Измерение коэффициентов прилипания мюонов в реакциях мюонного катализа dd- и dt-синтеза тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ИУ4ЬИ3731

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи УДК 539.175.3

БАЛИН Дмитрий Викторович

ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРИЛИПАНИЯ МЮОНОВ В РЕАКЦИЯХ МЮОННОГО КАТАЛИЗА сШ- и ^-СИНТЕЗА

Специальность: 01.04.16 - физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Дубна 2010

1 О (1ЮН 2010

004603781

Работа выполнена в Отделении физики высоких энергий Учреждения Российской академии наук "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН".

Научные руководители: член-корреспондент РАН А.А.Воробьев,

кандидат физ.-мат. наук Г.Г.Семенчук.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Т.Н.Мамедов,

доктор физико-математических наук Г.Я.Коренман.

Ведущая организация:

Институт теоретической и экспериментальной физики, г. Москва.

Защита состоится "_

Ы^ У-Л 2010 г. в

_ часов на

заседании диссертационного совета Д 720.001.03 в Объединенном институте ядерных исследований, г. Дубна Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Объединёй-ного института ядерных исследований.

Автореферат разослан Об» -А-^О^ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук

Ю.А.Батусов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. Предлагаемая работа посвящена измерению коэффициентов прилипания мюонов (¿¿<1 и шц в реакциях мюонного катализа Мц- и Лц- синтеза:

Измерения проведены с помощью оригинальной методики, разработанной в ПИЯФ РАН под руководством профессора А.А.Воробьёва. Методика основана на применении ионизационной камеры (ИК) высокого давления в качестве активной мишени для остановок мюонов и детектора заряженных продуктов ядерных реакций в газе камеры. Благодаря уникальной возможности выделения событий с прилипанием мюонов камера обеспечивает прямое измерение коэффициентов ujdd и u)dt в реакциях мюонного катализа (МК).

В настоящей диссертации представлены: новая методика измерений па основе ионизационной камеры высокого давления, экспериментальные установки для исследования ddjj,- и dt/i-катализа и полученные в результате анализа данных значения коэффициентов прилипания мюонов Wdd. и U>dt-

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Возобновление в 80-е годы во многих ядерных центрах мира теоретических и экспериментальных работ по мюонному катализу было связано с обнаружением высокой скорости образования ddp- и dt/i-молекул за счёт резонансного механизма и с предсказаниями многократного катализа реакций ядерного dt-синтеза, что позволяло рассматривать МК в качестве возможного источника ядерной энергии, альтернативного термоядерному синтезу. Реакции МК могли быть использованы и для создания интенсивного источника быстрых нейтронов, потребность в котором имеется для материаловедения, для наработки топлива в ядерной энергетике и для трансмутации дол-гоживущих изотопов.

Эффективность МК для практических применений можно охарактеризовать одним основным параметром - числом циклов Хс, определяющим, сколько синтезов ядер может вызвать один мюон, прежде чем он утратит возможность их "катализировать", т.е. распадётся или перейдёт в связанное состояние. Для смеси изотопов водорода D/T, в которой

ddß

3He+/i+n (1-олм) 3Не^+п (сjdd), t+p

(la)

4He+/i+n (1 - сjdt) 4He/i+n (u>dt).

(16)

скорость образования dt¡i-молекул очень высока (в ~400 раз выше скорости распада мюонов), главное ограничение на среднее число циклов Хс налагает вероятность прилипания мюонов и)¿t к ядрам 4Не в реакции fií-синтсза, Хс < l/wdt. Эксперименты дают для Хс значения в диапазоне от 90 до 120 [1, 2], зависящие от состава смеси изотопов водорода, её температуры и плотности. Поэтому, наряду с поиском условий наибольшего выхода нейтронов dt-синтеза, важно определить физический предел эффективности мезокатализа, задаваемый значением u¡dt-

Помимо возможных практических применений, МК интересен тем, что даёт уникальную возможность исследовать сопровождающие его процессы, относящиеся к разным областям физики. Это процессы тер-мализации мюонных атомов, реакции перехвата мюона, реакции образования мезомолекул и ядерные реакции синтеза, идущие в мюонных молекулах из фиксированных квантово-механических состояний.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ состояла в получении достоверной экспериментальной информации о важнейших параметрах процесса мюонного катализа реакций ddfi- и df/x-синтеза - коэффициентах прилипания мюонов к продуктам синтеза. Для этого было необходимо:

(1). Освоить и применить методику ионизационной камеры в области давлений 50-200 атм для исследования реакций мюонного катализа.

(2). Р1змерить коэффициент прилипания мюонов в реакции dd¡i-синтеза прямым методом, "выделяя в ИК события с прилипанием мюонов 3Нед и события без прилипания 3Не.

(3). Измерить коэффициент прилипания мюонов шц в реакции dtfi-синтеза. Для этого применить аналогичную методику регистрации частиц 4Не и 4 He/i в ионизационной камере высокого давления, наполненной смесями изотопов водорода, содержащими тритий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

(1). Впервые прямым методом и с большой точностью (2% и 7%) измерены коэффициенты прилипания мюонов к продуктам реакций dd- и dt-синтезов, ui¿d и uidt-

(2). Построен регистрирующий прибор - ионизационная камера высокого давления, отличающаяся сочетанием ранее недоступных параметров и открывшая новые возможности в изучении реакций ddfi- и dtfi-катализа.

(3). Разработан новый метод измерения коэффициентов прилипания, использующий различную степень рекомбинации ионизационных зарядов от одно- и двухзарядных частиц в плотном газе ионизационной камеры.

(4). Разработаны и применены новые приёмы обработки эксперимен-

талыюй информации, использующие преимущества 100% эффективности регистрации продуктов мюонного катализа в ИК и измеренные энергетические и временные параметры последовательных сигналов от синтезов, вызванных одним мюоном.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Измерены важнейшие параметры мюонного катализа dd- и di-синтеза - вероятности прилипания мю-онов им и Эти параметры определяют возможности практической применимости МК.

Полученные значения коэффициентов прилипания Wdd и u>dt позволили проверить теоретические расчёты процессов ядерного синтеза в мезомолекулах и процессов стряхивания мюонов при торможении ионов 3Не/и+ и 4Нед+ в веществе.

Схема экспериментальной установки, описанной в диссертации, легла в основу её модификаций, использованных в серии экспериментов, поставленных в ПИЯФ для детального изучения кинетики мюонного катализа, процессов перехвата мюонов, а также для изучения реакций захвата мюонов ядрами гелия и водорода.

Накопленный опыт работы свидетельствует о перспективности применения методики ионизационной камеры в мезоядерных исследованиях.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ:

(1). Новый метод измерения коэффициента прилипания мюонов к образующимся в реакции синтеза ядрам гелия, основанный на различии рекомбинации ионизационных зарядов в треках одно- и двухзарядных ионов, 3Не/л+ (4Не//+) и 3Не++ (4Не++), при их торможении в плотных газообразных смесях изотопов водорода.

(2). Впервые прямым методом измеренное значение вероятности прилипания мюонов к продуктам ddfr-синтеза:

сOdd = о, 122 ± 0,003.

(3). Впервые измеренное прямым методом значение вероятности прилипания мюонов к продуктам ¿¿¿¿-синтеза:

udt = 0,0058 ±0,0004.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы были представлены на международной конференции по проблемам малонуклонных систем (PANIC) в Гейдельберге в 1984 г., на сессиях ОЯФ АН СССР в 1983 и 1986 гг., на всесоюзных совещаниях по программе научных исследований на мезонной фабрике ИЯИ АН СССР в 1983 и 1985 гг., на XXVII и XXVIII конференциях молодых

МК в дейтерии. К - коллиматор мюонного пучка, 51 — 53 - сцинтилляци-онные счетчики для мюонов, Е1 -т- Е6 - сцинтилляционные детекторы для электронов распада, ИК - ионизационная камера, Д, В и С - аноды камеры. Анод В - 35x35 мм2, ширина анодов А и С - 3 мм, расстояние катод-сетка 10 мм, сетка-аноды - 1 мм

специалистов ИЯФ АН СССР в Киеве в 1982 и 1984 гг., на международной конференции Европейского физического общества в Болгарии в 1986 г. и на международных конференциях по мюонному катализу в Токио (МСР-86), в Гатчине (МСР-87), в Асконе (МСР-92), Санта-Фе (ЬЕМБ-ЗЗ), в Асконе (ЕХАТ-98), в Токио (МСР-2001) и в Дубне (МСР-2007).

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, их список приведён в конце автореферата.

ОБЪЁМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и приложения и содержит 203 страницы, 52 рисунка и 18 таблиц. Библиография содержит 199 наименований.

ВО ВВЕДЕНИИ обосновывается необходимость экспериментального изучения реакций мюонного катализа ядерного синтеза в дейтерии и в смесях изотопов водорода, содержащих тритий. Особенно важно измерение коэффициентов прилипания мюона для определения перспектив практического применения МК и для проверки правильности теоретического описания процессов, лежащих в основе этого явления.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ описываются основные характеристики МК~ физического явления, объединяющего в себе процессы из разных областей ядерной, атомной и мюонной физики. Описываются процессы, составляющие и сопровождающие МК - замедление, рассеяние и захват мюонов атомами среды, процессы девозбуждения мезоатомов, образо-

(б)

M

А1

/il

сз В1 В2

<3 вз 34 A3

С4 ВЬ

А2

Рис. 2: (а) - схема экспериментальной установки 1994-1996 гг. для исследования МК в дейтерии. 1 - катод ИК, 2 - сетка, 3 - блок анодов, 4 - окно из бериллия; SI, S2 - сцинтилляторы, Е и N - детекторы электронов и нейтронов, К - коллиматор, ПУ - предусилители, Ф - формирователи, (б) - блок анодов, вид сверху

вание мюонных молекул, ядерные реакции в мезомолекулах. Кратко изложена история изучения мюонного катализа реакций синтеза.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ сформулирована задача данного исследования, изложены физические основы предлагаемого метода измерения коэффициентов прилипания uidd и u>dt в ионизационной камере высокого давления и описаны две установки для изучения МК в чистом дейтерии. Одна из них применялась в экспериментах 1982-1984 гг. в ЛИЯФ для измерений при комнатной температуре (см. Рис. 1), а вторая - в экспериментах на мезонной фабрике PSI (Швейцария) в 1994-1996 гг., проводившихся в диапазоне температур 28-г350 К (Рис. 2).

Показано, что применение детектора заряженных частиц на основе ИК, наполненной водородом (дейтерием) при высоком давлении для исследования реакций МК даёт наиболее полную информацию о протекающих процессах. Благодаря совмещению в одном приборе газовой мишени и детектора камера позволяет регистрировать остановку мю-она и все следующие за ней акты синтеза со 100% эффективностью и измерять временные и энергетические параметры сигналов. Временные интервалы между сигналами синтезов дают информацию о скорости протекания реакций МК. Амплитуды и длительности импульсов тока в ИК несут информацию об энергиях и пробегах образовавшихся частиц.

Таблица. Пробеги Частица аНе++ JHe//+ t Р

продуктов ¿¿/¿-синтеза Энергия, МэВ 0,82 0,80 1,01 3,02

в водороде при Пробег, мм 0,09 0,3 0,5 7,6

давлении 90 атм

При выбранной плотности газа (р=р/ро=ОД, где ра— 4,25-Ю22 ядер/см3 (плотность жидкого водорода), пробеги продуктов реакции были достаточно малы (см. Табл.) и в основном укладывались в рабочем объёме ИК, составлявшем ~10 см3.

Система съёма информации с ИК в первых экспериментах в ЛИЯФ имела полное время анализа (мёртвое время) 350 не для самых коротких импульсов. Было достигнуто энергетическое разрешение ~70 кэВ с порогом регистрации 120 кэВ, что являлось компромиссом между точностью измерения собранного в ИК заряда и необходимым быстродействием в обработке токового сигнала. Точность измерения времени появления импульсов определялась временными кодировщиками и составляла At=50 не (Е\¥НМ). Для каждого последовательного сигнала 3=1,2,3,4 на каждом из анодов 1 в ИК (¡=А,В,С) измерялись и записывались три величины: начало импульса ЩаН, конец импульса и величина заряда У^, определяющая энергию частиц.

Для подготовки эксперимента в ЛИЯФ были проведены следующие методические исследования:

l_i_I_I_I_

10 20 30 АО НАПРЯЖЁННОСТЬ ПОЛЯ ,кВ/см

Рис. 3: Зависимость относительной амплитуды импульсов от очастиц 234II в ИК с сеткой от напряженности поля.

о - измерения с а-частицами, Ео=4,78 МэВ,

Д - измерение выполнено с ядрами 3Не++ (Е=0,82 МэВ) в эксперименте по сМд-катализу при давлении 91,6 атм;

• - измерение выполнено в эксперименте по ¿¿//-катализу. Регистрировались частицы 4Не++ (Еа=3,53 МэВ) при давлении 160 атм

(1) Была измерена скорость дрейфа электронов в водороде и дейтерии при нормальной температуре в области давлений 154-100 атм в зависимости от параметра Е/р (0,14-1,2) кВ/см-атм для Нг и (0,254-0,76) кВ/см-атм для D2. Эти данные использовались для выделения области остановок мюонов между катодом и сеткой ИК и для анализа времени регистрации продуктов синтеза.

(2) Впервые были получены данные о рекомбинации ионизационных зарядов, оставленных частицами при их торможении в дейтерии при давлении 304-100 атм (Рис. 3). Для этого были измерены зависимости относительной амплитуды импульсов от а-частиц источника 234U, расположенного на катоде ИК с сеткой, от напряженности поля между катодом и сеткой. Для а-частиц при давлении 91,6 атм и напряжении 30 кВ величина рекомбинации, т.е. доля ионизационных электронов, рекомбинировавших с положительными ионами, приводящая к уменьшению собираемого анодами Л К ионизационного заряда по сравнению с предельным случаем больших значений Е/р, составляет примерно 35%. Для образующихся в dd/x-синтезе частиц 3Не++ с энергией 0,82 МэВ рекомбинация имеет величину ~55%. Эти исследования показали, что при достигнутых параметрах ИК величина рекомбинации ионизационных электронов от двухзарядных иопов 3Не++ не превышает 55% и надёжная регистрация таких ионов при выбранном пороге 120 кэВ возможна. Что касается однозарядных ионов 3He/j+, то величина пробега у них существенно больше (поскольку dE/dx~Z2), и меньшая удельная плотность ионизации приводит к меньшей рекомбинации электронов начальной ионизации и ббльшему собираемому на аноде заряду. Этот эффект было предложено использовать как основу прямого метода измерения коэффициента прилипания мюонов.

Собираемый на анодах ИК заряд электронов ионизации, измеряемый в единицах энергии (поскольку для каждой регистрируемой заряженной частицы собираемый заряд приблизительно пропорционален её начальной энергии), мы называем "наблюдаемой энергией". По этой переменной строились все приведённые далее энергетические спектры регистрируемых частиц.

Наиболее точное определение коэффициента прилипания uidd было проведено в экспериментах по прецизионному измерению параметров ¿ф-катализа коллаборацией ПИЯФ-PSI-LBL-IMEP-TUM в 1994-1996 гг. на мезонной фабрике PSI (Швейцария). Новая экспериментальная установка (Рис. 2) имела существенные усовершенствования, отражавшие накопленный опыт изучения МК. Одним из них была новая кон-

о 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

наблюдаемая энергия, МэВ

Рис. 4: (а) - энергетическое распределение вторых сигналов на центральном электроде В, т.е. первых событий (Мд-синтеза И. Наибольший пик в спектра - частицы 3Не, справа от него - события с прилипанием мюонов 3Не,у, далее сплошной спектр событий 3Н+р, не полностью уложившихся в чувствительном объёме ИК, и наконец пик полностью уложившихся 3Н+р событий. Заметим, что наблюдаемые энергии частиц меньше их начальных значений за счёт эффекта рекомбинации; (б) - спектр фоновых сигналов, полученный при случайных запусках установки

фигурация системы анодов ИК, позволявшая повысить точность определения координат остановок мюонов в чувствительной зоне новой ИК, объём которой теперь составлял ~40 см3. Камера, наполняемая очищенным дейтерием (или изотопными смесями НБ, Нг+Бг), была помещена в вакуумированном объёме и оборудована системой охлаждения и системой стабилизации температуры в диапазоне 28^-350 К. Расположенные вокруг ИК сцинтилляционные детекторы регистрировали электроны распада мюонов и нейтроны ¿¿-синтеза.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ описывается анализ данных и приводятся результаты измерения коэффициента прилипания мюонов в реакции ¿¿/¿-синтеза (1а).

Отбор событий в эксперименте 1982-1984 гг. В анализируемых событиях требовалось наличие хотя бы одного сигнала на электродах А и В - входном и центральном (Рис. 1), и отсутствие сигналов на электроде С. Если на электроде В после первого были ещё и другие сигналы, то это указывало на синтезы, происшедшие после остановки мюона. Для анализа были отобраны события, имеющие на аноде А один, а на аноде В два или более импульсов (35000 событий). Дальнейшие отборы по временным и энергетическим корреляциям сигналов на анодах оставили для физического анализа около 19000 событий.

На Рис. 4(а) приведён энергетический спектр вторых сигналов на аноде В, т.е. первых синтезов Р1, измереный в 1982 г. Наглядно показано разделение пиков 3Не++ и 3Не/г+ благодаря эффекту рекомбинации. При этом события 3Не++, имеющие малую энергию, лежат выше порога регистрации электроники.

Таким образом, в ИК была осуществлена 100% эффективность регистрации продуктов от двух каналов ¿¿-синтеза, что в дальнейшем использовалось при анализе данных. Сигналы в области малых энергий, отмеченные стрелкой, происходят от шумовых срабатываний вблизи порога регистрации. На Рис. 4(6) показан энергетический спектр шумовых сигналов при случайных запусках ИК. Оценка этого фона показала, что его доля в общей статистике не превышает 0,3%.

Методы определения коэффициента прилипания мюонов ш^а.' (1) по энергетическим спектрам. Если пики 3Не++ и 3Не/^+ разделяются за счёт рекомбинации, коэффициент прилипания определяется

КЖ "«И = (2)

где надо подсчитать полное количество событий:

= + ЛГзЯе/(1 - И^еир).

Здесь \VpUeup - поправка на вероятность наложений вторых синтезов на 3Не, определявшаяся кинетикой катализа и имевшая величину 5 -4- 7% в зависимости от условий эксперимента. Далее подсчитывалось число событий в пиках 3Не и 3Не/г и по формуле (2) определялся коэффициент прилипания (Рис. 5(а)).

(2) По методу "выжившего мюона". Этот способ целиком построен на возможности регистрации в ИК последовательных актов синтеза от одного мюона. Ясно, что цепочка актов ¿¿-синтеза может инициироваться только "неприлипшими" мюонами. Поэтому среди всех накопленных первых синтезов П (Рис. 5(а)) можно выделить такие события,

5110 событий

за которыми были зарегистрированы Г2-синтезы. Поскольку прилипшие мюоны не вызывают больше синтезов, то пик 3Не/х при таком отборе будет отсутствовать, см. Рис. 5(6). Для определения щл достаточно вычесть оба спектра И поканально после необходимой нормировки. Приводятся результаты, полученные в 4-х измерениях с разными наполнениями ИК от 70,4 до 93 атм. дейтерия.

Окончательный усреднённый результат для коэффициента прилипания равен

0/^=0,122±0,003.

Обработка данных эксперимента 1994-96 гг. Для отбора событий применялись критерии, аналогичные изложенным выше, с учётом усовершенствования в конструкции ИК (Рис. 2) и увеличения статистики до 106 событий. Благодаря этому величина коэффициента нрили-пания им была измерена с высокой точностью при двух значениях плотности газа <р: 0^=0,1224±0,0006 (<¿>=0,0837),

^¿=0,1234±0,0007 ((/з=0,0485). Эти измерения были проведены для проверки влияния плотности среды на процесс "стряхивания" мюонов и для сравнения с теоретическими предсказаниями.

В ЧЕТВЁРТОЙ ГЛАВЕ

представлено описание созданной в ПИЯФ в 1988 г. установки для изучения ¿¿/¿-катализа. Параметры установки были специально подобраны для измерения коэффициента прилипания мюонов шц тем же методом, что описан в гл. 2. Для того чтобы была возможна работа ИК в условиях интенсивного шума, вызванного /3-распадом трития, его количество в смеси было уменьшено до уровня 0,05%, а анод камеры был разделён

700 еоо наблюдаемая энергия, кэВ Рис. 5: (а) - энергетическое распределение первых сигналов синтеза П. (6) - события, в которых после П был зарегистрирован Р2-сигнал. Штриховкой выделен пик 3Нед

Рис. 6: Экспериментальная установка для изучения реакции сИц. Вид в разрезе и устройство ИК: А - аноды, б - сетка, С - катод, Е и N - сцинтилляторы для регистрации электронов и нейтронов, РА - предусилители

на 19 независимых анодов диаметром 4 мм (Рис. 6), что позволило добиться энергетического разрешения ~120 кэВ в канале при собственном разрешении электроники ~80 кэВ. Камера имела чувствительный объём ~3 см3, расстояние катод - сетка 11 мм, сетка - анод 0,6 мм и работала при напряжении -50 кВ на катоде и -5 кВ на сетке. Вклад тритиевого шума был уменьшен также за счёт коротких треков частиц (благодаря увеличению давления до ~160 атм) и достаточно высокой скорости дрейфа электронов ионизации при выбранных рабочих напряжениях в камере. Временное разрешение сигналов камеры в итоге составило ~150 не. Общий вид установки для изучения ¿¿^-катализа изображён на Рис. 6.

ИК находилась в вакуумированном охранном объёме, на крышке которого были размещены высоковольтные вводы, вводы датчиков температуры и давления и трубки системы охлаждения. В нижней части установки размещалась система откачки на базе электроразрядного насоса, титановые электроды которого могли поглотить часть водорода в случае аварийной разгерметизации ИК. Общее количество трития в установке не превышало 10 Ки. Установка размещалась в экспериментальном зале PSI на пучке рЕ4 под отдельным тентом с собственной системой вентиляции. Вокруг охранного объёма размещались 19 нейтронных сцинтилляционных детекторов размером 10x10x20 см3, покрывающих телесный угол 40% от 4тг и имеющих общую эффективность регистрации —26%. Жидкостный сцинтилляционный детектор (NE213) использовался для контроля отбора п-7 событий. Перед нейтронными детекторами находились 5 сцинтилляционных счётчиков, включённых в схему регистрации электронов распада и отбора событий с нейтроном.

Для наполнения ИК была впервые применена тройная H/D/T смесь следующего исходного молекулярного состава: Н2(96,6%) + D2(3,36%)+

+Тг(0,036%) с целью уменьшения фонового вклада firf/i-катализа. Важно отметить, что для дополнительного уменьшения вклада t+p событий от drl/i-катализа газовая смесь была переведена в равновесное состояние (Н2 ~94%, Т)2 ~0,1%, HD ~5,9%), где преобладали молекулы HD, на которых скорость катализа в 10 раз меньше, чем на D2 молекулах.

Условия регистрации продуктов ddjt-к dtfj,-синтеза в указанной газовой смеси и в чистом дейтерии были проверены в специальном методическом эксперименте, проведённом в ПИЯФ в 1988 г. для калибровки энергетической шкалы ИК. При заранее выбранных рабочих порогах были измерены наблюдаемые энергии (собираемые ионизационные заряды) от известных двухзарядных и однозарядных частиц: 3Не++ (0,82 МэВ), 3Нед+ (0,8 МэВ) и (t+p) (4,03 МэВ) от (%-синтеза, 4Не++ (3,53 МэВ) от dt¿i-синтеза и 4Не++ (5,49 МэВ) от источника 241 Аш, нанесённого на катод ионизационной камеры.

Зависимости собранных зарядов от начальной энергии для этих двух групп частиц аппроксимировались линейно (см. Рис. 7). Как видно, рекомбинация начальной ионизации для 4Не++ составила 66%, и лишь 45% - для ожидаемых событий с прилипанием 4He/i+. Столь существенная разница в рекомбинации сделала возможным выделение в спектре наблюдаемой энергии продуктов dtfi-синтеза событий с прилипанием мюонов 4He/i.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ описан анализ данных эксперимента 19891992 гг. в PSI по измерению коэффициента прилипания мюонов в реакции (йд-катализа (16). В этом эксперименте впервые для изучения МК были применены новые для того времени устройства регистрации и анализа сигналов - быстрые Flash-ADC, имевшие частоту оцифровки 100 МГц и амплитудный диапазон 6 разрядов. С активным участием автора в ПИЯФ был разработан алгоритм выделения сигналов ИК из массива отсчётов Flash-ADC в условиях значительного тритиевого шума. Описывается программа, позволяющая надежно определить основные параметры сигнала: его начало, конец и площадь, соответствующую собранному заряду. Кроме того, определялись параметры формы: число максимумов, асимметрия и наклоны переднего и заднего фронтов, необходимые для идентификации сигналов наложений и длинных фоновых сигналов (t+p), имеющих малую амплитуду. Отладка алгоритма проводилась при помощи электронной системы, генерирующей тестовые импульсы заданной амплитуды, длительности и формы и моделирующей фон от распада трития.

Для выбора наиболее эффективных критериев отбора было проведено моделирование событий в ИК методом Монте-Карло. Учитывалось

1 2 3 4 5

начальная энергия, МэВ

Рис. 7: Калибровка ионизационного заряда, собираемого в ИК. • - результаты измерений, о - предсказание для 4Не/х-событий (в эксперименте 1988 г. они не были накоплены)'

влияние шума от тритиевой ионизации и влияние порогов триггера. Моделированные события обрабатывались тем же алгоритмом, что и физические события.

Результаты показали, что наибольший фон в области 4Не/х спектра дают (t+p) события от ¿(¿//-катализа, который всегда присутствует в H/D/Т смеси. Наиболее эффективным приёмом уменьшения этого фона оказалось требование совпадения с нейтронными счётчиками, отбор по длительности сигналов и требование отсутствия сигналов на соседних электродах, Рис. 8(а).

Другим процессом, искажающим спектр событий 4He/i, оказались аа-наложения, имеющие энергию в области 2,3 МэВ. Их неожиданно большой выход был позднее объяснён наличием эпитермального канала dtß-катализа, приводящего к высокой скорости образования dtß-молекул, и как следствие, к частым аа-наложениям в ИК, имеющей "мёртвое время" ~200 не. Для анализа низкоэнергетической части спектра аа-наложений использовался критерий наличия повторного сигнала ¿¿-синтеза. Если построить спектр первых синтезов при наличии за ними вторых синтезов (метод "выжившего мюона"), тогда события на месте пика 4He/i исчезают и можно анализировать в этой области

Рис. 8: (а) - энергетический спектр всех событий синтеза (прямое наблюдение), сплошные линии - результаты моделирования, (б) - спектр первых синтезов, за которыми следовали вторые

"хвост" от ао-наложений, а также возможные события со стряхиванием мюонов в процессе торможения, Рис. 8(6). Метод "выжившего мюона" использовался и для независимого определения коэффициента прилипания.

Применение этого метода в ¿¿¿¿-эксперименте потребовало набора гораздо большей статистики, чем в ¿¿//,, потому что ожидаемая вероятность прилипания Wdt была в ~20 раз меньше, чем u>dd> и всего 1,5% из числа остановившихся мюонов могли дать хотя бы один di-синтез (в эксперименте в чистом дейтерии таких мюонов было ~ 32%). Поэтому в PSI была набрана статистика 5 • 106 первых синтезов, что стало возможным благодаря высокой интенсивности остановок мюонов (около 103с-1 в чувствительном объёме камеры 2,6 см3), обеспеченной уникальными характеристиками пучка мюонов.

В заключение Главы 5 приводятся результаты определения udt для разных способов отбора событий и их усреднённое значение, равное:

ил = (0,58 ±0,04)%.

Этот результат стал первым прямым измерением коэффициента прилипания в dtn*катализе.

В ШЕСТОЙ ГЛАВЕ полученные результаты сопоставляются с данными других экспериментов и с теоретическими расчётами. Следует отметить, что выполненные нами в 1984 и 1994-1996 гг. прямые

измерения коэффициента прилипания мюонов в реакции rid/i-катализа остаются единственными до сих пор.

При сравнении с теорией следует различать начальный коэффициент прилипания реализующийся после ядерной реакции, и его конечное значение u>dd — 1 — R), уменьшенное на вероятность "стряхивания" мюонов R при торможении ионов 3Не^+ в водороде. Современное усреднённое теоретическое значение u>%d составляет (13,6 ± 0,4)% [3]. В этих расчётах были учтены неадиабатичность движения мюона в мезомолекуле, конечная скорость ядерной реакции и размеры ядер. Оценка коэффициента "стряхивания" мюонов требует учёта процессов возбуждения и девозбуждения при столкновениях в среде, радиационных процессов, процессов ионизации, реакций перезарядки (перехвата) мюонов. С учётом зависимости этих процессов от плотности среды при (/з=0,07 усреднённое теоретическое значение составляет iîi/l=0,10±0,01. Всё это приводит к значению ш^=(12,3±0,4)%, хорошо совпадающему с результатами нашего эксперимента. Это позволяет заключить, что теория адекватно описывает процессы прилипания и стряхивания мюона в случае ddp,-катализа при низких плотностях, ip ~(0,054-0,1). Достигнутое согласие в описании прилипания мюонов в реакции dd/x-синтеза позволило провести аналогичные расчёты и для dtfi-синтеза.

К началу наших экспериментов по измерению коэффициента прилипания мюона uidt в dip-катализе уже имелись первые результаты нескольких косвенных измерений. В частности, эксперимент в LAMPF [1], проведённый в широком диапазоне давлений, ip ~(0,1-т-1,3), показал высокую вероятность прилипания при низкой плотности среды ip и её быстрое убывание с ростом плотности. Но имелись также измерения, сделанные в PSI в том же диапазоне изменения плотности [5], не подтверждающие указанную LAMPF зависимость (см. Рис. 9). Оба эти результата были получены с использованием методики регистрации нейтронов (методом измерения наклона временных спектров). Имелись также первые измерения PSI и КЕК с использованием методики регистрации ме-зорентгеновского излучения возбуждённых 4He/i* атомов. Полученные при 93=1,2 результаты cjdt=(0,42±0,14)% (PSI) [6] и wdt=(0,26±0,09)% (КЕК) [7] показывали существенное отклонение от теоретических расчётов, предсказывавших величину ш¿t «0,61% и очень слабую (убывающую) зависимость прилипания от плотности. Таким образом, две группы результатов указывали на две разные зависимости u>dt от плотности. Столь несогласованная картина в реакции dtfi, наиболее интересной с точки зрения практических применений, требовала прояснения, и это

% 1.0

0.8 0.6 0.4 0.2 0

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

ПЛОТНОСТЬ ф

Рис. 9: Экспериментальные и расчётные [4] данные по коэффициенту прилипания ÙJdt

было достигнуто нашим результатом, полученным новым экспериментальным методом.

Прежде всего нужно отметить, что полученный в нашей работе результат не подтвердил данные LAMPF о большой величине oj<it в области (р (0,14-0,2). Прямое измерение этой величины при <р—0,17 дало значение а^=(0,58±0,04)% [8], существенно меньшее, чем оценки LAMPF u!,it «(0,754-1,1)%. Полученное нами значение Udt оказалось самым близким к теоретически предсказанному и стало считаться наиболее достоверным при малых ¡р.

Если проэкстраполировать наше значение u>dt в область плотностей 92=1,24-1,45, где проводилась ббльшая часть измерений с высокой концентрацией трития, то полученная величина с^й=(0,53±0,04)% , отражающая теоретическую зависимость вероятности стряхивания от плотности [9], оказывается близкой к значениям, полученным в PSI, oJdt~ (0,48±0,04)% (при ц>-1,45) [2]. В последнее время были получены но-

- 1 1 1 1 1 " 1 т D 1986 ре, * 1986, ДМРР • 1992 ПИЯФ-PSI § 2005 ОИЯИ ■ 1989 КЕК ¥ 2001 КЕК п ,Wdt "

Р......... —1-1— 1— 1 1 1 г

вые результаты по uj,¡t' в КЕК [10] из измерений выходов мезорентге-новского излучения 4Не/х-атомов, wdt=(0,532±0,030)%, и в ОИЯИ [11] из анализа распределений по множественности событий синтеза: ui¿t~ (0,573±0,053)%. Эти значения также близки к нашему результату и к теоретическому расчёту [4].

Вся совокупность современных экспериментальных данных по коэффициенту прилипания мюонов в реакции dt¡i демонстрирует хорошее совпадение с результатами теоретических расчётов этой величины [4,12], составляющими соответственно 0,61% и 0,555%. Отличие не превышает 2<т. При этом следует отметить, что вычисления начального коэффициента прилипания, проведённые разными методами, совпадают друг с другом и дают среднее значение w°É=(0,93±0,01)% [13]. Поэтому можно предположить, что причина имеющегося небольшого расхождения связана с неопределённостью при вычислении коэффициента стряхивания R(ip), при большой скорости мезоатома, где остаются открытые вопросы о деталях торможения 4Не/>атомов в водороде (например, о неучтённых метастабильных состояниях). Вероятности стряхивания мюонов в реакциях ddfi и dtpL отличаются потому, что начальная скорость мезоиона 3He/¿+ намного меньше, чем 4He/i+ (в атомных единицах скорости 3,2 против 5,8), и около половины реактивации мюона из иона 4Нец+ происходит при скорости большей, чем начальная скорость 3Не/х+ [14]. При этом важную роль играют процессы возбуждения и де-возбуждения мюонного атома и ионизация с участием начальных возбуждённых состояний, в то время как стряхивание мюона с медленного иона 3Не/г+ происходит главным образом из основного состояния.

Говоря о возможном практическом использовании ¿¿//-катализа, можно заключить, опираясь на наш результат прямого измерения ui¿t, что верхний предел числа нейтронов dt-синтеза от одного мюона не может превышать величины Хс=170 при <¿>=0,17 или Хс=190 при экстраполяции к плотности tp ~1,45. Это позволяет оценить максимальный выход энергии за счёт dtp. катализа на уровне ~3,3 ГэВ. Учитывая, что затраты на рождение одного мюона суммарно составляют ~(6-j-12) ГэВ [15], можно заключить, что один мюонный катализ не даст положительного выхода энергии. Существует предложение [16] по увеличению эффективности мезокатализа за счёт использования бланкета из 238U, окружающего мезокаталитический реактор. Деление ядер 238U нейтронами ¿í/í-синтеза увеличит выход энергии, обеспечит наработку топлива и может обеспечить положительный баланс всей схемы. Детально проработаны также схемы нейтронных источников на базе МК [17] для материаловедческих исследований с потоками нейтронов до 1014см-2.

Эти и другие варианты практического использования МК могут опираться на надёжно измеренные в настоящей работе значения коэффициентов прилипания мюонов шда и u)dt-

В ЗАКЛЮЧЕНИИ диссертации приводятся ВЫВОДЫ из представленных результатов.

(1). В настоящей диссертации описаны впервые осуществлённые прямым методом измерения важнейших параметров мюонного катализа dd-и dt-синтеза — коэффициентов прилипания мюонов u>dd и u>dt- Полученные с высокой (2% и 7%) точностью значения этих параметров позволили проверить теоретические модели, описывающие прилипание мюонов в реакциях dd^n dtfi-синтеза, а также процесс, "стряхивания" мюонов при торможении ионов (3Нс/х)+ и (4Не/г)+ в среде, состоящей из изотопов водорода.

(2). Измеренные в диссертации значения конечных коэффициентов прилипания u>dd и Wdt позволяют определить физический предел числа актов синтеза, генерируемых одним мюоном, и оценить тем самым возможность использования мюонного катализа в практических целях.

(3). Цели диссертации были достигнуты благодаря использованию нового детектора, построенного на основе ионизационной камеры высокого давления и соединяющего в себе функции активной мишени и детектора заряженных продуктов синтеза. Отличительной особенностью методики ионизационной камеры для изучения dd[r и di/i-синтеза от широко применявшейся методики регистрации нейтронов является её 47г-геометрия и 100% эффективность.

(4). Впервые был реализован новый метод измерения коэффициентов прилипания, использующий различную степень рекомбинации ионизационных зарядов от однозарядных, (3Не/г)+, (4He/i)+ и двухзарядных, (3Не)++ и (4Не)++ продуктов синтеза в ионизационной камере в условиях высокого давления (Р~100 атм). Благодаря рекомбинации наблюдаемые энергии частиц становятся различными, что даёт возможность прямого подсчёта событий с прилипанием.

Цитированная литература

[1] S.E.Jones, A.N.Anderson, A.J.Caffrey et al., Observation of unexpected density effects in muon-catalyzed d-t fusion, Phys.Rev.Lett. 56 (1986) 588-591.

[2] C.Petitjean, P.Ackerbauer, W.H.Breunlich, M.Cargnelli et al., New experimental results on muon catalyzed dt fusion, Muon Cat. Fusion 2 (1988) 37-52.

[3] L.N.Bogdanova, V.E.Markushin, V.S.Melezhik et al., Muon sticking to helium in muon catalyzed fusion dd/i—>/j3He+n. Phys.Lett. B161(1985)l-4. S.E.Haywood, J.H.Monkhorst, S.A.Alexander, Sticking fractions of dt/j, and dd/j, using random-tempered basis sets, Phys. Rev. A43 (1991) 5847-5852.

[4] C.D.Stodden, H.J.Monkhorst, K.Szalewicz, T.G.Winter, Muon reactivation in muon-catalyzed d-t fusion from accurate p-He+ stripping and excitation cross sections, Phys.Rev. A41(1990) 1281-1292.

|5] W.H.Breunlich, M.Cargnelli, P.Kammel, J.Marton et al., Muon-catalyzed D-T fusion at low temperature, Phys. Rev. Lett. 58 (1987) 329-332.

[6] H.Bossy, H.Daniel, F.J.Hartmann et al., Determination of muonic helium X-ray yield after muon-catalyzed pd, dd and dt fusion, Phys. Rev. Lett. 59 (1987) 2864-2867.

[7] K.Nagamine, T.Matsuzaki, K.Ishida et al., X-ray observation of a-sticking phenomena in muon catalyzed fusion for high-density D-T mixture with high T2 concentration, RAL-90-022, Ed. J.D.Davies, Proc. Int. Symp. MCF-89.

[8] T.Case, D.V.Balin, W.H.Breunlich, KM.Crow et al., Insights on dtfi sticking from ddfi striping and //He capture, Hyp. Int. 118 (1999) 197-202.

[9] V.E.Maxkushin, Sticking and stripping in the muon catalyzed fusion, Muon Cat. Fusion 3 (1988) 395-420.

[10] K.Ishida, K.Nagamine, T.Matsuzaki et al., Review of Measurements of Fusion Neutrons and X-Rays in Muon Catalyzed d-t Fusion at RIKEN-RAL, Details of the Detection System, Hyp. Int. 138 (2001) 225-234.

[11] V.R.Bom, A.M.Demin, D.L.Demin et al., Experimental investigation of muon catalyzed dt fusion in wide ranges of D/Т mixture conditions, Journal of Exp. and Theor. Physics 100 (2005) 663-687; ЖЭТФ 127 (2005) 752-779.

[12] M.R.Pahlavani, S.M.Motevalli, The probability of muon sticking and X-ray yields in the muon catalyzed fusion cycle in a deuterium and tritium mixture, Acta Phys. Polon. В 39 (2008) 683-694.

[13] Л.Н.Богданова, В.Е.Маркушин, В.С.Мележик, Л.И.Пономарёв, Влияние ядерного взаимодействия в мезомолекуле dtn на вероятность прилипания мюона к гелию в реакции dtp —* fia + n, ЯФ 50 (1989) 1365-1373.

[14] J.S.Cohen, Theoretical status of muonic-helium kinetics in muon catalyzed dd and dt fusion, RIKEN Review 20 (1999) 8-11.

[15] Yu.V.Petrov, E.G.Sakhnovsky, Model calculations for the muon production efficiency, Atomkernenergie-Kerntechnik 46 (1985) 25-28;

[16] S.I.Kalcheva, V.V.Kuzminov, Yu.V.Petrov, Fuel breeding in a hybrid muon catalyzed fusion reactor, Hyperfine Interactions 82 (1993) 445-458.

[17] V.A.Arkhangelsky, F.I.Karmanov, A.Yu.Konobeyev, L.I.Ponomarev et al., A 14 MeV intense neutron source based on muon catalyzed fusion for irradiation materials of fusion reactor (/xCF-INS), Proc. Int. Conf. on Muon Cat. Fusion and related topics, Dubna,June 18-21 2007, p.369-372.

Результаты исследований по данной диссертации опубликованы в

следующих 16 работах:

1. Д.В.Балин, А.А.Воробьев, Б.Л.Горшков и др., Измерение коэффициента прилипания мюонов в процессе мюонного катализа dd-синтеза, Препринт

ЛИЯФ-715 Д,1981, 12с.

2. D.V.Balin, A.I.IIyin, Е.М.Маев, A.A.Markov et al., The experimental investigation of muon catalyzed dd-fusion process, Препринт ЛИЯФ-895 JIД983, 16c.

3. D.V.Balin, E.M.Maev, G.G.Semenchuk, A.A.Vorobyov et al. Experimental investigation of the muon catalyzed dd-fusion. Phys. Lett. 141B (1984) 173-176.

4. Д.В.Балин, А.А.Воробьев, Е.М.Маев, Г.Г.Семенчук и др. Экспериментальный метод исследования мюонного катализа ядерного dd-синтеза. Препринт ЛИЯФ-964, Л.Д984, 54с.; Experimental method for investigation of muon catalyzed dd-fusion, Muon Cat. Fusion 7 (1992) 1-36.

5. Д.В.Балин, А.А.Воробьев, Г.Г.Семенчук и др. Исследование мюонного катализа ядерного dd-сиитеза в диапазоне давлений 51,6-93,0 атмосфер. Письма в ЖЭТФ 40 (1984) 318-320.

6. C.Petitjean, K.Lou, P.Ackerbauer, ..., D.V.Balin, V.N.Baturin et al., Direct measurement of dt sticking, Muon Cat. Fusion, 5/6 (1990/91) 261-275.

7. T.Case, H.Bossy, K.M.Crow,..., D.V.Balin, V.N.Baturin et al., Neutron analysis of the '89 PSI sticking experiment, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 327-332.

8. D.V.Balin, V.N.Baturin, Yu.A.Chestnov et al., Method for direct measurement of muon sticking probability in dtjx catalysis, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 481-485.

9. V.N.Baturin, D.V.Balin, E.M.Maev et al., Algorithm for evaluation of parameters of ionization chamber signals from the flash-ADC data, Препринт ЛИЯФ-1700 Л.^991, 18c.

10. T.Case, K.M.Crow, ..., D.V.Balin et al., Systematic analysis of the PSI experiment to directly measure the sticking probability ш3 in dt fusion, Hyp. Int. 82 (1993) 295-302.

11. C.Petitjean, D.V.Balin, V.N.Baturin, P.Baumann et al., Experimental survey of the sticking problem in muon catalyzed dt fusion, Hyp. Int. 82 (1993) 273-293.

12. K.Lou, D.V.Balin, V.N.Baturin, P.Baumann, W.H.Breunlich et al., Final dt sticking u)s using the "survived muon method", Hyp. Int. 82 (1993) 313-325.

13. D.V.Balin, V.N.Baturin, P.Baumann, W.H.Breunlich, T.Case et al., Direct measurement of sticking in muon catalyzed dt fusion, Proc. LEMS-93 (Int. Workshop on Low Energy Muon Science, April 4-8 1993, Santa-Fe, NM, USA), Ed. by M.Leon, LA-12698-C, UC-410, 1994, pp.276-284.

14. T.Case, D.V.Balin, W.H.Breunlich, K.M.Crow et al., Insights on dtfi sticking from ddfi striping and /?He capture, Hyp. Int. 118 (1999) 197-202.

15. N.I.Voropaev, D.V.Balin, E.M.Maev et al., /xCF experiments in D2 and HD gases - final results. Preprint PNPI 2444, Gatchina, 2001, 55p.; Hyp. Int. 138 (2001) 331-341.

16. N.I.Voropaev, D.V.Balin, V.A.Ganzha et al., "High Precision Study of Muon Catalyzed Fusion in D2 and HD Gases", Proc. Int. Conf. on Muon Cat. Fusion and related topics, Dubna, June 18-21 2007, p.67-81.

Отпечатано в типографии ПИЯФ РАН

188300, Гатчина Ленинградской обл., Орлова роща Зак. 127, тир. 100, уч.-изд. л. 1; 29.04.2010 г.

ВВЕДЕНИЕ

1 МЮОННЫЙ КАТАЛИЗ: ОБЗОР ПРОЦЕССОВ, ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИЛИА-НИЯ МЮОНОВ

1.1 Обозначения.

1.2 Основные характеристики исследуемых реакций МК.

1.3 Процессы, составляющие МК.

1.4 История изучения мюонного катализа.

1.5 Скорость цикла в реакции dtfi, и эффективный коэффициент прилипания мюона.

1.6 Реактивация мюонов в реакциях ddfi и dtfi.

1.6.1 Результаты вычислений коэффициента реактивации.

1.7 Экспериментальные методы измерения прилипания и стряхивания мюона в реакциях МК.

1.7.1 Регистрация нейтронов dd- и ^-синтеза.

1.7.2 Регистрация рентгеновского излучения.

1.7.3 Использование криогенных плёночных мишеней

1.7.4 Регистрация заряженных продуктов МК,.

2 ИОНИЗАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПРИЛИПАНИЯ МЮОНОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МЮОННОГО КАТАЛИЗА В ДЕЙТЕРИИ

2.1 Ионизационная камера как активная мишень и детектор продуктов мюонного катализа.

2.2 Метод измерения коэффициента прилипания.

2.3 Экспериментальная установка 1981-84 гг.

2.3.1 Конструкция первой ионизационной камеры для экспериментов в дейтерии.

2.3.2 Фоновые условия в ионизационной камере.

2.3.3 Электронная система сбора информации.

2.3.4 Система очистки и анализа чистоты газа.

2.4 Программа экспериментов 1994-96 гг. и новая экспериментальная установка.

2.5 Организация триггера в эксперименте 1994-96 гг.

3 ПРИЛИПАНИЕ МЮОНОВ В РЕАКЦИИ dd»-КАТАЛИЗА: АНАЛИЗ ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В ДЕЙТЕРИИ

3.1 Отбор событий для анализа в экспериментах 1982-1984 гг.

3.2 Энергетические спектры событий с^-синтеза.

3.3 Оценка фона случайных совпадений.

3.4 Кинетика ddji катализа.

3.5 Определение величины А^ из временного распределения первых синтезов.

3.6 Определение коэффициента прилипания мюонов и.

3.6.1 По энергетическим спектрам первых синтезов.

3.6.2 Определение коэффициента прилипания шм методом выжившего мюона.

3.7 Отбор событий для анализа в экспериментах 1994-1996 гг.

3.7.1 Отбор остановок мюонов.

3.7.2 Энергетические распределения событий синтеза.

3.8 Величина коэффициента прилипания в дейтерии из данных экспериментов 1994-96 гг.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРИЛИПАНИЯ МЮОНА udt В РЕАКЦИИ dtfi

КАТАЛИЗА

4.1 Особенности работы ИК с тритием и выбор условий эксперимента.

4.2 Конструкция ионизационной камеры, работающей с трити-евым наполнением.

4.3 Экспериментальная установка для изучения а^-катализа. . 115 4.3.1 Организация триггера и считывание информации.

5 АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

В РЕАКЦИИ dtp

5.1 Вычисление параметров сигналов из информации Flash-ADC

5.1.1 Измерение и вычисление пьедесталов FADC.

5.1.2 Выделение импульсов.

5.1.3 Проверка работоспособности алгоритма распознавания импульсов.

5.2 Анализ событий в эксперименте 1989 г.

5.2.1 Фоновые процессы в тройной смеси изотопов водорода.

5.2.2 Наполнения ИК для методических измерений и для набора статистики.

5.2.3 Отбор событий в данных 1989 г.

5.3 Измерения и обработка данных 1991-92 гг.

5.3.1 Анализ данных методом "выжившего мюона".

5.3.2 Обработка данных с использованием сигналов со всех анодов.

5.4 Усреднение полученных результатов.

5.5 Корреляция между наблюдаемым конечным коэффициентом прилипания и вероятностью стряхивания.

5.6 Коэффициент прилипания LOdt - окончательный результат.

6 РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ udd И udt В СРАВНЕНИИ С ТЕОРИЕЙ И ДАННЫМИ ДРУГИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

6.1 Результаты измерений ю^а и сравнение с расчётами.

6.1.1 Реактивация мюона в реакции ddfi.

6.2 Результаты измерений коэффициента прилипания и(ц.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. Предлагаемая работа посвящена измерению коэффициентов прилипания мюонов ujdd и сом в реакциях мюонного катализа dd/i и dip синтеза ddu^ ?He+/i+n (1 - им)

V3He/i+n (codd) \ t+p ujdt)

Измерения проведены с помощью оригинальной методики, разработанной .в ПИЯФ РАН под руководством профессора А А.Воробьева. Методика основана на применении ионизационной камеры (ИК) высокого давления в качестве активной мишени для остановок мюонов и детектора заряженных продуктов ядерных реакций в газе камеры. Благодаря уникальной возможности выделения событий с прилипанием мюонов камера обеспечивает прямое измерение коэффициентов u>dd и и)(ц в реакциях мюонного катализа (МК).

В настоящей диссертации описаны: новая методика измерений на основе ионизационной камеры высокого давления, экспериментальные установки для исследования dd[i и dtfi катализа и полученные в результате анализа данных значения коэффициентов прилипания мюонов.

Мюонным катализом (МК) называют реакции синтеза ядер изотопов водорода, происходящие в мюонных молекулах pd/i, dd/л, dtji, ptji и образуемых отрицательными мюонами при их остановке в смесях протия, дейтерия и трития. Процесс называется катализом потому, что мюон в ядерной реакции не участвует, и если он остается в не связанном состоянии после реакции, то может вызывать синтез многократно, образуя мю-онные молекулы, как "катализатор". Идея МК как физического процесса была впервые предложена еще в 1947 г. Франком [1] при анализе наблюдаемых треков мюонов и пи-мезонов в фотоэмульсиях. Реакции синтеза в мюонных молекулах были рассмотрены в 1948 г. А.Д.Сахаровым [2], Я.Б.Зельдовичем [3], а экспериментально МК был обнаружен Альварецем в 1957 г. [4]. Теоретические оценки параметров МК были впервые сделаны

Я.Б.Зельдовичем и С.С.Герштейном [5] и Дж. Джексоном [6]. Экспериментально реакции pjid и ddji до 1964 г. изучались только в жидком водороде и дейтерии. Практическое применение МК считалось невозможным из-за наблюдавшихся малых скоростей образования мезомолекул в сравнении со скоростью распада мюона.

Интерес к величинам коэффициентов прилипания в реакциях МК возник в результате теоретических исследований Л.И.Пономарева и С.С.Герштейна, после того, как в. 1977 г. они предсказали существование слабосвязанных 1-^-2) эВ уровней в мюонных молекулах dd/i и dt[i [7]. При наличии такого уровня резонансный механизм, обнаруженный ранее в ОИЯИ [8] для ddfi-молекул, может обеспечить высокую скорость образования и dt\i-молекул, более чем в 200 раз превышающую скорость распада мюона. Это означает, что основным фактором, ограничивающим число катализов от одного мюона, становится переход мюонов в связаные состояния 3iJe/i или 4//e/i, после чего они уже не могут катализировать синтезы.

Ввиду таких обнадёживающих результатов, вопрос о точном измерении вероятности прилипания мюоов в реакциях dd\i и dtfi стал актуальным и важнейшим для перспектив практического применения реакций мюонного катализа.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Возобновление в 80-е годы теоретических и экспериментальных работ по мюонному катализу во многих ядерных центрах мира связано прежде всего с надеждами на возможность применения этого процесса для получения энергии ядерного синтеза "холодным" методом, альтернативным термоядерному синтезу. Привлекательны реакции МК и для создания интенсивных источников быстрых нейтронов, потребность в которых велика для материаловедения, для наработки из урана-238 топлива для ядерной энергетики, и в перспективе - для трансмутации долгоживущих изотопов отработанного топлива.

Эффективность МК для указанных практических применений можно охарактеризовать одним числом - средним числом циклов Хп, указывающим, сколько слияний ядер изотопов водорода в среднем может вызвать один мюон прежде, чем он утратит возможность "катализировать" синтезы, т.е. распадётся или перейдёт в связанное состояние с одним из продуктов реакции или с атомом примеси. Для каждой смеси оно зависит прежде всего от скоростей образования мюонных молекул в этой смеси и от вероятности мюону "прилипнуть" к продуктам реакций синтеза. Для практического применения наиболее энергетически выгодной является реакция dtfi. При оценке применимости МК для получения энергии необходимо с высокой точностью знать параметры всех мезоатомных и мезомолекуляр-ных процессов, определяющих кинетику реакций МК. Рассмотрение кинетики МК показывает, что наиболее критичными параметрами являются коэффициенты прилипания мюона. Для смеси изотопов водорода D2/T2, в которой скорость образования dt/i-молекул очень высока (в ~200 раз выше скорости распада мюонов), главное ограничение на среднее число синтезов Хп налагает вероятность прилипания мюона со(ц к ядрам АНе в реакции ^-синтеза: Хп < Эксперименты дают для Хп значения в диапазоне от 90 до 120 [9, 10], зависящие от состава смеси изотопов водорода, её температуры и плотности. Поэтому, наряду с поиском условий наибольшего выхода нейтронов ^-синтеза, важно определить физический предел эффективности мезокатализа, задаваемый значением ш(ц

Расчёты вероятностей прилипания мюонов к настоящему времени достигли большой точности, но для оценки возможности практических применения МК одних теоретических расчётов недостаточно, они должны быть подтверждены надёжными экспериментами.

Помимо возможного практического применения, МК интересен еще и тем, что дает уникальную возможность исследовать сопровождающие его разнообразные мезоатомные и ядерные процессы, относящиеся к обычно далеким друг от друга областям физики, где эти явления представляют самостоятельный научный интерес. Это реакции перехвата мюона с мюонных атомов водорода на примеси и на другие изотопы водорода, процессы рассеяния и термализации мюонных атомов в, среде, образование мезомо-лекул и ядерные реакции синтеза, замечательные тем, что в отличие от реакций, традиционно изучаемых на пучках ускоренных частиц, они происходят из фиксированного квантовомеханического состояния. Экспериментальное изучение МК, и в частности, измерение коэффициентов прилипания, дает возможность проверить точность вычислений в решении важной и сравнительно недавно разработанной задачи математической физики - задачи трех тел с кулоновским взаимодействием, которая применяется для описания разных аспектов явления МК.

Наиболее критические параметры процесса МК - скорость образования мюонных молекул и вероятность прилипания мюона к продуктам синтеза - вычислялись многократно разными коллективами теоретиков в разных приближениях, и требовалось сравнить эти результаты с экспериментальными данными. Полученный на первом этапе данной работы экспериментальный результат по вероятности прилипания мюона в реакции ddfi [11] был описан теоретически удивительно точно, но только после усовершенствования теории и методов расчёта - применения адиабатического представления в задаче трёх тел и разработки новых методов решения больших систем уравнений [12, 13, 14]. Хорошее совпадение результатов расчётов с экспериментом позволило развивать теорию для решения более сложной задачи - вычисления коэффициента прилипания мюонов в процессе dtfi катализа, вызывавшего наибольший интерес.

Ко времени начала данной работы были измерены параметры процессов ppfi и pdfj, катализа в жидком водороде, измерена скорость образования мюонной молекулы ddfi в газе и впервые определена скорость перехвата мюона с d(i-атома на атом трития. Была также сделана первая экспериментальная оценка вероятности прилипания мюона к продуктам реакции dd/i на основе данных, полученных с помощью водородной пузырьковой камеры и диффузионной камеры [15, 8].

ЦЕЛЬ РАБОТЫ состояла в получении достоверной экспериментальной информации о важнейших параметрах процессов мюонного катализа реакций ddfji- и dt/i-синтеза - коэффициентах прилипания мюона к продуктам синтеза. Для этого было необходимо:

1). Освоить и применить методику ионизационной камеры в области давлений 504-200 атм. для исследования реакций мюонного катализа.

2). Измерить коэффициент прилипания мюона Шм. в реакции ddfi синтеза прямым методом, выделяя в ИК события с прилипанием мюона 3iJe/i и события без прилипания 6Не.

3). Измерить коэффициент прилипания мюона со^ в реакции dtfj, синтеза. Для этого применить аналогичную методику регистрации частиц 4Не и 4Hefj, в ионизационной камере высокого давления, наполненной смесями изотопов водорода, содержащими тритий. НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1). Впервые прямым методом и с большой точностью (2% и 7%) измерены коэффициенты прилипания мюонов к продуктам реакций dd и dt синтезов, ujdd и ш(ц.

2). Построен регистрирующий прибор - ионизационная камера высокого давления, отличающаяся сочетанием ранее недоступных параметров и открывшая новые возможности в изучении реакций ddfi и dtfi катализа.

3). Разработан новый метод измерения коэффициентов прилипания, использующий различную степень рекомбинации ионизационных зарядов от одно- и двухзарядных частиц в плотном газе ионизационной камеры.

4). Разработаны и применены новые приемы обработки экспериментальной информации, использующие преимущества 100% эффективности регистрации продуктов мюонного катализа в ИК и измереннные энергетические и временные параметры последовательных сигналов от синтезов, вызванных одним мюоном ("метод выжившего мюона"). ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Измерены важнейшие параметры мюонного катализа dd и dt синтеза - вероятности прилипания мюонов и uj(it- Эти параметры определяют возможности практической применимости МК.

Полученные значения коэффициентов прилипания и ш(ц позволили проверить теоретические расчёты процессов ядерного синтеза в мезомо-лекулах и процессов стряхивания мюонов при торможении ионов 3He/i+ и 4Не^/+ в веществе.

Схема экспериментальной установки, описанной в диссертации, легла в основу её модификаций, использованных в серии экспериментов, поставленных в ПИЯФ для детального изучения кинетики мюонного катализа, процессов перехвата мюонов, а также для изучения реакций захвата мюонов ядрами гелия и водорода. Накопленный опыт работы свидетельствует о перспективности применения методики ионизационной камеры в мезо-ядерных исследованиях.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.

1). Новый метод измерения коэффициента прилипания мюонов к образующимся в реакции синтеза ядрам гелия, основанный на различии рекомбинации ионизационных зарядов в треках одно и двухзарядных ионов 3Hefi+ (4Яед+) и 3Не++ (4Не++) при их торможении в плотных газообразных смесях изотопов водорода.

2). Впервые прямым методом измеренное значение вероятности прилипания мюонов к продуктам dd^i синтеза: lom = 0,122 ± 0,003;

3). Впервые измеренное прямым методом значение вероятности прилипания мюонов к продуктам dt[i синтеза: ujdt = 0,0058 ±0,0004.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Автор непосредственно участвовал во всех этапах работы, начиная с методических измерений, необходимых для создания детекторов на основе ионизационной камеры высокого давления, в создании экспериментальных установок для изучения МК в дейтерии и в смесях, содержащих тритий, в проведении всех экспериментов в ПИЯФ и в PSI. Автор занимался обработкой данных всех экспериментов, проведённых в ПИЯФ и частично - проведённых в PSI, и в совокупности можно заключить, что его вклад в полученные физические результаты был определяющим.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы были представлены на международной конференции по проблемам малонуклонных систем (PANIC) в Гейдельберге в 1984 г., на сессиях ОЯФ АН СССР в 1983 и 1986 гг., на всесоюзных совещаниях по программе научных исследований на мезонной фабрике ИЯИ АН СССР в 1983 и 1985 гг., на XXVII и XXVIII конференциях молодых специалистов ИЯФ АН СССР в Киеве в 1982 и 1984 гг., на международной конференции Европейского

Физического Общества в Болгарии в 1986 г., на международной конференции по мюонному катализу в Токио (MCF-86), Асконе (Швейцария, MCF-92), Санта-Фе (LEMS-93), в Асконе (ЕХАТ-98), в Токио (MCF-2001) и в Дубне (MCF-2007).

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них одна относится к Списку ВАК российских ведущих рецензируемых научных журналов (Письма в ЖЭТФ), и пять - в Physics Letters и Hyperfine Interactions, которые аннотируются в "Web of Science: Science Citation Index Expanded" и учитываются как опубликованные в рецензируемых журналах согласно Решению Президиума ВАК от 19 февраля 2010 г.

1. Д.В.Балин, АА.Воробьев, Б.Л.Горшков, Е.М.Маев, А.А.Марков и др., Измерение коэффициента прилипания мюонов в процессе мюонного катализа ^-синтеза, Препринт ЛИЯФ-715 Л.1981, 12с.

2. D.V.Balin, A.I.Ilyin, Е.М.Маев et al, The experimental investigation of muon catalyzed dd-fusion process. Препринт ЛИЯФ-895 Л. 1983, 16c.

3. D.V.Balin, E.M.Maev, G.G.Semenchuk, A.A.Vorobyov et al. Experimental investigation of the muon catalyzed dd-fusion. Phys. Lett. 141B (1984) 173-176.

4. Д.В.Балин, А.А.Воробьев, Е.М.Маев, Г.Г.Семенчук и др. Экспериментальный метод исследования мюонного катализа ядерного dd-синтеза. Препринт ЛИЯФ-964, Л. 1984, 54с.; Experimental method for investigation of muon catalyzed dd-fusion. Muon Cat. Fusion 7 (1992) 1-36.

5. Д.В.Балин, А.А.Воробьев, Г.Г.Семенчук и др. Исследование мюонного катализа ядерного dd-синтеза в диапазоне давлений 51,6-93,0 атмосфер. Письма в ЖЭТФ 40 (1984) 318-320.

6. C.Petitjean, K.Lou, P.Ackerbauer, D.V.Balin, V.N.Baturin et al, Direct measurement of dt sticking, Muon Cat. Fusion, 5/6 (1990/91) 261-275.

7. T.Case, H.Bossy, K.M.Crow,., D.V.Balin, V.N.Baturin et al, Neutron analysis of the '89 PSI sticking experiment, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 327-332.

8. D.V.Balin, V.N.Baturin, Yu.A.Chestnov, Yu.S.Grigoriev et al, Method for direct measurement of muon sticking probability in dtji catalysis, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 481-485.

9. V.N.Baturin, D.V.Balin, E.M.Maev, G.E.Petrov, G.G.Semenchuk, Algorithm for evaluation of parameters of ionization chamber signals from the flash-ADC data, Препринт ЛИЯФ-1700 Л.1991, 18c.

10. T.Case, K.M.Crow, K.Low, ., D.V.Balin, V.N.Baturin et al, Systematic analysis of the PSI experiment to directly measure the sticking probability ljs in dt fusion, Hyperfine Interactions 82 (1993) 295-302.

11. C.Petitjean, D.V.Balin, V.N.Baturin, P.Baumann et al, Experimental survey of the sticking problem in muon catalyzed dt fusion, Hyp. Int. 82 (1993) 273-293.

12. K.Lou, D.V.Balin, V.N.Baturin, P.Baumann, W.H.Breunlich, T.Case et al, Final dt sticking los using the "survived muon" method, Hyp. Int. 82 (1993) 313-325.

13. D.V.Balin, V.N.Baturin, P.Baumann, W.H.Breunlich, T.Case et al, Direct measurement of sticking in muon catalyzed dt fusion, Proc. LEMS-93 (Int.workshop on Low Energy Muon Science, April 4-8 1993, Santa-Fe, NM, USA), Ed. by M.Leon, LA-12698-C, UC-410, 1994, pp276-284.

14. T.Case, D.V.Balin, W.H.Breunlich, K.M.Crow et al, Insights on dt[i sticking from dd/i stripping and (i3He capture, Hyp. Int. 118 (1999) 197-202.

15. N.I.Voropaev, D.V.Balin, E.M.Maev, G.E.Petrov, G.N.Shapkin, G.G.Semenchuk, A.A.Vorobyov, W.H.Breunlich, T.Case et al, /jlCF experiments in D2 and HD gases - final results. Preprint PNPI-2444, Gatchina 2001, 55p.; Hyp. Int. 138 (2001) 331-341.

16. N.I.Voropaev, D.V.Balin, V.A.Ganzha, S.M.Kozlov, E.M.Maev, et al., "High Precision Study of Muon Catalyzed Fusion in D2 and HD Gases", Proc. Int. Conf. on Muon Cat. Fusion and related topics, Dubna June 18-21 2007, p.67-81.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1). В настоящей диссертации описаны впервые проведенные прямые измерения важнейшеих параметров мюонного катализа dd и dt-синтеза -коэффициентов прилипания мюонов u>dd и udt- Полученные с высокой точностью (2% и 7%) значения этих параметров позволили проверить теоретические модели, описывающие процессы прилипания мюонов в реакциях ddfi и dt/i - синтеза, а также процесс "стряхивания" мюонов при торможении ионов (3Hefi)+ и (AHe/j)+ в среде, состоящей из изотопов водорода.

2). Измеренные в диссертации значения конечных коэффициентов прилипания ujdd и u)dt позволяют определить физический предел числа актов синтеза, генерируемых одним мюоном, и оценить тем самым возможность использования мюонного катализа в практических целях.

3). Цели диссертации были достигнуты благодаря использованию нового детектора, построенного на основе ионизационной камеры высокого давления и соединяющего в себе функции активной мишени и детектора заряженных продуктов синтеза. Отличительной особенностью методики ионизационной камеры от методики регистрации нейтронов dd и dt-синтеза является её 4тг геометрия и 100% эффективность. Это позволило регистрировать последовательные акты синтеза, вызванные одним мюоном, что было затем использовано при анализе данных.

4). Впервые был реализован новый метод измерения коэффициентов прилипания, использующий различную степень рекомбинации ионизационных зарядов от однозарядных (3Не/х)+, (4Не/./,)+ и двухзарядных (3Не)++ и (4Не)++ продуктов синтеза в ионизационной камере в условиях высокого давления (Р~100 атм). Благодаря разной степени рекомбинации наблюдаемые энергии частиц также различаются, что даёт возможность прямого подсчёта событий с прилипанием.

Благодарности

Прежде всего благодарю профессора А.А.Воробьёва, инициировавшего направление мюонногот катализа в ПИЯФ и постоянно направляющего деятельность всего нашего коллектива, вникающего во все детали работы и всемерно ее поддерживающего, за руководство этой работой и постоянное внимание; Г.Г.Семенчука и Е.М.Маева, в тесном взаимодействии с которыми эта работа была выполнена, организовавших проектирование экспериментальных установок, экспериментальную работу и обработку данных; Н.И.Воропаева за тщательное и кропотливое внимание к обработке данных, внесшего много интересных приемов и идей, Г.Б.Петрова и Б.Л.Горшкова за конструирование электронных систем регистрации сигналов ИК и научение тому, как они функционируют и как с ними работать,

A.В.Ханзадеева за ценные обсуждения работы ионизационной камеры,

B.С.Дубограя, А.Еремеева и А.М.Переверзева за конструкторскую, электротехническую и механо-еборочные работы, сотрудников Ускорительного отдела за обеспечение мюонного пучка, д-ра Клода Петижана (PSI), организовавшего работу международной коллаборации для изучения мюонного катализа, в которой мне довелось работать, д-ра И.Хартмана, профессора Г.Даниэля и профессора Т.фон Эгиди (TUM), предоставивших возможность посещать Технический Университет Мюнхена и PSI для работы в MCF-коллаборации,

Виталия Батурина, Тома Кейса, Кегана Лоу, Питера Каммеля за ценнейшее сотрудничество в совместной работе, наших коллег из ОИЯИ В.В.Фильченкова, Д.Л.Дёмина и покойного В.Г.Зинова за постоянный интерес к нашим экспериментам и конструктивную и доброжелательную критику, коллег из Курчатовского Института М.П.Файфмана, Л.И.Пономарёва и Л.Н.Богданову (ИТЭФ) за регулярные обсуждения полученных результатов и применение их в своей работе, а так же ещё раз Н.И.Воропаева, Е.М.Маева и Г.Г.Семенчука за внимательное прочтение данной работы и высказанные замечания и поправки.

1. C.Frank, Hypothetical alternative energy sources for the "second meson" events, Nature 160 (1947) 525-527. C.Frank, An outline of the history of cold fusions, Muon Cat. Fusion 5 (1990) Opening Address.

2. A.Д.Сахаров, Пассивные мезоны, Отчёт ФИАН, М.1948, Muon Cat. Fusion 4 (1989) 235-240.

3. Я.Б.Зельдович, Реакции, вызываемые /i-мезонами в водороде, Доклады АН СССР 95 (1954) 493-496.

4. Alvarez, H.Bradner, F.S.Crawford Jr., J.A.Crawford et al, Catalysis of nuclear reaction by /х-mesons, Phys. Rev. 105 (1957) 1127-1128. Я.Б.Зельдович, О возможной эффективности мезонного катализа ядерных реакций, ЖЭТФ 33 (1957) 310-311.

5. Я.Б.Зельдович, С.С.Герштейн, Ядерные реакции в холодном водороде, УФН 71 (1960) 581-630.

6. J.D.Jackson, Catalysis of nuclear reactions between hydrogen isotopes by fi- mesons, Phys. Rev. 106 (1957) 330-339.

7. S.S.Gerstein, L.I.Ponomarev, fi~ meson catalysis of nuclear fusion in a mixture of deuterium and tritium, TH-2393-CERN (1977); Препринт ОИЯИ P4-10936, Дубна 1977, 8c.; Phys. Lett. 72B (1977) 80-82.

8. B.П.Джелепов, П.Ф.Ермолов, Ю.В.Катышев, В.И.Москалёв,

9. B.П.Фильченков, М.Фримл, Катализ отрицательными мезонами ядерных реакций d+d->3He+n, ЖЭТФ 46 (1964) 2042-2045.

10. S. Е. Jones, А. N. Anderson, A. J. Caffrey, С. DeW. Van Siclen, К. D. Watts et al, Observation of unexpected density effects in muon-catalyzed d-t fusion Phys. Rev. Lett. 56 (1986) 588-591.

11. C.Petitjean, P.Ackerbauer, W.H.Breunlich. M.Cargnelli et al, New experimental results on muon catalyzed dt fusion, Muon Cat. Fusion 2 (1988) 37-52.

12. D.V.Balin, E.M.Maev, G.G.Semenchuk, A.A.Vorobyov et al. Experimental investigation of the muon catalyzed dd-fusion, Phys. Lett. 141B (1984) 173-176.

13. L.N.Bogdanova, V.E.Markushin, V.S.Melezhik, L.I.Ponomarev, Muon sticking to helium in the muon catalyzed fusion ddfi —> //3He+n. Phys. Lett. В 161 (1985) 1-4.

14. Л.И.Меньшиков, Л.И.Пономарев, Зависимость коэффициента прилипания мюонов к гелию в реакциях мюонного катализа dtfi —» //Не+п и ddfi —> fi3Не+n от плотности смеси D2+T2, Письма в ЖЭТФ 41 (1985) 511-514.

15. Л.И.Меньшиков, Л.И.Пономарев, И.В.Пузынин, Т.П.Пузынина, Т.А.Стриж, М.П.Файфман, Уровни энергии мезомолекулярных комплексов изотопов водорода, Препринт ОИЯИ Р4-85-555, Дубна, (1985), 14 с.

16. The Energy Levels of Hydrogen Isotopes Mesic Molecular Complexes, Z.Phys. D, Atoms, Molecules and Clusters 2 (1986) 79 85.

17. J.H.Doede, Muon reactions in liquid hydrogen and liquid deuterium, Phys. Rev. 132 (1963) 1782-1799.

18. С.С.Герштейн, Ю.В.Петров, Л.И.Пономарев и др., Кинетика процессов мюонного катализа в смеси дейтерия и трития, ЖЭТФ 78 (1980) 2099-2111.

19. L.I.Ponomarev, Muon catalyzed fusion, Contemporary Physics 31 (1991) 219-245.

20. W.H.Breunlich, M.Cargnelli, P.Kammel, J.Marton et al, Recent results of ^CF experiments at SIN, Muon Cat. Fusion 1 (1987) 67-88.

21. K. Nagamine, M.Kamimura, Muon Catalyzed Fusion: Interplay Between Nuclear and Atomic Physics, Advances in Nuclear Physics vol. 24, Ed. J.W.Negele and Erich Vogt, Springer 1998, p.151-206.

22. С.С.Герштейн, Ю.В.Петров, Л.И.Пономарёв, Мюонный катализ и ядерный бридинг, УФН 160 (1990) 3-46.

23. L.N.Bogdanova, V.E.Markushin, V.S.Melezhik, L.I.Ponomarev, The nuclear fusion in the muonic molecule ddfi and the charge symmetry violation in the low energy dd interaction, Phys.Lett. В 115 (1982) 171173, Phys.Lett. B167 (1986) 485-486(E).

24. M.P.Faifman, L.I.Menshikov, T.A.Strizh, Calculation of the mesic molecular resonant formation rates, Muon Cat. Fusion 4 (1989) 1-30.

25. Я.Б.Зельдович, С.С.Герштейн, Ядерные реакции в холодном водороде, УФН 71 (1960) 581-630.

26. J.G.Fetkovich, T.H.Fields, G.B.Jodh, M.Derrick, Formation of mu-mesonic molecules in H-D mixtures, Phys. Rev. Lett. 4 (1960) 570-572.

27. Э.А.Весман, Об одном механизме образования молекулярного иона мезодейтерия, Письма в ЖЭТФ 5 (1967) 113-115.

28. А.В.Матвеенко, Л.И.Пономарёв, Медленные столкновения в системе трёх тел, взаимодействующих по закону Кулона, ЖЭТФ 58 (1970) 1640-1645

29. С.И.Виницкий, Л.И.Пономарёв и др., Резонансное образование /i-мезомолекул водорода, ЖЭТФ 74 (1978) 849-861.

30. В.М.Быстрицкий, В.П.Джелепов, В.Г.Зинов, В.В.Фильченков и др., Резонансная зависимость скорости образования мезомолекул ddfi в газообразном дейтерии, ЖЭТФ 76 (1979) 460-469.

31. Ю.В.Петров, Ю.М.Шабельский, Оценка затрат энергии на рождение тг-мезонов нуклонами на лёгких ядрах, ЯФ 30 (1979) 129-135.

32. Ю.В.Петров, Концептуальная схема гибридного мезокаталитическо-го реактора синтеза, Атомная Энергия 63 (1987) 333-341; Muon Cat. Fusion 1 (1987) 351-374.

33. G.Ya.Korenman, Mechanism and kinetics of exotic atom formation in hydrogen and helium, Hyp. Interactions, 101/102 (1996) 81-89.

34. G.A.Fesenko, G.Ya.Korenman, New results in the theory of muonic atom formation in molecular hydrogen, Hyp. Interactions, 101/102 (1996) 9196.

35. V.E.Markushin, Sticking and stripping in the muon catalyzed fusion, Muon Cat. Fusion 3 (1988) 395-420.

36. J.S.Cohen, Stripping and X-ray production in muon catalyzed d-d and d-t fusion, Muon Cat. Fusion 3 (1988) 421-438.

37. J.S.Cohen, Theoretical status of muonic-helium kinetics in muon catalyzed dd and dt fusion, RIKEN Review 20 (1999) 8-11.

38. V.Melezhik, Recent Progress in Treatment of Sticking and Stripping with Time-Dependent Approach Hyp. Int. 138 (2001) 351-354.

39. M.Leon, H.A.Bethe, Negative Meson Absorption in Liquid Hydrogen, Phys.Rev. 127 (1962) 636-647.

40. W.K.H.Panofsky, L.Aamodt, H.F.York, The Gamma-Ray Spectrum from the Absorption of 7r-Mesons in Hydrogen, Phys. Rev. 78 (1950) 825-826.

41. J.F.Crawford, M.Daum, R.Frosch, B.Jost et al, Precision measurement of the pion mass difference m,T- — Phys. Rev. D 43 (1991) 46-58.

42. Л.И.Пономарёв, Е.А.Соловьёв, Ускорение р7г-атомов в процессе каскадного кулоновского девозбуждения, Письма ЖЭТФ 64 (1996) 129133.

43. V.E.Markushin, Cascade in muonic and pionic atoms with Z=l, Hyperfine Int. 119 (1999) 11-21.

44. L.I.Ponomarev, E.A.Soloviev, Charge exchange and Coulomb deexcitation of muonic atoms in low energy collisions, Hyp. Int. 119 (1999) 55-62.

45. J.Schottmuller, A.Badertscher, V.Daum,P.F.A.Goudsmit et al, Kinetic energy of 7r~p-atoms in liquid and gaseous hydrogen, Hyp. Int. 119 (1999) 95-102.

46. V.E.Markushin, Atomic cascade in muonic hydrogen and the problem of kinetic-energy didtribution in the ground state, Phys. Rev. A 50 (1994) 1137-1143.

47. Л.И.Меньшиков, Каскадные переходы в адронных атомах водорода, ЯФ 63 (2000) 920-928.

48. D.Bakalov, Relativistic effects in mesic molecules, Muon Cat. Fusion 3 (1988) 321-334.

49. P.Kammel, Thermalization effects in muon-catalyzed fusion in low-density deuterium-tritium gas, Lett, al Nuovo Cim. 43 (1985) 349-354.

50. J.S.Cohen, M.Leon, New mechanism for resonant скЬц formation and epithermal effects in muon-catalyzed fusion, Phys. Rev. Lett. 55 (1985) 52-55.

51. Yu.V.Petrov, V.Yu.Petrov, H.H.Schmidt, Mesomolecule formation in t/j,+ HD(Do) reactions, Phys. Lett. В 331 (1994) 266-270.

52. Е.А.Соловьёв, Квазирезонансная перезарядка мезоатома с изотопическим дефектом резонанса, ЯФ 43 (1986) 775-776.

53. D.V.Balin, A.I.Ilyin, E.M.Maev,.,G.G.Semenchuk, A.A.Vorobyov et al, The experimental investigation of muon catalyzed dd—and dt-fusion processes, Muon Cat.Fusion 1 (1987) 127-135.

54. Д.В.Балин, А.А.Воробьев, Г.Г.Семенчук и др., Измерение скорости перезарядки мезоатомов дейтерия на тритии, ЖЭТФ 92 (1987) 15431549.

55. Л.И.Пономарёв, М.П.Файфман, Вычисление скоростей образования /г-мезомолекул водорода, ЖЭТФ 71 (1976) 1689-1699.

56. M.P.Faifman, Nonresonant formation of hydrogen isotope mesic molecules, Muon Cat.Pusion 4 (1989) 341-350.

57. С.И.Виницкий, В.С.Мележик, Л.И.Пономарев и др. Вычисление уровней энергии ^-мезомолекул изотопов водорода в адиабатическом представлении задачи трёх тел. ЖЭТФ 79 (1980) 698-712.

58. С.И.Виницкий, Л.И.Пономарёв, Адиабатическое представление в задаче трёх тел с кулоновским взаимодействием. ЭЧАЯ 13 (1982) 13361418.

59. V.I.Korobov, Energetical structure of muonic molecular ions ddp and dt/i, Hyp.Interact. 101/102 (1996) 307-318.

60. D.Bakalov, V.I.Korobov, Muonic molecules: beyond the Coulomb model, Hyp. Interact. 138 (2001) 265-270.

61. L.I.Menshikov, L.I.Ponomarev, Quasiresonant formation of dtp and ddp mesic molecules in triple collisions. Phys. Lett. В 167 (1986) 141-144.

62. G.Assing, D.Bakalov, H.J.Monkhorst, Relativistic and quantum electrodynamics corrections to the binding energies of the (J=l,^=l) states of ddp and dtp molecules, Phys.Rev. A42 (1990) 116-126.

63. M.P.Faifman and L.I.Ponomarev, Resonant formation of dtp mesic molecules in the triple H2 + D2 + T2 mixture. Phys. Lett. В 265 (1991) 201-206.

64. V.V.Kuzminov, Yu.V.Petrov, V.Yu.Petrov, Resonant formation of ddp molecular ions, Hyp. Int. 101/102 (1996) 197-205.

65. N.I.Voropaev, D.V.Balin, E.M.Maev, G.E.Petrov, G.N.Shapkin, G.G.Semenchuk, A.A.Vorobyov, W.H.Breunlich, T.Case et al, fiCF experiments in Di and HD gases final results. Preprint PNPI 2444, Gatchina 2001, 55p.; Hyp.Int. 118 (1999) 141-146.

66. N.I.Voropaev, D.V.Balin, V.A.Ganzha, S.M.Kozlov, E.M.Maev, G.E.Petrov et al, "High Precision Study of Muon Catalyzed Fusion in D2 and HD Gases Preprint PNPI-2729, Gatchina-2007, 88p.

67. L.I.Ponomarev, Review of the ^CF Theory after EXAT-98, Hyperfine Interactions 138 (2001) 15-23.

68. Л.Н.Богданова, В.Е.Маркушин, В.С.Мележик, Л.И.Пономарёв, Ядерная реакция синтеза в мезомолекуле dtfi, ЯФ 34 (1981) 11911206.

69. С.С.Герштейн, Ю.В.Петров, Л.И.Пономарев, Н.П.Попов, Л.П.Пресняков, Л.Н.Сомов, Вероятность стряхивания ^"-мезонов при торможении мезоатомов (/Ше)+ в веществе. ЖЭТФ 80 (1981) 1690-1699.

70. А.Б.Мигдал, Качественные методы в квантовой теории, М. Наука 1975, 336с.

71. L.N.Bogdanova, L. Bracci, G.Fiorentini, S.S.Gershtein, V.E. Markushin, V.S. Melezhik, L.I. Menshikov, L.I. Ponomarev, The probability of muon sticking to helium in the muon catalyzed fusion dtfi —» //He+n. Nucl. Phys. A454 (1986) 653-668.

72. Л.Н.Богданова, В.Е.Маркушин, В.С.Мележик, Л.И.Пономарёв, Время жизни мезомолекулы dtfi, ЖЭТФ 83 (1982) 1615-1622.

73. J. L.Friar, В. F. Gibson, Н. С. Jean, G. L. Payne, Nuclear transition rates in /л-catalyzed p-d fusion, Phys.Rev.Lett. 66 (1991) 1827-1830.

74. C.Petitjean, G.G.Semenchuk, A.A.Vorobyov et al. Direct measurement of dt-sticking. Proc. Int. Workshop LEMS-93, Los-Alamos-12696-С (1994).

75. Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 261-275.

76. L.N.Bogdanova, V.E.Markushin, Nuclear fusion reactions in pdfi mesic molecules and kinetics of muoncatalysis in hydrogen-deuterium mixtures, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 189-197.

77. N.Bogdanova, Nuclear fusion in hydrogen isotopes mesic molecules, Muon Cat. Fusion 3 (1988) 359-376.

78. P.Baumann, H.Daniel, T.von Egidy, S.Grunewld et al, Spin-flip processes in the tji system observed via muon-catalyzed fusion, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 87-92.

79. M.Kamimura, AIP Conf. Proc. 181 (1989) 330.

80. J.S.Cohen, G. M. Hale, Chi-Yu Hu, Calculation of sticking using the R-matrix method with the Bloch operator, Hyperfine Interactions 101/102 (1996) 349-358.

81. C.Y.Hu, G.M.Hale, J.S.Cohen, Variational calculation for the dtfi molecule including nuclear effects on sticking by means of the Bloch operator, Phys.Rev. A49 (1994) 4481-4488.

82. K.Ishida, K.Nagamine, T.Matsuzaki, N.Kawamura, S.Nakamura et al, Review of Measurements of Fusion Neutrons and X-Rays in Muon Catalyzed d-t Fusion at RIKEN-RAL Details of the Detection System Hyp.Int. 138(2001) 225-234.

83. J.S.Cohen, Kinetics of muonic helium in muon-catalyzed d-d and d-t fusion, Phys. Rev. Lett. 58 (1987) 1407-1410.

84. M.C.Struensee, J.S.Cohen, Stark mixing of the muonic helium. I. Collisions with hydrogen atoms, Phys.Rev. A38 (1988) 44-52. L.Bracci, G.Fiorentini, R.Trippicone, Bounds on long-range hadronic interactions, Nucl.Phys. B217 (1983) 215-247.

85. Bracci, G.Fiorentini, Some aspects of the muon catalysis of d-t fusion, Nucl. Phys. A364 (1981) 383-407.

86. K.Nagamine, M.Kamimura et al, Implications of the recent dt-MCF experiments, Hyp. Int. 119 (1999) 273-280.

87. V.V.Gusev, A.A.Kvintsinsky, V.E.Markushin, L.I.Ponomarev, Calculation of the probabilities of the muon sticking to helium in the muon catalyzed fusion dtfi —> fiHe+n in the adiabatic hyperspherical approach, Muon Cat. Fusion 4 (1989) 155-168.

88. H.Takahashi, Effect of 2S and 2P states stark mixing for muon reactivation and x-ray intensities following the muon catalyzed fusion, Muon Cat. Fusion 3 (1988) 453-458.

89. H. E. Rafelski, B. Mueller, D. Trautmann et al, Muon Reactivation in Muon Catalyzed D-T Fusion, Progress in Particle and Nuclear Physics, 22 (1989) 279-338.

90. C.D.Stodden, H.J.Monkhorst, K.Szalewicz, T.G.Winter, Muon reactivation in muon-catalyzed d-t fusion from accurate p-He+ stripping and excitation cross sections, Phys.Rev. A41(1990) 1281-1292.

91. Frolov A.M., Bound-state properties and muon sticking probabilities for the S(L=0)-states in non-symmetric muonic molecular ions, J. Phys. В 34 (2001) 3813-3828.

92. M.R.Pahlavani, S.M.Motevalli, The probability of muon sticking and X-ray yields in the muon catalyzed fusion cycle in a deuterium and tritium mixture, Acta Phys. Polon. В 39 (2008) 683-694.

93. S.E.Haywood, H.J.Monkhorst, S.Alexander, Sticking fractions of tdfi and ddfi using random-tempered basis sets, Phys.Rev. A 43 (1991) 58475852.

94. Bystritsky V.M., Dzhelepov V.P., Zinov V.G., Filchenkov V.V. et al. Measurement of the temperature dependence of the ddfi-molecule formation rate in gaseous deuterium at pressures of 1.5 and 0.4 kbar. Muon Cat. Fusion 5/6 (1990) 141-147.

95. V.R.Bom, A.M.Demin, D.L.Demin, C.W.E.van Eijk, M.P.Faifman, V.V.Filchenkov et al, Experimental investigation of muon-catalyzed d-t fusion in wide ranges of D/T mixture conditions, ЖЭТФ 127 (2005) 752-779, JETP 100 (2005) 663-687.

96. S.E.Jones, A.N.Anderson, A.J.Caffrey, J.B.Walter, K.D.Watts et al, Experimental investigation of of muon catalyzed d-t fusion, Phys.Rev.Lett. 51 (1983) 1757-1760.

97. J.S.Cohen, Stripping of /jt from a/j, after muon-catalyzed fusion: Effect of target structure, Phys. Rev. A 35 (1987) 1419-1422.

98. M.Jandel, P. Froelich, G. Larson, C. D. Stodden, Reactivation of a/j, in muon-catalyzed fusion under plasma conditions, Phys. Rev. A 40 (1989) 2799-2802.

99. K.Nagamine, Review of Muon Catalyzed Fusion Experiments, Activities after EXAT98 and Future Perspectives Hyp. Int. 138 (2001) 5-13.

100. H.H.Andersen, J.F.Ziegler, Hydrogen stopping power and ranges in all elements, Pergamon, NY 1977.

101. T.Case, A direct measurementof the final sticking probability in muon catalyzed deuterium-tritium fusion and associated neutron-detection measurements, Ph.D. Dissertation, University of California, Berkeley 1993.

102. V.E.Markushin, E.I.Afanasieva, T.Case, K.Lou, C.Petitjean, Epithermal effects in muon catalyzed fusion in H/D/T mixtures at low deuterium and tritium concentrations, Hyp.Int. 82 (1993) 373-389, Preprint PSI-PR-91-21, Muon Cat.Fusion 7 (1992) 155.

103. C.Petitjean, W.H.Breunlich, M.Cargnelli, P.Kammel et al, Sticking in muon catalyzed d — t fusion, Muon Cat. Fusion 1 (1987) 89-107.

104. W.H.Breunlich, P.Kammel, J.S.Kohen, M.Leon, Muon-catalyzed fusion, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 39 (1989) 311-356.

105. V.V.Filchenkov, Neutron detection method in the study of the muon catalyzed process, ЭЧАЯ 34 (2003) 1062-1079.

106. F.J.Hartmann, P.Baumann, H.Daniel, S.Grunewald et al, The observation of quantum radiation as a tool for investigation of muon catalyzed fusion, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 277-287.

107. F.J.Hartmann, H.Bossy, H.Daniel, T.von Egidy et al, Measurement of gamma rays and muonic X rays in muon catalyzed fusion, Muon Cat. Fusion 2 (1988) 53-62.

108. M.C.Fujiwara, J.M.Bailey, G.A.Beer, et al, Measuring sticking and stripping in muon catalyzed dt fusion with multilayer thin films, Hyp.Int. 101/102 (1996) 613-621.

109. M.C.Fujiwara, P.Kammel, A new way to measure sticking, Workshop on physics at first muon collider, november 1997.

110. C.J.L.Henderson, F.D.Brooks, W.A.Cilliers, Techniques for measuring initial sticking in d-t fusion, Hyp. Int. 82 (1993) 327-335.

111. M.C.Fujiwara, A.Adamczak, J.M.Bailey, G.A.Beer et al, Time-of-flight spectroscopy of muonic tritium, Hyp.Int. 118 (1999) 151-157.

112. T.M.Huber, J.Zmeskal et al, Time-of-flight studies of emission of pt from frozen hydrogen films, Hyp.Int. 118 (1999) 159-161.

113. M.C.Fujiwara, A.Adamczak, J.M.Bailey et al, Using thin film targets for muonic atoms and muon catalyzed fusion studies, arXiv:hep-ex/0009005vl 3sep2000, 1-8.

114. B.Alper, A.N.Anderson, A.Bertin, V.R.Bom, M.Bruschi et al, A novel method to determine the initial sticking in d-t fusion, Proc. MCF-89, Oxford, Rep. RAL-90-022 (1990) 13-18.

115. J.D.Davies, J.B.A.England, G.J.Pyle, G.T.A.Squier, F.D.Brooks, et al, A Direct Measurement of the Alpha-Muon Sticking Coefficient in Muon-Catalysed d-t Fusion, J. Phys. (London) G16 (1990) 1529-1537.

116. O.Bunemann, T.E.Cranshaw, J.A.Harvey, Design of grid ionization chambers, Canadian Journal of Research A27 (1949) 191-206.

117. A.A.Vorobyov, A.S.Denisov, Yu.K.Zalite, G.A.Korolev et al, Elastic pp-scattering in the coulomb interference region in the momentum range 1.1 to 1.7 GeV/c, Phys. Lett. В 41 (1972) 639-641.

118. Г.Месси, Отрицательные ионы, М. "Мир" 1979, 754с, стр.277-284.

119. А.А.Воробьёв, В.А.Королёв, Метод измерения коэффициента прозрачности сетки в импульсной ионизационной камере, ПТЭ 2 (1961) 78-80.

120. Л.Лёб, Основные процессы электрических разрядов в газах, М-Л. 1950, 672с.

121. J.J.Lowke, The drift velocity of electrons in Hydrogen and Nitrogen, Ausral. Journ. Phys. 16 (1963) 115-135.

122. R.Gruenberg, Messungen der Electronenbeweglichkeit bei hohen Gasdrucken in Ar, He, N2 and H2, Z.s. fuer Naturforschung 23A (1968) 1994-2001.

123. Л.Хаксли, Р.Кромптон, Диффузия и дрейф электронов в газах, М."Мир" 1977.

124. Р Ackerbauer, D.V Balin, V.M Baturin, G.A Beer,., E.M Maev,., G.G Semenchuk,., A.A Vorobyov, N.I. Voropaev et al, A precision measurement of nuclear muon capture on 3He, Phys. Letters В 417 (1998)224-232.

125. G.H.Stafford, A High-Pressure Hydrogen-filled Ionization Chamber, Nature 162 (1948) 771-772.

126. T.J.Chapin, R.L.Cool, K.Goulianos, J.P.Silverman, J.R.Snow, H.Sticker, S.N.White, Development and performance of a high pressure hydrogen time projection chamber, NIM 197 (1982) 305-315.

127. T.J.Chapin, R.L.Cool, K.Goulianos, K.Jenkins, J.P.Silverman, J.R.Snow, H.Sticker, S.N.White, Performance of a high pressure hydrogen TPC, NIM 225 (1984) 550-556.

128. D'Ans Lax, Maschenbuch fuer Chemiker und Physiker, Band 1, s. 1-847, Springer Verlag 1967.

129. Ю.А.Батусов, Р.А.Эрамжян, Испускание заряженных частиц при захвате мюонов атомными ядрами, ЭЧАЯ 8 (1977) 230-254.

130. М.П.Баландин, В.М.Гребенюк, В.Г.Зинов, Т.Козловский, А.Д.Кони, Энергетические спектры и асимметрия вылета заряженных частиц при захвате отрицательных мезонов ядрами. ЯФ 28 (1978) 9-21.

131. А.А.Марков, В.И.Медведев, Г.Л.Соколов, Н.Н.Чернов, Количественный анализ стабильных изотопов и ядерно-магнитных изомеров водорода методом газовой хроматографии, Препринт ЛИЯФ-724, Л.1981, 22 с.

132. A.A.Vorobyov, D.V.Balin, V.N.Baturin, Yu.S.Grigoriev, G.G.Semenchuk et al, Precision measurement of nuclear muon capture by 3He. Hyperfine Interactions 101/102 (1996) 413-421.

133. Technical Manual DL401 Flash-ADC, Baeckerbarg 6, D-2000 Tangstedt/Hamburg.

134. Balin D.V., Semenchuk G.G., Vorobyov A.A. et al. Investigation of the temperature dependence of MCF parameters in deuterium. Muon Cat.Fusion 5/6 (1990/91) 163-177.

135. A.Placci, E.Zavattini, A.Bertin, A.Vitale, Transfer rates of negative muons from Deuterium mesoatoms to Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon and Nitrogen atoms,

136. Nuovo Cimento 52A (1967) 1274-1286.

137. P. Kammel, W. H. Breunlich, M. Cargnelli, H. G. Mahler, J. Zmeskal, W. H. Bertl, C. Petitjean, First observation of muonic hyperfine effects in pure deuterium, Phys.Rev. A28 (1983) 2611-2622.

138. Н.И.Воропаев, Прецизионное измерение скорости поглощения мюона ядрами 3Не и 4Не. Автореферат канд. дисс., ПИЯФ, Гатчина 1998, 13 с.

139. Н.И.Воропаев, Прецизионное измерение скорости поглощения мюона ядрами 3Не и 4Не. Канд. диссертация, ПИЯФ, Гатчина 1998.

140. Vorobyov А.А., The muon catalyzed fusion experiments at LNPI, Muon Cat. Fusion 2 (1988) 17-36.

141. H.Akbari, G.Alverson, H.Anderhub et al, The L3 vertex detector: design and performance, NIM 315 (1992) 161-169.

142. Г.Н.Величко, А.А.Воробьёв, Г.А.Королёв, Е.М.Маев, Н.К.Терентьев, А.В.Ханзадеев, Исследование зависимости величины полной ионизации в газах от энергии а-частиц при помощи ионизационной камеры. Препринт ЛИЯФ 549, Л. 1980, 19с.

143. U.Fano, Ionization yield of radiations. II. The fluctuations of the number of ions, Phys. Rev. 72 (1947) 26-29.

144. А.Б.Сергиенко, Цифровая обработка сигналов, изд. "Питер", 2003, 603с., стр.380-381.

145. V.N.Baturin, D.V.Balin, E.M.Maev, G.E.Petrov, G.G.Semenchuk, Algorithm for evaluation of parameters of ionization chamber signals from the flash-ADC data, Препринт ЛИЯФ-1700 Л.1991, 18c.

146. R.Aleksan, J.Bouchez, M.Boussicut, T.Desanlis et al, Pulse shape discrimination with a 100 MHz flash ADC system, NIM A273 (1988) 303-309.

147. В.А.Волченков, Г.А.Рябов, Е.М.Маев, Г.Г.Семенчук, В.П.Малеев, Моделирование процесса регистрации продуктов мюонного катализа ядерного синтеза в многоэлектродной ионизационной камере, Препринт ЛИЯФ-1368, Л.1988, 42 с.

148. P.Kammel, P.Ackerbauer, W.H.Breunlich, M.Cargnelli et al, fiCF at low tritium concentrations (kinetics and first ecxperimental resukts), Muon Cat.Fusion 3 (1988) 483-496.

149. M.Jeitler, W.H.Breunlich, M.Cargnelli, P.Kammel, J.Marton et al, Epithermal effects in muon catalyzed dt fusion, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 217-224.

150. M. Jeitler, W. H. Breunlich, M. Cargnelli, P. Kammel et al, Epithermal effects in muon-catalyzed dt fusion: comparison of experimental data with theoretical predictions, Hyp. Int. 82 (1993) 391-406.

151. D.V.Balin, G.G.Semenchuk, A.A.Vorobyov et al, Method for direct measurement of muon sticking probability in скЬц catalysis, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 481-485.

152. D.V.Balin, V.N.Baturin, P.Baumann, W.H.Breunlich, T.Case et al, Direct measurement of sticking in muon catalyzed dt fusion, Proc. LEMS-93 (Int.workshop on Low Energy Muon Science, April 4-8 1993,

153. Santa-Fe,NM,USA), Ed. by M.Leon, LA-12698-C, UC-410, 1994, pp276-284.

154. Балин Д.В., Воробьев А.А., Семенчук Г.Г. и др. Экспериментальный метод исследования мюонного катализа ядерного dd-синтеза, Препринт ЛИЯФ-964, Л. 1984, 54с.;

155. Experimental method for investigation of muon catalyzed dd-fusion. Muon Cat. Fusion 7 (1992) 1-36.

156. Балин Д.В., Воробьев A.A, Воробьев Ан.А., Залите Ю.К., Маев Е.М., Медведев В.И., Семенчук Г.Г., Смирении Ю.В. Исследование мюонного катализа ядерного dd-синтеза в диапазоне давлений 51,6-f-93,0 атмосфер. Письма в ЖЭТФ 40 (1984) 318-320.

157. Балин Д.В., Воробьев A.A., Горшков Б.Л., Маев Е.М., Марков А.А., Семенчук Г.Г. и др., Измерение коэффициента прилипания мюонов в процессе мюонного катализа (id-синтеза, Препринт ЛИЯФ 715, Л.1981, 12 с.

158. V.R.Bom, D.L.Demin, C.W.E.van Eijk, V.V.Filchenkov, N.N.Grafov et al, Measurement of the temperature dependence of the ddfi molecule formation rate in dense deuterium at temperatures 85-790 K, JETP 96 (2003) 457.

159. V.V.Filchenkov, On the determination of the parameters of the MCF reaction d+d, Preprint JINR El-89-57, Dubna 1989.

160. D.I.Abramov, L.N.Bogdanova, V.V.Gusev, L.I.Ponomarev, The local characteristics of the bound states of muonic molecules, Hyp. Int. 101 (1996) 301-306.

161. Frolov A.M., Muon sticking probabilities for the symmetric muonic molecular ions ddfi and ttfi, Phys. Letters A 291 (2001) 274-280.

162. J.S.Cohen, M.Leon, Target dependence of the effective sticking probability in muon-catalyzed d-t fusion, Phys.Rev. A 33 (1986) 1437-1439.

163. H. E. Rafelski, B. Mueller, Density dependent stopping power and muon sticking in muon catalyzed D-T fusion, AIP Conf. Proc., 181 (1988) 355366.

164. C.Petitjean, The fiCF experiments at PSI a conclusive review, Hyperfine Interactions 138 (2001) 191-201.

165. K.Ishida, K.Nagamine, T.Matsuzaki, S.N.Nakamura et aj, Measurement of X-rays from muon to alpha sticking and fusion neutrons in soli/liquid D-T mixtures of high tritium concentration, Hyp.Int. 118(1999) 203-208.

166. S.E.Jones, S.F.Taylor, A.N.Anderson, Evaluation of muon-alpha sticking from liquid, non-equilibrated d-t targets with high tritium fractions, Hyp.Int. 82 (1993) 303-311.

167. S.N.Nakamura, K.Nagamine, T.Matsuzaki, K.Ishidaa et al, The first observation of muon-to-alpha sticking Kp X-rays in muon catalyzed D-T fusion, Phys.Lett. 473 (200) 226-232.

168. H.Takahashi, The effect of multistep excitation on the reactivation and x-ray intensities following the fusion dfid, dfit and pfit, Muon Cat. Fusion 1 (1987) 237-243.

169. K.Nagamine, Ch.ll, Muon-catalyzed fusion (TECF) Nucl. Energy 3B (2005) 555-602.

170. M.A.Paciotti et al, AIP Conf. Proc. 181 (1989) 38.

171. Yu.V.Petrov, E.G.Sakhnovsky, Model calculations for the muon production efficiency. Atomkernenergie Kerntechnik 46 (1985) 25-28.

172. S.I.Kalcheva, V.V.Kuzminov, Yu.V.Petrov, Fuel breeding in a hybrid muon catalyzed fusion reactor, Hyperfine Interactions 82 (1993) 445-458.

173. Балин Д.В., Батурин В.Н., Васильев А.А., Воробьев А.А. и др., Криогенная ионизационная камера для изучения мюонного катализа, Препринт ЛИЯФ-1630, Л. 1990, 24 с.

174. В.А.Трофимов, Электронные средства автоматизации криогенных установок в ядерно-физических экспериментах, канд. дисс. ПИЯФ, Гатчина 2006, 146с.1. Список иллюстраций

175. Схема кинетики мюонного катализа в смеси D/T.37

176. Результаты измерений зависимости времени дрейфа электронов в водороде и дейтерии от напряженности электрического поля и давления газа в ИК. 56

177. Влияние электрон-ионной рекомбинации в дейтерии на величину собираемого ионизационного заряда в ИК. 57

178. Схема экспериментальной установки 1982-1984 гг. для исследования МК в дейтерии. 61

179. Временные диаграммы регистрации сигнала с предусилителя ИК. 66

180. Блок-схема электронной системы обработки информации с

181. ИК, применявшейся в эксперименте в дейтерии в 1982-84 гг. 67

182. Хроматограмма дейтерия в эксперименте 1982 г. 72

183. Схема экспериментальной установки 1994-96 гг.75

184. Сегментированный анод ИК и сигналы, оцифрованные Flash-ADC. 76

185. Энергетические распределения первых сигналов (от мюонов). 80

186. Двумерное распределение первых сигналов по энергиям импульсов на входном (А) и центральном (В) анодах ИК. . 81

187. Временное распределение первых сигналов с анода В. . 82

188. Временная корреляция первых сигналов на анодах А и В. . 83

189. Диаграммы временных корреляций импульсов на соседних анодах ИК в зависимости от ориентаций треков частий. . 84

190. Временная корреляция первых сигналов на анодах В и С. . 85

191. Энергетический спектр первых синтезов на центральном электроде В. 86

192. Схема процессов, происходящих при остановке отрицательных мюонов в дейтерии. 89

193. Временное распределение первых синтезов. 90

194. Энергетическое распределение первых сигналов синтеза. . . 95

195. Энергетическое распределение первых синтезов 1981 г. . 98

196. Временное распределение мюонных сигналов на В-анодахостановки мюона относительно триггерного сигнала.100

197. Распределение мюонных сигналов по переменной 8=Е;+2Е;1.101

198. Энергетический спектр синтезов в газе Do.102

199. Левая часть энергетического спектра синтезов в дейтериипри Т=300 К и </?=0,0837. 105

200. Схема кинетики МК в смеси D2/HD/H2.106

201. Калибровка ионизационного заряда, собираемого в ИК. . . . 113

202. Схема экспериментальной установки для изучения реакцииdtfi.115

203. Вид в разрезе и конструкция ИК для работы с тритиевым наполнением.116

204. Пример сглаживания для события с мюоном и (it-синтезом. 122

205. Схема алгоритма распознавания импульсов в данных Flash-ADC.125

206. Оцифрованный и сглаженный импульсный сигнал и его производные.-.128

207. Спектры энергий и длительностей реконструированных тестовых импульсов .132

208. Наблюдение сЦц-синтезов в ИК с помощью Flash-ADC. . . . 133

209. Схема мезомолекулярных процессов в тройной смеси H/D/T. 135

210. Энергетический спектр событий синтезов в ИК.137

211. Энергетический спектр синтезов в ИК, полученный численным моделированием.138

212. Энергетические спектры событий синтеза на семи внутренних анодах ИК, данные 1989 г.141510 энергетическое и временные распределения событий синтеза вИК.144

213. Времени'ые спектры нейтронов dt-синтеза.147

214. Аналитические функции для описания компонент спектра синтезов.148

215. Данные, полученные в 1992 г.149

216. Спектр энергий продуктов синтеза в измерении 1992 г. анализ ПИЯФ.151

217. Корреляции энергии и длительности сигналов первых синтезов в ИК, данные 1992 г.153

218. Энергетические спектры синтезов с 7 внутренних анодов исо всех 19 анодов.155

219. Анализ иjjt методом "выжившего мюона".158

220. Корреляция конечного прилипания и вероятности реактивации.160

221. События со стряхиванием в спектре dd-синтезов с "выжившим мюоном".162

222. Рекомбинация зарядов и реактивация мюонов в ddp-синтезах. 163

223. Зависимость коэффициента прилипания ш^й в реакции ddpи экспериментальные данные.166

224. Экспериментальные результаты по им, полученные до 1989 г. 170

225. Экспериментальные результаты по полученные с 1992по 2005 гг.171х 199