Способ измерения бета-нейтринных угловых корреляций при бета-распаде и устройство для его осуществления

 

1. Способ измерения бета-нейтр инных угловых корреляций при бета-распаде, включающий одновременное измерение энергетических спектров бета-частиц и соответствующих им частиц отдачи с последующим вычислением коэффициента корреляции, отличающийся тем, что, с целью увеличения селективности, а также расширения диапазона исследуемых ядер путем регистрации частиц отдачи независимо от их заряда и энергии, частицы отдачи после бетараспада селективно возбуждают лазерным излучением, а затем регистрируют резонансную флуоресценцию и по ней судят о наличии частиц отдачи. Г

1 2452 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ(ИХ . РЕСПУБЛИК (>з) ((() ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3696620/24-25 (22) 27 .01.84 (46) 30.09.85. Бюл. Р 36 (72) В.Г. Егоров и А.А. Солнышкин (71) Объединенный институт ядерных исследований (53) 621.387 .424 (088.8) (56) Maxson D.R. et aI. EIectronNeutrino AuguIar CorreIation in

the Beta Decay of Neon PhysicaI

Review, 1955, V. 67, р. 109.

AIIen J.S. et aI. Determination

of the Beta Decay Jnteraction

from EIectron — Neutrino. AnguIar

CorreIation Иеазыгешеп з PhysicaI

Review, 1959, V. 116, р. 134.

Johnson et aI. Precision Measurement of RicoiI Energy Spectrum

from the Decay of Не PhysicaI

Review, 1963, V. 132, р. 1149.

Григорьев В.К. и др. Измерение угловой р -1-корреляпии при распаде свободного нейтрона. — Ядерная физика, т. 6, вып. 2, 1967, с. 329. (s()4 G 01 Т 1/36 Н 01 J 49/00 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ БЕТА-НЕЙТРИННЫХ УГЛОВЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ ПРИ БЕТАРАСПАДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ измерения бета-ней- тринных угловых корреляций при бета-распаде, включающий одновременное измерение энергетических спект ров бета-частиц и соответствующих им частиц отдачи с последующим вычислением коэффициента корреляции, отличающийся тем, что, с целью увеличения селективности, а также расширения диапазона исследуемых ядер путем регистрации частиц ф отдачи независимо от их заряда и энергии, частицы отдачи после бетараспада селективно возбуждают лазерным излучением, а затем регистрируют резонансную флуоресценцию и по ней судят о наличии частиц отдачи.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью- увеличения точности измерения скорости частиц отдачи, измеряют длину волны лазерного излучения, вызвавшего флуоресценцию, сравнивают ее с длиной волны, характерной для флуоресценции покоящихся частиц, и по величине доплеровского сдвига судят ч скорости отдачи.

3. Устройство,для измерения бета-нейтринных угловых корреляций, включающее ваккуумную камеру с радиоактивным источником, бетаспекгрометр, анализатор скорости частиц отдачи и систему управления и накопления информации, о т л и1182452 ч а ю щ е е с я тем, что анализатор скорости частиц отдачи выполнен в виде импульсного ждущего перестраиваемого лазера и системы регистрации резонансной флуоресценции, включающей фотодиод, линию задержки, фотоумножитель со световодом и схему совпадений, запускающий вход ла зера соединен с временным выходом бета-спектрометра, к первому входу схемы совпадений подключен фотоумножитель, к второму входу через линию задержки подключен фотодиод, а система управления и накопления соединена с амплитудным выходом бета-спектрометра, с выходом схемы совпадений и с входом лазера, управляющим перестройкой длины волны.

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике низких энергий и может быть использовано для исследования природы слабых взаимодействий.

Цель изобретения — увеличение селективности ядерных частиц, расширение диапазона исследуемых ядер путем регистрации частиц отдачи независимо от их заряда и энергии, @ а также частиц отдачи с энергией менее 100 эВ и увеличение точности измерения скорости частиц отдачи.

Для осуществления данного способа предлагается устройство, включающее вакуумную камеру с радиоактивным источником, бета-спектрометр, анализатор скорости частиц отдачи и систему управления и накопления информации.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

С помощью бета-спектрометра регистрируют бета-частицу, вылетевшую из ядра при бета-распаде, и измеряют ее энергию, а затем по методу резонансной флуоресценции с учетом эффекта Доплера регистрируют и измеряют скорость частицы отдачи, возникшей при этом же распаде.Для этого излучение лазера с перестраиваемой длиной волны направляют в зону, где движется частица отдачи.

В этом случае, если составляющая скорости частицы, параллельная лазерному лучу, такова, что длина волны оптического перехода в электронной оболочке частицы с учетом доплеровскаго сдвига совпадает с длиной волны лазерного излучения, происходит резонансное поглощение лазерного фотона частицей отдачи и последующая флуоресценция, которую регистрируют с помощью фотоумножителя. Скорость частицы отдачи определяют, измеряя длину волны лазерного излучения и сравнивая ее с длиной волны, характерной для флуоресценции покоящейся частицы.

Используя законы сохранения энергии и импульса, а также данные об энергии бета-частицы и скорости частицы отдачи для каждого зарегистрированного события вычисляют угол между направлениями вылета бетачастицы и нейтрино. Длину волны лазерного излучения периодически (плавно или дискретно) меняют в диапазоне, перекрывающем весь скоростной спектр частиц отдачи, и, таким образом, получают информацию о вероятности вылета бета-частицы и нейтрино под различными углами, т.е.

1182

10 о бета-нейтринной угловой корреляции °

На чертеже представлена функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит источник бета-радиоактивных ядер 1, вакуумную камеру 2, бета-спектрометр 3, импульсный ждущий перестраиваемый лазер 4, фотодиод 5, световод 6 фотоумножитель 7, схему совпадений 8,линию задержки 9, систему управления и накопления информации 10.

Источник исследуемых бета-радиоактивных ядер 1 и входное окно бета-спектрометра 3 помещены в вакуумную камеру 2 и расположены на оси лазерного луча (в этом случае достигается максимальная точность в вычислении угла между направлениями вылета нейтрино и бетачастицы).,Быстрый (временной) выход спектрометра 3 соединен с запускающкч входом ждущего импульсного лазера 4. Излучение лазера 4 направлено на быстрый фотодиод 5 и в вакуумную камеру 2, в зону, где должна пролетать частица отдачи.Система регистрации резонансной флуоресценции, включающая световод 6 и фотоумножитель 7, выполнена так, чтобы собирать свет с максимального телесного угла вокруг облучаемой эоны, но не регистрировать свет самого лазера. Выход фотоумножите35 ля 7 подключен ко входу схемы совпадений 8, ко второму входу которой через линию задержки 9 подключен фотодиад 5. Выход схемы совпа40 дений 8, амплитудный выход бетаспектрометра 3, а также вход лазера 4, управляющий перестройкой его длины волны, подключены к системе управления и накопления информации

10, представляющей собой, например, микро- или мини- 3ВМ.

Работа устройства происходит следующим образом.

Зри распаде радиоактивного ядра 50 в источнике 1 вылетевшая бета-частица регистрируется спектрометром 3, и сигнал с его временного выхода запускает лазер 4. Задержка запуска лазера должна быть такой, чтобы час- 55 тица отдачи, образовавшаяся в данном распаде, не успела вылететь иа пределы облучаемой зоны. Импульс ла45/ 4 зерного излучения подается на фотодиод 5, а также поступает через прозрачное окно в вакуумную камеру и облучает зону, в которой движется частица отдачи. Если частица имеет скорость в направлении на лазер, соответствующую длиной длине волны, то происходит резонансное поглощение фотона, а затем (уже после окончания лазерного импульса) переизлучение его в произвольном направлении. С помощью световода 6 свет собирается и регистрируется фотоумножителем 7.

Для уменьшения фона от случайных фотонов, а также для предотвращения регистрации лазерного излучения, рассеянного стенками вакуумной камеры, входным окном и т.п., служит схема совпадений 8, пропускающая на выход лишь те сигналы, которые регистрируются в небольшой интервал времени после лазерного импульса. Полученный таким образом сигнал дает разрешение на запись системой

10 информации от энергии соответствующей бета-частицы и о длине волны пазерного излучения, вызвавшего резонансную флуоресценцию.Эти данные необходимы для последующего вычисления искомого угла разлета бета-частицы и нейтрино. Кроме накопления указанной информации, система 10 по заданной программе изменяет длину, волны лазера 4 (непрерывно или дискретно) так, чтобы за время эксперимента перекрыть весь скоростной диапазон частиц отдачи, и, таким образом, определить вероятность разлета бета-частицы и нейтрино под различными углами.

Предлагаемые способ и устройство позволяют исследовать бета-распады, в результате которых обра-. зуются не только заряженные ионы, но и нейтральные атомы отдачи, при этом энергия регистрируемых частиц отдачи может быть сколь угодно малой (в отличие от известных способа и устройства), что приводит к значительному расширению класса исследуемых яцер. Кроме того, благодаря различиям в оптических спектрах регистрируются только те частицы, которые являются продуктами данного распада, что существенно повышает селективность и тем самым снижает

1182452

Составитель В. Дрыгин

Редактор K. Волощук . Техред А.Бабинец Корректор Г.Решетник

Заказ 6101/44 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 фон. Предлагаемый способ не использует времяполетной методики, а измеряет мгновенное значение скорости частиц отдачи, и потому не дает систематических ошибок, связанных с невозможностью точного определения места, где произошел бета-распад.

В результате возрастает точность определения скорости частиц отдачи и, следовательно, точность исследования бета-нейтринных угловых корреляций.