Способ определения константы слабого взаимодействия @

 

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.

-СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1500956 А1 (51) 4 С 01 Т 1/30

3Г1И Е": l1 п .-1- (;, .tüié11

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

r1PH П(НТ СССР (21) 4341280/40-25 (22) 22. 10. 87 (46) 15.08.89. Бюл. Р 30 (72) С.M.Êàëåáèí (53) 539.1.06(088.8) (56) P.Âoðð е t al. Beta-Decay Asynnetry of the Neutron and Ga/Gv.

Phys. Rew. Lett, 1986, 56, N 9, р. 919.

Chr. Stratowa, R. Dobrozemsky

and P. Neiwzierl Ratio Ga/Gv deriчейного(п the proton spectrum in f emneutron decay. — Phys. Rew. L., 1978, v. 18, N 11, .р. 3970. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТАНТЫ

СЛАБОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ /1 (57) Изобретение относится к исследованию распада радиоактивных ядер и предназначено для изучения фундаментальных свойств ядерных сил . Цель

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

Цель изобретения .- повьппение точности определения величины (1.

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

Светосильный нейтронный монохраматор содержит несколько синхронно snaизобретения — повьппение 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. Иа входе и выходе поля помещают детекторы протонов, каждый из которых на своем -входе имеет электростатическое поле с изменяющейся величиной для из-: мерения 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.

СЛ щающихся роторов-фильтров 1 и выделяет из активной зоны реактора нужный Р

| поток медленных монохроматических О ,( нейтронов с заданной энергией. Нейтро- CA ны направляются в соленоид 2, ось Cb которого составляет угол o(= 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 нейтрона 751 эВ), и электроды 5 и 6 с ускоряющими и фокусирующими потенциалами, необходимыми для детектирования протонов. Нейтронный детектор 7 служит

3 150095 в качестве мониторного 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 непрерь1вно обрабатывается ЭВИ, которая включается в линию с экспериментом. Для уменьшения асимметрии измерения выполняются циклами с перестановкой детекторов. 11ри изложенной процедуре измере- 1 ний исключается влияние дрейфа нейтронного потока реактора, измерительной аппаратуры и внешних условий.

Важно подчеркнуть, что каждый протонный детектор, когда на ближайшую к" 20 нему сетку подан максимальный потенциал, измеряет фон. Таким образом, фон постоянно измеряется на обоих концах соленоида и учитывается во всех расчетах. 25

Теоретическим обоснованием предла-. гаемого способа определения величины

Л является утверждение в теории вероятности о том, что статистические свойства величины вектора, направ- gp ление которого в пространстве и величина случайны и не зависимы, полностью определяются распределением величины проекций этого вектора на выделенное направление (например, на ось х) . Если под таким вектором понимать .вектор скорости, то в переменных кинетической энергии Т распределение компонент энергий И„(Т) на ось х равно

И (т)ел ——

1 е W(T) дТ, 2ЕТ т 1ГТ где И(Т) — плотность распределения кинетических энергий;

Т „ — максимальная кинетическая энергия в распределении.

Скорость протона, вылетевшего при распаде поляризованного свободного нейтрона, полностью удовлетворяет укаэанным выше требованиям, Если рас50 пад нейтрона с малой (нулевой) скоростью происходит в однородном магнитном иоле 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 х.

6 4

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

t хе

2 (1+ — -6)6 + хе — — — (1з ь

И(Т)с1Т=Const(— — -) 2 ф-6

6 х2

6 (=- х2 „х — — (1- Ь)+л 2 Г 2 (1+--+ )3 Ь

-b))I (т, 2m где (=1- —

d =ш„-ше, Л =- ;

Сч

N (T)dT т

N= — число протонов, просачивающихся через сетку с потенциалом (энергией) Т из объема солечоида.

Способ осуцествляют следуюцим образом.

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

me х=—

Д Э л2 ш2

Т = — — — максимальная кинетичесмакс кая энергия протона при распаде нейтрона; тномm Р и m е соответственно массы нейтрона, протона и электрона (масса нейтрино принята равной нулю);

G и С „— аксиально -векторное и векторное взаимодействие, соответственно.

Распределение проекций У „(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

1 N

N (T) =1экс

Тд(акс где N = 1 W„(T)NT — полное число т протонсов, вылетающих из одного конца соленоида;

5 15009 видов мешающей для измерений реакторной радиации пучок монохроматических нейтронов, которые необходимы для того чтобы собственная скорость нейУ

5 тронов менее всего влияла на точность 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

4$ -геометрии и для полной компенсации влияния переносной скорости ней- 20 тронов 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 ноле, с помощью которого имеется возможность измерять фон и искомый спектр проекций протонов. Последний зависит от величины Л и его вид показан на фиг. 2. Чувствительность этой зависимости иллюстрирует фиг, 3, на которой показана разность спектров

35 проекций в зависимости от величины Л .

Измеренный спектр проекций протонов, сравнивается с теоретическим, вычисленным для различных значений Л, и из условия наилучшего совпа ения на 40 ходится соответствующая величина Л.

Для определения точности, которую реально обеспечивает предлагаемый способ определения величины, ис- 45 пользуются контрольные эксперименты, основанные, в частности, на том, что при измерении спектра протонов должен выполняться ряд точных равенств, которые являются следствием изотропности разлета протонов при распаде свободных нейтронов (скорость распадающихся медленных нейтронов пренебрегается) .

Можно отметить некоторые из них:

1. При нулевогг потенциале на сетках соленоида из его концов должно вылетать точно одинаковое число протонов.

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

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

4. Суммы чисел протонов, зарегистрированных иэ обоих концов соленоида, при любых потенциалах на сетках должны быть точно равны для одинаковых показаний нейтронного монитора. По.— скольку интенсивность нейтронов. огромна, то его показания статически обеспечиваются дд очень высокой точности, Перечисленные равенства должны выполняться с той точностью, с какой эксперементальные результаты выдаются. В противном случае данные измере.ний рассматрчваются как недостоверные.

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

Mi г

Т=Е кт н где Е „- известная, заданная энергия монохроматических нейтронов; тп и m — мас а нейтрона и протона н соответственно.

Искомое искажение исследуется путем сравнения спектров протонов при разных значениях Т со спектрами протонов, измеренных при соответст вующих им энергиях Е „.

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

1500956

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 с»особе для каждой возможной ошибки при изме рении протонного спектра можно найти соответствующий контрольный эксперимент для ее исследования и внесения необходимых поправок или полного ее устранения.

Предлагаемый с»особ (no сравнению с известными) обладает следующими преимуществами.

Измерения осуществляют с помощью соленоида в условиях 47-геометрии и это сильно увеличивает интенсивность исследуемого излучения, что существенно способствует повышению точности измерений. В эксперименте полностью отсекаются быстрые нейтроны и реакторный фон,„которые мешают измерениям. В измерениях параметры пучка медленных нейтронов, спектр »ротонов от распада которых исследуется, хорошо известны и могут изменяться в соответствии с требованиями эксперимента. В измерениях осуществляют непрерывный контроль, связанный с про. веркой всех соотношений, которые являются следствием изотропного распределения скоростей »ротонов в про странстве.

Формула изобретения

Способ определения константы слабого взаимодействия Л, включающий .регистрацию с»ектра протонов от распада свободных нейтронов, сравнение результатов измерений с расчетными, в которые закладывают различные значения, и определение константы слабого взаимодействия из условия наилучшего совпадения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше 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 »ротонов, каждый из которых имеет на своем выходе электростатическое поле с изменяющейся величиной, измеряют в условиях 47(-геометрии проекцию энергий протонов на направление оДнородного магнитного поля, и по изь меренным значениям находят их спектр.

1500956

7.0

0.9

0.7

0,6

0,$

БОО 700 ад

Фие. 2

1200

Фиг. Ю

Составитель С.Кондратенко

Техред Л.Олийнык Корректор С, Черни

Редлктор А.Ревин

Заказ 4861/40 Тираж 484 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101