Л, включающий .регистрацию спектра Ротонов от распада свободных нейтронов, сравнение результатов измерений с расчетными, в которые закладывают различные значения Л и определение константы слабого взаимодействия из условия наилучшего совпадения, отличающийся тем, что, с целью повьш1е г ния точности, формируют свободные от всех видов радиации поток монохроматических нейтронов с заданной энергией путем пропускания его через фильтры, направляют его в однородное магнитное поле, создаваемое соленоидом, линии напряженности которого для отделения потока протонов, рожденных от распада нейтронов, составляют угол с направлением потока нейтронов, на входе и выходе соленоида с однородным магнитным полем помещают детекторы для регистрации протонов, каждьй из которых имеет на своем выходе электростатическое поле с изменяющей ся величиной, измеряют в .условиях 4(Г-геометрии проекцию энергий протонов на направление однородного магнитного поля, и по измеренным значениям находят°их спектр.

Изобретение относится к исследованию распада радиоактивных ядер и предназначено для изучения фундаментальных свойств ядерных сил. Цель изобретения - повышение точности. Способ основан на сравнении экспериментального и теоретического спектров протонов, возникающих при распаде свободных нейтронов. Для этого формируют поток монохроматических нейтронов, свободных от всех видов радиации, направляют его в однородное магнитное поле, линии напряженности которого находятся под углом с направлением потока нейтронов. На входе и выходе поля помещают детекторы протонов, каждый из которых на своем входе имеет электростатическое поле с изменяющейся величиной для измерения как спектра протонов, так и фона. Измеряют в ЧП-геометрии компоненты энергии протонов на направление однородного магнитного поля и по измеренным значениям находят их спектры. 3 ил.

Реакт

54 3

56

. 1

100280 300

1200 ЮОО

100ZOO

Составитель С.Кондратенко Редактор А.Ревин Техред л.Олийнык Корректор С.Черни

Заказ 4861/40

Тираж 484

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

itOO 500 Фие.2

600 700

300 т 500 600 700 Фие,3

Подписное