Методическое обеспечение экспериментов по изучению несохранения пространственной четности в ядерных реакциях с поляризованными нейтронами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им. Б.П. КОНСТАНТИНОВА

УДК 539.107+53.088.7 На правах рукописи

Шульгина Екатерина Владимировна

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ИЗУЧЕНИЮ НЕСОХРАНЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЧЕТНОСТИ В ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЯХ С ПОЛЯРИЗОВАННЫМИ

НЕЙТРОНАМИ

01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата

Работа выполнена в Отделении нейтронных исследований Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук В.А. Весна. Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Е.П. Григорьев,

кандидат физико-математических наук В.П. Хомутников.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

политехнический университет.

Защита диссертации состоится "_"_2005 г. в_

часов на заседании диссертационного совета Д 002.115.01 при Петербургском институте ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН по адресу: 188300, Ленинградская обл., Гатчина, Орлова роща.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ПИЯФ РАН. Автореферат разослан "_"_2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.А. Митропольский

гоое>-4

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Наряду с хорошо юученными на сегодня сильным и электромагнитным взаимодействиями, существует слабое взаимодействие, которое изучено гораздо хуже из-за того, что вероятность слабых процессов на много порядков меньше вероятности сильных и электромагнитных. Согласно электрослабой теории, слабые взаимодействия заряженных токов обусловлены обменом >У-бозонами, а нейтральных токов - г-бозонами. Эти бозоны обнаружены в экспериментах в ЦЕРНе. Эффективная константа взаимодействия для нейтральных и заряженных токов одна и та же. Заряженный ток обнаружен в протон-протонном рассеянии. Нейтральный ток обнаружен в лептон(нуклон)-лептонном взаимодействии.

В нуклон-нуклонном взаимодействии константа нейтрального тока экспериментально не определена, хотя имеется много случаев наблюдения Р-нечетных эффектов в ядрах с большим атомным весом, за которые ответственно слабое взаимодействие. Это связано с невозможностью расчета Р-нечетных эффектов в системе с большим числом нуклонов в терминах констант слабых нейтрального и заряженного токов.

Системами, в которых возможен расчет с применением кластерных моделей, являются сверхлегкие ядра, например, 10В. Но в ядерных реакциях с участием этих ядер Р-нечетные эффекты не усилены, в отличие от ядер с большим числом нуклонов. Величина Р-нечетных эффектов в легких ядрах лежит на уровне 10"7 - 10"8.

Исследование малых Р-нечетных эффектов было бы невозможно без применения интегральной методики регистрации событий. Интегральный метод регистрации был предложен В.М. Лобашевым и впервые реализован при измерении циркулярной поляризации у-квантов в распаде 175Ьи.

Большая часть экспериментов проделана на атомных реакторах.

Для наблюдения эффектов интегральным способом используется метод выделения полезного сигнала, основанный на измерении среднего значения процесса при разных знаках эффекта. Накопление сигнала происходит в интеграторе, и сигнал через определенное время, ~ 1-2 секунды, считывается в память ЭВМ. Вариант метода с интеграторами впервые был использован при изучении Р-нёчетной циркулярной поляризации у-квантов при распаде 18 Та и 175Ьи.

Относительные флуктуации мощности реактора (ФМР) лежат на уровне ~ 10"3, что на порядок и больше превосходит относительные статистические флуктуации нейтронного потока. Для успешного проведения эксперимента необходимо проводить компенсацию ФМР для получения минимальной статистической погрешности измерений.

Одной из возможностей уменыпенця__влияния нейтронного шума реактора является применение монитора, г.е.осипнаца Лй/бЯВНЗДР^ которого

ч библиотека с« о»

пропорциональна мощности реактора. Коэффициент усиления мониторною канала выбирается так, чтобы выровнять сигнал монитора М и основной сигнал С по амплитуде. Тогда вычитание сигнала М из сигнала С приведет к тому, что синхронная часть сигнала, обусловленная ФМР, уменьшается практически до нуля. Это означает, что для того, чтобы сильно не увеличивать погрешность измерений, сигнал монитора должен образовываться из большего числа частиц, чтобы относительная дисперсия сигнала монитора й(М) была много меньше относительной дисперсии О(С). Таким способом проводилась компенсация ФМР в первом эксперименте по поиску несохранения четности в реакции (и, р) —» (й?, у) .

Монитор регистрировал поток у-квантов меньший, чем основной канал, что сказалось на увеличении погрешности измерений.

Существует другая возможность компенсаций ФМР с применением двух детекторов. Для этого создаются такие физические условия, при которых оба детектора регистрируют один и тот же процесс, но знак эффекта в этих детекторах разный. Тогда вычитание одного сигнала из другого не приводит к увеличению погрешности, и геометрически наблюдается симметрия относительно флуктуаций в обоих детекторах. Происходит вычитание синфазных составляющих сигналов (ФМР). Полезные сигналы (исследуемый эффект) при этом должны складываться. Подобный метод был применен впервые при изучении Р-нечетной асимметрии у-квантов в реакции (и, р) —> (с1, у) . Эксперимент проводился

с двумя детекторами у-квантов и двумя поляриметрами, намагниченными в противоположных направлениях, для создания схемы вычитания эффектов разных знаков. Компенсация ФМР проводилась при вычитании сигналов двух детекторов на дифференциальном усилителе, при подстройке усиления одного из сигналов для получения минимального коэффициента корреляции между разностью и суммой входных сигналов. Сигнал с выхода дифференциального усилителя подавался на аналоговый интегратор и считывался с него каждую секунду в память ЭВМ.

В описанных выше работах для переключения знака эффекта было необходимо переключать систему анализа поляризации у-квантов -поляриметр.

Эта система компенсации ФМР являлась наиболее совершенной на тот момент. Единственный ее недостаток состоял в том, что система компенсации была очень медленной и в состояние "скомпенсированности" выходила через время ~ 30 минут. Система работала на сборке поляриметров и детекторов, которая практически не изменялась, и, однажды скомпенсировав ФМР, можно было работать длительное время при полученных параметрах компенсации.

«м <*>?

Для измерений Р-нечетной асимметрии в реакции ядер с поляризованными нейтронами, когда экспериментатор в течение короткого времени мог изменить геометрию эксперимента либо поменять исследуемую мишень, такая система компенсации приводила к большим потерям времени. Кроме того, сигналы каналов могли отличаться друг от друга на величину 20-30%, и для предварительного выравнивания сигналов приходилось использовать делители напряжения. Необходимо было создать методику измерений и установку для изучения Р-нечетных эффектов, свободную от этих недостатков, что и было выполнено в представляемой работе.

Существует ряд физических эффектов, таких как Р-нечетные в полном и радиационном сечениях, где применение методики с компенсацией флуктуаций мощности реактора затруднительно.

При постановке эксперимента по изучению Р-нечетной асимметрии в полном сечении нейтронного захвата получить эффект разных знаков в разных детекторах сложно. Необходимо делить пучок нейтронов на два пучка разной поляризации для получения эффектов разного знака при регистрации нейтронов с дальнейшей компенсацией ФМР при вычитании эффектов для разных пучков. При постановке эксперимента для наблюдения Р-нечетного эффекта в радиационном сечении захвата деление пучка нейтронов на два пучка разной поляризации не помогает, и необходимо применение мониторного канала, если его можно физически сделать, так как неясно, где брать пучок нейтронов интенсивностью, по крайней мере, не меньшей, чем в основном эксперименте. В этом случае приходится, в конечном итоге, обрабатывать результаты измерений с потерей статистической точности из-за дополнительной погрешности, вносимой мониторным каналом. Все эти особенности работы на атомных реакторах с применением интегральной методики поставили задачу создания новой методики наблюдения Р-нечетных эффектов, в котором не будет применяться компенсация ФМР, но и не будет уменьшаться статистическая точность результатов измерений в единицу времени.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1. Создание метода измерений и программного обеспечения установки для наблюдения Р-нечетной асимметрии при взаимодействии поляризованных нейтронов с ядрами, где компенсация ФМР проводится по концу серии измерений и выравнивание величины сигналов для получения минимальной погрешности измерений производится автоматически при обработке результатов измерений.

2. Экспериментальное исследование "математического" метода компенсации ФМР и сравнение погрешности измерений, полученной с

использованием данного метода, с погрешностью измерений, полученной при компенсации ФМР электронным методом с применением дифференциального усилителя и знакового коррелятора.

3. Разработка на основе современных модулей сбора данных системы управления экспериментом и регистрации токовых сигналов, которая позволила отказаться от применения аппаратуры в стандарте "САМАС" для уменьшения веса и размеров установки и для увеличения ее надежности.

4. Проведение экспериментального исследования установки с целью определения минимального значения возможной погрешности измерений и степени устранения паразитной синхронной наводки.

5. Математическое моделирование работы ионизационной камеры для выбора оптимальной толщины мишеней с целью получения минимальной погрешности измерений в реакции 61л (п, а)3 Н.

6. Создание новой методики регистрации Р-нечетных эффектов интегральным способом при частоте переключения аппаратуры выше частот основного спектра мощности нейтронных шумов реактора.

7. Проведение испытания макета установки с повышенной частотой переключения аппаратуры на пучке нейтронов реактора Института Лауэ - Ланжевена (ИЛЛ, Гренобль, Франция) с различными параметрами установки.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

В диссертации предложен новый вариант "математического" метода компенсации ФМР, не требующий, в отличие от используемых ранее методов, измерения коэффициента корреляции суммы и разности сигналов и подстройки коэффициента усиления одного из каналов для получения минимальной погрешности измерений. Этот метод позволил сократить время настройки установки на необходимые параметры и отказаться от части аппаратуры, что увеличило надежность установки. Быстрый метод компенсации по концу серии измерений позволил автоматически, без ухудшения погрешности, учитывать разное усиление измерительных каналов и отрабатывать временную нестабильность параметров установки.

На основе современных многофункциональных модулей сбора данных, встраиваемых в компьютер, построена система управления экспериментом и регистрации токовых сигналов, что в десятки раз уменьшило вес установки и ее размеры и увеличило ее надежность. Создано программное обеспечение экспериментальной установки, которое позволяет максимально гибко настраивать регистрирующую систему и проводить измерения.

На установке получены наиболее точные на сегодняшний день результаты измерений коэффициентов aPN Р-нечетной асимметрии вылета продуктов реакций:

10B(n, a)7Li * =>7Li + у , aPN =(5.1 ±3.8)-Ю-8;

6 Li (п, а)3 Н, aPN= -(8.1 ± 3.9) • КГ8.

Из данных асимметрии в реакции 6 Li (n, а)3 Н получено ограничение на величину константы слабого нейтрального тока на 90%-ом уровне

достоверности fx < 1.29-10"7.

Впервые был построен макет установки с применением принципа регистрации Р-нечетных эффектов в интегральной методике при частоте переключения аппаратуры выше частот основного спектра мощности нейтронных шумов реактора, с использованием цифрового сигнального процессора (DSP). Проведено испытание макета установки с повышенной частотой переключения аппаратуры на пучке нейтронов реактора ИЛЛ. При работе с у-детекторами, использующими полупроводниковые фотодиоды, при частоте переключения знака эффекта / ~ 10 Гц погрешность измерений по одному каналу стала меньше, чем в случае применения метода с компенсацией ФМР при частотах переключения аппаратуры / ~ 0.5 Гц. Отказ от компенсации означает, что появляется возможность работать с одним детектором и при этом получать точность измерений, соответствующую статистической. Это позволит методически просто проводить эксперименты по наблюдению Р-нечетных эффектов в полном и радиационном сечениях захвата нейтронов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

Значения коэффициентов Р-нечетной асимметрии в различных процессах могут лежать на уровне ~ 510"8, и необходимо получить точность в определении этой асимметрии не хуже чем ~ 5 • 10"® в наиболее малых эффектах. При интенсивностях поляризованных пучков нейтронов ~ Ю10 1/с эксперимент может продолжаться 100-200 дней. Это ставит задачу максимального уменьшения погрешности эксперимента в единицу времени для уменьшения времени работы.

Представленный в настоящей работе метод "математической" компенсации ФМР для наблюдения Р-нечетной асимметрии направлен на сокращение времени эксперимента.

Применение современных многофункциональных модулей сбора данных, встраиваемых в компьютер, и построение с их помощью системы

управления экспериментом и регистрации токовых сигналов увеличило надежность аппаратуры и сократило время ее простоя.

Разработка нового метода и установки с применением принципа регистрации Р-нечетных эффектов в интегральной методике при частоте переключения аппаратуры выше частот основного спектра мощности нейтронных шумов реактора позволила отказаться от компенсации ФМР и существенно упростить систему регистрации и управления экспериментом. Кроме того, стало методически просто наблюдать Р-нечетные эффекты, такие, как эффекты в полном и радиационном сечении, которые требовали наличия монитора для компенсации ФМР.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ. ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Созданы методика измерений и программное обеспечение комплекса установок для изучения Р-нечетной асимметрии при взаимодействии поляризованных нейтронов с ядрами, где компенсация ФМР проводится по концу серии измерений ("математическая" компенсация).

2. Проведены экспериментальное исследование "математического" метода компенсации ФМР и сравнение погрешностей измерений, полученных для "математического" метода с погрешностями измерений, полученными при компенсации ФМР электронным методом. Это исследование показало, что погрешность "математического" метода, по крайней мере, не хуже традиционного.

3. Построена система управления экспериментом и регистрации токовых сигналов на основе современных модулей управления и сбора данных, встраиваемых в компьютер. Удалось полностью отказаться от применения аппаратуры в стандарте "САМАС", что в десятки раз уменьшило вес установки и размеры и увеличило ее надежность.

4. Проведено экспериментальное исследование установок с целью определения минимального значения возможной погрешности измерений и возможности устранения синхронной паразитной наводки.

5. Методом Монте-Карло проведено моделирование работы ионизационной камеры для выбора оптимальной толщины мишеней с целью получения минимальной погрешности измерений в реакции 61л (п, а)3 Н.

6. Впервые был построен макет установки с применением принципа регистрации Р-нечетных эффектов в интегральной методике при частоте переключения аппаратуры выше частот основного спектра мощности нейтронных шумов реактора.

7. Проведено испытание макета установки с повышенной частотой переключения аппаратуры на пучке нейтронов реактора ИЛЛ с различными параметрами установки и показано, что в установке, где присутствует "микрофонный" эффект, погрешность такого способа измерений в единицу времени без компенсации ФМР меньше погрешности традиционного метода с компенсацией.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Представленная диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 8 таблиц, 35 рисунков и библиографический список из 62 наименований.

Объем диссертации 101 страница, включая таблицы и рисунки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано краткое описание методик, применяемых для регистрации токовых сигналов детекторов, и приведена краткая аннотация разделов диссертации.

В первой главе описаны различные модификации интегрального метода измерений Р-нечетных эффектов и приведены экспериментальные погрешности измерений для различных способов компенсации ФМР.

Эффект а Р-нечетной асимметрии вылета частицы определяется как

гдеИ+ иЛ-число отсчетов детектора, когда импульс частицы параллелен 1 спину падающего нейтрона (+) и импульс частицы антипараллелен (-) 1 спину нейтрона, соответственно.

Из-за малости исследуемых эффектов необходимо получить точность в определении коэффициентов Р-нечетной асимметрии не хуже чем ~ 510"9 в наиболее малых эффектах. Для надежного наблюдения эффекта необходимо набрать порядка 1017 событий. При разумном времени набора (Т < 100 дней) необходимо регистрировать интенсивность ~ 1010 импульсов/с. Такая загрузка, по крайней мере, на четыре порядка превосходит предельно допустимую (из-за просчетов импульсов в детекторе) для счетной методики скорость набора N ~ 106 1/с.

Следовательно, эксперимент невозможно осуществить без применения интегрального метода регистрации событий.

Суть этого метода состоит в замене регистрации счета отдельных импульсов на измерение величины токового сигнала, образованного в детекторе в результате наложения большого числа импульсов от регистрируемых частиц.

В интегральном методе сигнал, поступающий с выхода регистрирующего устройства, образуясь за счет наложения большого числа импульсов, представляет собой случайный процесс х(г) с математическим ожиданием т„-ап, где а - амплитуда импульсов, п - счет импульсов в единицу времени. Переменная составляющая такого процесса представляет собой ограниченный "белый" шум. Измеряемый сигнал есть модуляция этого случайного процесса частотой переключения какого-либо параметра, от которого зависит процесс, в рассматриваемом случае - это переключение устройства - "флиппера", изменяющего поляризацию нейтронов, причем искомой величиной является относительная глубина модуляции.

В состав измерительного тракта входят предусилители, в которых происходит разделение переменных и постоянных составляющих сигналов, и интеграторы, с помощью которых производится регистрация переменных составляющих сигналов. Основная задача состоит в выделении из зашумленного сигнала (переменной составляющей) полезного сигнала на частоте модуляции. При этом наблюдаемый эффект асимметрии

аР„=(и+-и-)/{К-2ис).

Здесь ис,11*,и~- соответственно, среднее значение постоянной

составляющей и переменные составляющие сигнала при разных направлениях спина нейтрона относительно импульса регистрируемой частицы. Коэффициент К введен в формулу, так как переменная составляющая усилена предусилителем в К раз.

Существенная часть экспериментов с нейтронами по поиску эффектов, не сохраняющих Р-четность, с применением токовой методики выполнена на выведенных пучках атомных реакторов. Исследования нейтронного потока реактора показали, что любые случайные изменения положения, состава или термодинамического состояния элементов активной зоны реактора вызывают колебание его реактивности. Это приводит к флуктуациям нейтронного потока. Погрешность измерений, вносимая шумом реактора, убывает в зависимости от времени по тому же закону 1/%/г, что и истинная статистическая погрешность, и их относительное соотношение не зависит от длительности эксперимента Т.

Величина относительных флуктуаций мощности реактора ~ 10"3 при стабильной работе реактора. При инггенсивностях потока регистрируемых частиц N ~ 109 1/с, флуктуации мощности реактора будут почти в сто раз больше, чем статистические флуктуации счета событий за счет ядерной реакции, и необходимо их компенсировать для уменьшения погрешности измерений. Для компенсации ФМР может быть использован мониторный канал, не несущий эффекта, но тогда погрешность измерений увеличивается. Чтобы избежать этого, компенсацию ФМР проводят с применением двух детекторов. Для этого создаются такие физические условия, при которых оба детектора регистрируют один и тот же процесс, но знак эффекта в этих детекторах разный. Тогда вычитание одного сигнала из другого не приводит к увеличению погрешности, при этом происходит вычитание синфазных составляющих сигналов (ФМР). Полезные сигналы (исследуемый эффект) при этом должны складываться.

В рассматриваемых экспериментах были реализованы:

• программно-аналоговый способ компенсации ФМР: разные знаки эффектов использовались для компенсации ФМР при вычитании сигналов на дифференциальном усилителе и подстройке коэффициента усиления одного из каналов с применением коэффициента взаимной знаковой корреляции между выходным и одним из входных сигналов для получения минимальной погрешности измерений;

• вариант способа компенсации ФМР, не требующий использования дифференциального усилителя и знакового коррелятора, так называемый "математический" способ, был применен впервые. В этом методе компенсация ФМР проводится при вычитании в цифровом виде коэффициентов асимметрии а((|> и а'2', полученных

с помощью двух интеграторов, регистрирующих эффект разного знака от двух детекторов, и записанных в памяти ЭВМ:

По концу серии, состоящей из N измерений, коэффициент Ь выбирается таким, чтобы дисперсия среднего значения указанных разностей была бы минимальной. Приравняв нулю производную от дисперсии по I и решив получившееся уравнение, получаем выражение для определения коэффициента ¿:

,(2)

Проверка эффективности разных методов компенсации ФМР была проведена при измерении Р-нечетной асимметрии ат в реакции

Результаты представлены в таблице. При обработке больших массивов результатов серий а1 ± <т, суммарный эффект вычислялся, как взвешенное среднее а = ^ Р,а, /'У^, Р, . Р, = 1/(Т;2 .

При этом погрешность а (а) = ^^-Р' •

В качестве "внешней" ошибки вычислялось взвешенное среднеквадратичное отклонение (в таблице приведено в скобках).

Сравнение результатов экспериментов с

Таблица

различными способами

№ цикла Число серий (а±<т)-107, аналоговая компенсация (а±сг)-Ю7, "математическая" компенсация Л_ ^аналог к

^ матем к

1 835 -1.4412.15(2.07) -2.80 ±2.01 (2.08) 1.07

2 842 -3.04 ± 2.36 (2.63) -0.32 ± 1.88(1.96) 1.25

3 745 -1.11 ±2.16(2.14) -1.57 ± 1.94(1.93) 1.11

4 511 -3.65 ± 2.04 (2.07) -3.63 ± 1.83(1.94) 1.11

5 694 1.29 ± 1.90(1.94) 0.25 ± 1.79 (1.79) 1.06

6 973 0.82 ± 0.68 0.85 ± 0.65 1.05

Из представленных данных очевидно, что погрешность измерений, полученная при "математическом" способе компенсации, не хуже, чем погрешность измерений, полученная при электронном способе компенсации ФМР. Этот факт позволил отказаться от применения электронного способа компенсации ФМР и, соответственно, устранить из установки часть аппаратуры, что повысило ее надежность.

Во второй главе представлено описание электронной части установки, система управления экспериментом и регистрации токовых сигналов. Представлено описание и испытание детекторов, используемых в рассматриваемых установках для наблюдения Р-нечетных эффектов.

Были созданы система сбора информации от детекторов, работающих в токовом режиме, и система управления экспериментом, в основе которых лежит использование в качестве регистрирующего и управляющего

оборудования многофункциональных плат сбора данных, встраиваемых в компьютер. Созданное автором программное обеспечение позволило организовать гибкое автоматическое управление экспериментальной установкой и сбор получаемых данных и дало возможность отказаться от применяемого ранее громоздкого и устаревшего оборудования, в частности, от аппаратуры в стандарте "САМАС",

Использовались платы фирмы "ADLink Technology Inc.". Одна из них -плата счетчиков-таймеров служит для организации временной диаграммы работы экспериментальной установки. Другая плата содержит программируемый 12-разрядный АЦП, с помощью которого считываются данные с интеграторов в память ЭВМ для дальнейшей обработки.

Программно-управляемая система сбора информации включает в себя четыре однотипных канала регистрации токовых сигналов для одновременной работы четырех детекторов с возможностью компенсации ФМР в двух парах каналов регистрации токов одновременно.

Измерения Р-нечетной асимметрии интегральным методом на тяжелых ядрах в (и, ^-реакциях со средней энергией у-квантов ~ 3 МэВ проводились с использованием в качестве детекторов у-квантов кристаллов NaI(Tl) размером 0150 х 100 мм2. Световые кванты от кристаллов детектировались фотоэлектронными умножителями ФЭУ-49.

При измерениях Р-нечетной асимметрии вылета у-квантов в реакции

10 B(n, a)7 Li * => 7 Li + у (Е, = 0.478 МэВ) оказалось, что погрешность измерений для энергии у-квантов 0.478 МэВ увеличивается почти в четыре раза, по сравнению со случаем больших энергий у-квантов за счет влияния собственных шумов ФЭУ, что совершенно неприемлемо при измерениях столь малых эффектов. Эту погрешность не удалось скомпенсировать при процедуре вычитания сигналов, поскольку шумы ФЭУ не скоррелированы.

При изготовлении новых детекторов у-квантов, чтобы устранить собственные шумы детекторов, для сбора световых квантов были применены фотодиоды S3204-03 фирмы "Hamamatsu". Размер светочувствительной площади фотодиода равняется 18x18 мм2. Темновой ток фотодиода при обратном напряжении ~ 0.5 В не превосходит величины /~8Ю"10 ампера.

Для изготовления необходимых двух детекторов были применены кристаллы Nal(Tl) размерами 0200 мм х 100 мм. Для соединения фотодиода и кристалла Nal(Tl) был применен отполированный конусный световод из оргстекла высотой 200 мм. На нем происходил переход от диаметра кристалла 200 мм на размер фотодиода 18 х 18 мм2. Испытания детекторов на радиоактивном источнике у-квантов показали, что "шумы тракта плюс шумы фотодиода" соответствовали загрузке детекторов от у-квантов с £,,=0.478 МэВ ~ 106 1/с.

Проверка работы у-детекторов на реакторе проводилась при измерениях Р-нечетной асимметрии вылета у-квантов в реакции 10 B(n, a)7 Li => 7 Li + у (£г=0.478 МэВ) на горизонтальном пучке нейтронов PF1B реактора ИЛЛ (Гренобль, Франция).

Испытания показали, что погрешность измерений больше расчетной величины, полученной с использованием значения интегрального потока нейтронов, по крайней мере, в 1.5 раза.

Проведенные для сравнения исследования погрешности измерений асимметрии на тритонах в реакции 6 Li (п, а)3 Н, выполненных на ионизационной камере, показали, что при такой же интенсивности регистрируемых частиц, как и в случае с у-детекторами, погрешность измерений, полученная на ионизационной камере, была меньше погрешности измерений эффекта на у-квантах в ~ 1.5 раза.

В диссертации показано, что величина погрешности измерений эффекта при регистрации у-квантов с применением фотодиодов в рассматриваемом случае не зависит от энергии у-квантов, как это было в случае ФЭУ. Увеличение погрешности измерений при регистрации у-квантов есть следствие большого усиления сигналов с фотодиодов и увеличения "микрофонного" эффекта за счет механических вибраций, который не скоррелирован для разных детекторов и не компенсируется при обработке результатов измерений.

Погрешность измерений для разных энергий у-квантов в этом случае не будет зависеть от их энергии. Влияние шумов детектора за счет темнового тока фотодиодов на общую величину погрешности измерений меньше влияния "микрофонного" эффекта.

Были проведены измерения эффекта асимметрии, возникающей за счет электромагнитной наводки, в установке с ионизационной камерой. Ненормированное значение этого эффекта в одиночном канале ~ 710'5.

Для устранения эффектов за счет наводки существенным является набор одинакового числа серий для разных направлений ведущего спин-нейтрона магнитного поля. В установке была создана система автоматического переключения магнитного поля. Поле переключалось каждую серию измерений, через ~ 4 минуты. Отдельно суммировались результаты измерений для двух направлений ведущего спин-нейтрона поля. Усреднение с учетом знака ведущего поля (разные знаки эффектов при разных полях) приводит к устранению эффекта наводки.

Усреднение по всем имеющимся данным дает ненормированное значение эффекта "наводки" -(2±8)10~7, нормировка на постоянные составляющие и коэффициент усиления основных измерений дает значение примеси эффекта "наводки" в основное измерение -(0.39±1.5)-Ю-9, что

значительно меньше возможной величины погрешности эксперимента (<т~10"®).

В главе 3 приведено описание цифровых сигнальных процессоров и примеры их использования в научных исследованиях в ПИЯФ РАН.

В частности, в экспериментах по изучению несохранения пространственной четности в ядерных реакциях с поляризованными нейтронами возможно построение системы цифровой регистрации аналоговых сигналов с детекторов без применения интеграторов, используя оцифровку сигналов и ее хранение в ЭВМ для дальнейшей обработки. Для этого можно использовать различные варианты промышленных плат, содержащих цифровой сигнальный процессор и имеющих два канала регистрации аналоговых сигналов.

С использованием этих плат был впервые разработан метод регистрации токовых сигналов на реакторе при частотах переключения регистрирующей аппаратуры выше частот основного спектра мощности нейтронного шума реактора. Для создания и испытания макета установки, в которой реализован этот метод, применялась плата ADSP2181 EZ-LAB фирмы "Analog Devices".

Наличие в плате двух АЦП, работающих синхронно, позволяет организовать синхронную оцифровку двух входных сигналов и получить 2-канальный измерительный тракт экспериментальной установки.

Погрешность, вносимая процессом дискретизации аналоговых сигналов, не превосходит нескольких процентов от измеряемой погрешности и усредняется по тому же закону в зависимости от числа измерений, что и основная погрешность, и практически не влияет на конечный результат измерений.

В главе 4 описан впервые разработанный метод регистрации токовых сигналов на реакторе при частотах переключения регистрирующей аппаратуры выше частот основного спектра мощности нейтронного шума реактора. Создан макет установки и приведены результаты испытания метода при исследовании Р-нечетной асимметрии у-квантов в реакции 10 B(n, a)7 Li * =>7 Li + у.

Так как основная мощность нейтронного шума реактора сосредоточена в полосе до ~ 6 Гц, при частоте ~ 10 Гц общие шумы реактора примерно на два порядка меньше, чем в области частот ~ 1 Гц, где обычно проводились измерения Р-нечетной асимметрии с использованием интеграторов и компенсации ФМР.

Это означает, что при частоте переключений знака эффекта/~ 10 Гц ФМР будут давать малый вклад в общую погрешность измерений, и необходимость в компенсации ФМР отпадает.

В системе управления и сбора информации для реализации переключения знака эффекта с повышенной частотой интеграторы были заменены устройством, осуществляющим дискретное накопление, т.е. оцифровку сигналов с частотой выборки (частотой "семплирования") fs и суммированием полученных значений в памяти DSP в течение заданного времени измерений.

Временная диаграмма управления установкой была полностью сохранена такой, как в системе, использующей интеграторы, но дополнена управляющими сигналами для DSP. Создана новая программа сбора информации и управления экспериментом.

Переменные составляющие сигнала с двух предусилителей подаются на стереовход платы ADSP2181 EZ-LAB и регистрируются с помощью двух 16-разрядных АЦП. Наличие двух АЦП давало возможность регистрировать два сигнала синхронно без временного сдвига. Эффект асимметрии вычислялся для единичного измерения каждого из детекторов точно по тем же формулам, как это делалось при обработке данных при чтении их с интеграторов.

Для тестовых испытаний новой системы на предусилитель первого канала одновременно с сигналом с детектора у-квантов подавалась синхронная ступенька напряжения калибровки. На второй канал подавался сигнал со второго детектора без сигнала калибровки. Сигнал калибровки был намного меньше по величине, чем сигнал детектора за счет флуктуаций мощности реактора. Подача сигнала калибровки на один измерительный канал и дальнейшая математическая обработка результатов измерений приводили к имитации Р-нечетного эффекта и к его выделению из шумов.

Были проведены измерения отношения среднего значения эффекта, имитируемого калибровочным сигналом, к дисперсии среднего значения эффекта для одиночного канала при разных частотах изменения знаков эффекта и разных частотах "семплирования". Результаты измерений представлены на рис. Из рисунка с достоверностью видно уменьшение погрешности измерений для одиночных каналов при увеличении частоты переключения калибровочной ступеньки.

Сравнение относительных погрешностей измерений, получаемых с помощью интеграторов (с компенсацией ФМР, частота переключения знака эффекта ~ 0.5 Гц) и с помощью DSP (без компенсации, частота переключения ~ 10 Гц) показало, что в системе с повышенной частотой переключения погрешность измерений уменьшилась в -1.6 раза.

Были проделаны пробные измерения Р-нечетной асимметрии в реакции 35 С1(п, у)36 С1 . Отношение погрешностей среднего для интеграторов (с компенсацией ФМР) и ББР-платы (без компенсации), пересчитанные на одну серию, дали значение этого отношения 1.7, что примерно совпадает со значением, определенным при измерениях калибровочного сигнала. Это означает, что в эксперименте с измерением Р-нечетного эффекта с помощью описанных у-детекторов метод при повышенных частотах измерений дает точность лучше, чем метод с применением интеграторов, и не требует компенсации ФМР.

80 70 60

г

8 50

I40

ИГ 30

ш; 20 10 0

Рис. Отношение величины сигнала калибровки к погрешности измерений в зависимости от частоты "семплирования" /з. Измерения проводились в присутствии флуктуаций мощности реактора для разных частот / переключений калибровочной ступеньки

Поскольку в случае у-детекторов чувствительная площадь фотодиода, регистрирующего свет от кристаллов №1(Т1), намного меньше диаметра кристалла, происходит значительная потеря света. В связи с такой потерей приходится сильно увеличивать усиление канала для достижения разумных величин регистрируемых сигналов. Большое усиление приводит к возникновению в канале "микрофонного" эффекта за счет механической вибрации предусилителей, который, естественно, разный для двух измерительных каналов. Шумы за счет "микрофонного" эффекта

- ( = 9.61 [ГЦ] * = 4.81 ГЧ] ^ = 3.31 [ГЦ]

10

15

—i— 20

25

—i—

30

35

(в [кГц]

невозможно скомпенсировать при вычитании значений напряжений, как описано выше. Измерение на повышенных частотах переключения спина нейтрона частично "обрезает" эту низкочастотную некоррелированную составляющую двух сигналов, что уменьшает погрешность измерений по сравнению с методом, где используется компенсация флуктуаций мощности реактора. Это справедливо в любых измерениях, где присутствует "микрофонный" эффект.

В заключении кратко сформулированы основные результаты настоящей работы.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты данной работы были представлены на следующих конференциях:

1. Seventh International Symposium on capture gamma-ray spectroscopy and related topics. Asilomar, California, 1990.

2. International symposium on weak and electromagnetic interactions in nuclei (WEIN-92). Dubna, Russia, 1992.

3. International Nuclear Physics Conference, Wiesbaden, Germany,1992.

4. Neutron Spectroscopy, Nuclear Structure, Related Topics. X International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei (ISINN-X). Dubna, 2002.

5. 52-е Международное совещание по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. Ядро-2002. Москва.

6. Neutron Spectroscopy, Nuclear Structure, Related Topics. XI International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei (ISINN-XI). Dubna, 2004.

7. International Conference on Nuclear Data for Science and Technology. Santa Fe, New Mexico, USA, 2004.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 В.А. Весна, И А. Ломаченков, И.С. Окунев, Е.В. Шульгина, В.И. Фурман. Измерение и анализ эффектов несохранения четности в интегральных у-спектрах в реакциях mCd(n,y)"*Cdvi xFe(n,Y)S7Fe. Препринт ЛИЯФ-1560, Гатчина, 1989,12 с. 2. В.А. Весна, И.А. Ломаченков, И.С. Окунев, Е.В. Шульгина, В.И. Фурман. Измерение и анализ эффектов несохранения четности в

интегральных у-спектрах в реакциях n3Cd(n,y)U4Cd и *Fe(n,yfFe.

Ядерная физика, 1989, т. 52, вып. 3(9), с. 620.

3. В.А. Весна, И.С. Окунев, Б.Г. Песков, Е.В. Шульгина, А.Д. Антонов, Ю. Анджеевски, Ю.М. Гледенов, М.П. Митриков, Ю.П. Попов. Исследование несохранения Р-четности в реакции 6 Li(n,a)3 Н с поляризованными нейтронами.

Письма в ЖЭТФ, 1990, т. 52, вып. 1, с. 660-662.

4. Yu.M. Gledenov, LS. Okunev, S.S. Parzhitskii, E.V. Shulgina, V.A. Vesna. Investigation of P-odd correlations in capture of thermal polarized neutrons involving emission of secondary charged particles (technical issues).

Nucl. Instr. & meth., 1994, A350, p. 517-524.

5. B.A. Весна, Ю.М. Гледенов, И.С. Окунев, Ю.П. Попов, Е.В. Шульгина. Поиск Р-нечетных эффектов в реакциях 6Щп,а)3Н и >0B(n,a)7Li с поляризованными тепловыми нейтронами.

Ядерная физика, 1996, т. 59, вып. 1, с. 23-32.

6. В.А. Весна, Е.В. Шульгина. Расчет оптимальных толщин мишеней для получения максимальной точности при измерении Р-нечетных асимметрий в реакциях ,0В(п,ссУП и 6 П(п,а)3Н с поляризованными нейтронами.

Препринт ПИЯФ-2122, Гатчина, 1996,16 с.

7. В А. Весна, Ю.М. Гледенов, П.В. Лебедев-Степанов, И.С. Окунев, Ю.П. Попов, A.B. Синяков, Е.В. Шульгина, Ю.М. Чувильский. Несохранение четности в реакциях с тепловыми поляризованными нейтронами на ядрах бора и лития.

Ядерная физика, 1999, т. 3, вып. 62, с. 565-576.

8. В.А. Весна, Е.В. Шульгина. Некоторые вопросы методики и аппаратура для нового эксперимента по изучению Р-нечетной асимметрии в реакциях поляризованных холодных нейтронов с легкими ядрами при регистрации продуктов реакции интегральным методом.

Препринт ПИЯФ-2425, Гатчина, 2001,17 с.

9. Y. Gledenov, P. Sediyshev, Е. Shulgina,V. Vesna, О. Zimmer. The study of P-odd asymmetries in the reaction Lf(n,a)t and in the reaction 10 В(п,аУ Li / ->7 L/(gr.st.).

Experimental Reports ILL, Experiment Numbers 3-07-136, 3-07-141, 2002. http://vitraill.ill.fr/cv/servlet/ReportFind

10. B.A. Весна, Ю.М. Гледенов, B.B. Несвижевский, A.K. Петухов, П.В. Седышев, Т. Солднер, Е.В. Шульгина, О. Циммер.

Исследование асимметрии вылета тритонов в реакции бЫ(п,а)3Н с холодными поляризованными нейтронами. Препринт ПИЯФ-2479, Гатчина, 2002,14 с.

11. В.А. Весна, Ю.М. Гледенов, П.В. Седышев, Е.В. Шульгина.

Новые детекторы гамма-квантов для изучения Р-нечетных эффектов

интегральным методом.

Препринт ПИЯФ-2480, Гатчина, 2002,11 с.

12. В.А. Весна, Ю.М. Гледенов, В.В. Несвижевский, А.К. Петухов,

П.В. Седышев, Т. Солднер, Е.В. Шульгина. Измерение Р-нечетной асимметрии вылета у-квантов в реакции 10В(п,сс)71л*-»у-»71л(о. е.). Известия Академии наук. Сер. Физ. 2003, т. 67, № 1, с. 118-122.

13. В.А. Весна, Е.В. Шульгина. Метод регистрации токовых сигналов на реакторе при частотах переключения регистрирующей аппаратуры выше частот основного спектра мощности нейтронного шума реактора. Препринт ПИЯФ-2553, Гатчина, 2004,24 с.

14. В.А. Весна, Е.В. Шульгина. Интегральный метод измерения Р-нечетной асимметрии на реакторе при частотах переключения поляризации нейтрона выше частот основного спектра мощности нейтронного шума. Приборы и техника эксперимента, 2005, №1,62-71.

f

i

•s

i

(* «

/f

M $

Отпечатано в типографии ПИЯФ РАН

188300, Гатчина Ленинградской обл., Орлова роща Зак. 237, тир. 100, уч-изд. л. 1; 1.08.2005 г.

114962

РНБ Русский фонд

2006-4 13854

• Стр.

Введение.

Глава 1.

1.1. Интегральный метод и особенности постановки экспериментов на выведенных нейтронных пучках реактора.

1.2. Экспериментальные установки для измерения Р-нечетных эффектов в реакциях захвата поляризованных нейтронов с вылетом заряженных частиц или у-квантов.

1.3. Процедура измерений.

1.4. Различные методы построения системы компенсации флуктуаций мощности реактора.

1.4.1. Программно-аналоговый метод компенсации.

1.4.2. "Математический" способ компенсации флуктуаций мощности реактора.

1.4.3. Экспериментальное сравнение способов компенсации флуктуаций мощности реактора.

Глава 2.

Аппаратура и детекторы излучений, используемые для новых экспериментов по изучению Р-нечетной асимметрии.

2.1. Система регистрации токовых сигналов для щ экспериментов в ИЛЛ.

2.2. Использование многофункциональных плат, встраиваемых в компьютер, для регистрации непрерывных токовых сигналов и управления экспериментом.

2.3. Детекторы у-квантов.

2.4. Испытания детекторов у-излучения и измерения Р-нечетной асимметрии вылета у-квантов в реакции 10В(п,аУ Li' => 7Li + у.

2.5. Ионизационная камера для регистрации заряженных частиц.

2.6. Испытание системы управления и сбора информации.

2.7. Измерения Р-нечетной асимметрии вылета тритонов в реакции 6 Li(n,a f Н с помощью ионизационной камеры и сравнение погрешности измерений для камеры с погрешностью измерений для детекторов у-квантов.

Глава

Цифровые сигнальные процессоры и примеры их использования в научных исследованиях.

Глава 4.

Метод регистрации токовых сигналов на реакторе при частотах переключения регистрирующей аппаратуры выше частот основного спектра мощности нейтронного шума реактора.

4.1. Особенности работы на реакторах нейтронов с применением интегральной методики.

11 4.2. Принципы построения измерительного тракта при повышенных частотах переключения знака эффекта.

4.3. Система регистрации и сбора информации.

4.4. Измерения.

Целью настоящей работы является описание методики, аппаратуры и программного обеспечения для экспериментов, посвященных исследованию эффектов несохранения пространственной четности в ядерных реакциях при захвате тепловых поляризованных нейтронов ядрами.

В результате работ нескольких групп экспериментаторов в 1964 году Ю.Г.Абовым с сотрудниками с помощью счетной методики измерений была наблюдена Р-нечетная асимметрия вылета у-квантов при захвате "3Cd теплового поляризованного нейтрона [1].

Группа В.М. Лобашева наблюдала циркулярную поляризацию у-квантов в неполяризованном ядре ,73Lu с помощью интегральной методики измерений [2], что окончательно доказало существование слабого взаимодействия в ядерных у-переходах.

К настоящему времени круг исследуемых объектов значительно расширился. Продолжался поиск новых Р-нечетных эффектов, и здесь были достигнуты большие успехи.

Что касается изучения Р-нечетных взаимодействий ядер с тепловыми поляризованными нейтронами, то новые экспериментальные данные в значительной мере получены в работах ПИЯФ РАН. Обнаружены:

• зависимость полных и радиационных сечений от спиральности нейтронов в "7Sn, 139La,79Br [3,4];

• несохранение Р-четности в интегральных спектрах у-квантов на различных ядрах [5, 6];

• несохранение Р-четности в (и./^-реакции [7];

• Р-четная лево-правая асимметрия при делении ядер, позволившая обосновать модель нарушения четности [8].

Исследована Р-нечетная асимметрия вылета а-частиц в реакциях 7 Li(n, а)3 //, 10 В(п, a)1 Li, 14 N(n, /?)14 С на поляризованных нейтронах [7, 9, 10].

Столь широкое исследование эффектов нарушения пространственной четности в ядерных системах было бы невозможно без применения интегральной методики регистрации событий, предложенной в [11].

Большая часть экспериментов проделана на реакторах нейтронов.

Относительные флуктуации мощности реактора лежат на уровне ~ 10" , что на порядок и больше превосходит относительные статистические флуктуации нейтронного потока. Для успешного проведения эксперимента необходимо уменьшить влияние флуктуаций мощности реактора, т.е. необходимо проводить их компенсацию для получения минимальной статистической погрешности измерений.

В работах [12, 13] компенсация флуктуаций мощности реактора проводилась при вычитании двух сигналов, имеющих разный знак наблюдаемого эффекта, электронным способом, с использованием для получения минимальной погрешности коэффициента корреляции суммы входных сигналов и разности этих сигналов. При этом в разностном сигнале эффекты складываются, а синхронные шумы вычитаются.

В работе [14], выносимой на защиту, была впервые реализована новая система компенсации синхронных шумов "математическим" методом при совместной обработке результатов серии измерений, и было экспериментально показано, что подобная система компенсации флуктуаций мощности реактора дает погрешность измерений, по крайней мере, не хуже, чем электронная. Упрощение аппаратуры за счет ненужности устройства для определения коэффициента корреляции привело к увеличению надежности измерений. о

При попытке наблюдать эффекты на уровне ~ (2 — 5)-10" в условиях ограниченного экспериментального времени (это связано с работой на пучке реактора института Лауэ-Ланжевена (ИЛЛ), Гренобль, Франция) появилась необходимость построения более совершенной аппаратуры, обеспечивающей надежную работу в течение всего времени эксплуатации физической установки.

На основе многофункциональных, встраиваемых в компьютер, плат сбора данных и управления была создана система [15], используемая для наблюдения Р-нечетных эффектов в реакциях с легкими ядрами для получения точности эксперимента на уровне о 2 - 5-10". Эта система позволила отказаться от применения стандарта "САМАС". В настоящее время с использованием этой системы была получена точность измерений [16, 17] в нулевых экспериментах реакций 7 Li(n,a)3 Н и 10В(п,а)7Li' => 1Li + y на уровне 10"9, что полностью удовлетворяет требованиям поставленной физической задачи.

Применение в детекторах у-излучения кремниевых фотодиодов [18] и, в связи с этим, большое усиление сигнала приводило к возникновению в предусилителях сигналов каналов регистрации дополнительного низкочастотного шума за счет "микрофонного" эффекта, который невозможно было устранить обычной системой компенсации флуктуаций мощности реактора.

С целью избежать влияния этого эффекта была впервые разработана новая методика и аппаратура [19, 20], с применением цифрового сигнального процессора для регистрации сигналов, позволяющая работать на частотах переключения спина нейтрона выше частот основного спектра мощности нейтронного шума реактора.

Испытания, проведенные на пучке нейтронов реактора ИЛЛ (Гренобль, Франция), показали, что при частоте переключения спина нейтрона ~ 10 Гц, связь между каналами за счет флуктуаций мощности реактора полностью теряется, каналы при этой частоте становятся независимыми и флуктуации мощности реактора практически не дают вклад в погрешность измерений каждого канала. Шумы за счет "микрофонного" эффекта, по большей части, остаются ниже частоты переключений аппаратуры и также не дают вклад в погрешность измерений. Погрешность измерений уменьшилась по сравнению с применением аппаратуры, работающей при частоте переключения ~ I Гц. При таком методе измерений можно работать с одним детектором.

Данная диссертация посвящена обсуждению вышеуказанных методик в экспериментах по изучению Р-нечетных эффектов в реакциях ядер с тепловыми поляризованными нейтронами.

Структура диссертации следующая:

В первой главе описаны интегральный метод регистрации событий и особенности методики постановки экспериментов по измерению Р-нечетных эффектов в ядерных реакциях с поляризованными нейтронами на реакторе при временах переключений регистрирующей аппаратуры порядка секунд.

Во второй главе описана аппаратура с использованием многофункциональных встраиваемых в компьютер плат сбора данных и управления, подготовленная для экспериментов по наблюдению Р-нечетных эффектов в реакциях нейтронов с ядрами лития и бора, а также характеристики применяемых детекторов, и приведены результаты испытаний детекторов и погрешности измерений интегрального метода в реальных экспериментах.

В третьей главе приводятся сведения и практические примеры использования цифровых сигнальных процессоров в системах регистрации и управления экспериментом.

В четвертой главе описаны метод и макет установки для измерений Р-нечетных эффектов при частотах переключения регистрирующей аппаратуры выше частот основного спектра мощности нейтронного шума реактора. Приведены результаты испытаний метода.

В заключении изложены основные результаты и выводы работы.

Основные результаты данной работы можно сформулировать следующим образом:

1. Создано программное обеспечение комплекса установок с электронным оборудованием в стандарте САМАС для изучения Р-нечетных эффектов с использованием компенсации флуктуаций мощности реактора для получения минимально возможной погрешности измерений эффектов. Впервые разработан и применен "математический" метод компенсации флуктуаций мощности реактора.

2. Экспериментально показано, что компенсация флуктуаций мощности реактора "математическим" способом, т.е. получение минимальной погрешности измерений при обработке каждой серии измерений, дает погрешность не больше, чем компенсация флуктуаций мощности реактора с помощью электронного метода с применением дифференциального усилителя и знакового коррелятора. "Математический" метод не требует предварительного выравнивания коэффициентов усиления каналов, а делает это автоматически, т.е. является более быстрым, по сравнению с методом аналоговой компенсации. Кроме того, стало возможным полностью отказаться от части аппаратуры, что привело к увеличению надежности установки.

3. На основе современных многофункциональных модулей, встраиваемых в компьютер, построена новая система управления экспериментом и регистрации токовых сигналов. Удалось полностью отказаться от применения аппаратуры в стандарте САМАС, что в десятки раз уменьшило вес установки и ее размеры и увеличило ее надежность.

4. Методом Монте-Карло проведено моделирование работы ионизационной камеры для выбора оптимальной толщины мишеней с целью получения минимальной погрешности измерений в реакции 6Ы(п,а)ъ Н.

5. Проведено экспериментальное исследование установки по измерению Р-нечетных эффектов на у-квантах в реакциях нейтронов с ядрами и установки с ионизационной камерой для измерения Р-нечетных эффектов на заряженных частицах с целью определения минимального значения погрешности измерений и возможности устранения паразитной наводки. Показано, что если эффект наводки и наблюдается по одиночным каналам, то используемая система обработки результатов для двух детекторов и двух направлений ведущего спин нейтрона Mai ни гнию поля эту наводку полностью компенсирует, по крайней мере, до значений эффекта а < 3-10"9, что намного меньше возможной погрешности измерений, которую можно получить при современных интенсивностях нейтронных пучков.

6. Получены значения погрешностей при исследовании реакций: 6 Li(n, а)3 Н: а=1.7-10'7 в сутки, wB(n,a)1Li' => nLi + у: а = 2.6-10'7 в сутки.

7. Впервые был построен, с помощью цифрового сигнального процессора, макет установки с применением принципа регистрации Р-нечетных эффектов в интегральной методике при частоте переключении аппаратуры выше частот основного спектра мощности нейтронных шумов реактора.

8. Проведено испытание макета установки с повышенной частотой переключения знака эффекта на пучке нейтронов реактора ИЛЛ при изучении Р-нечетного эффекта в реакции 10В(п,а)7Li* => 7Li + y (ЕуЮ.478 МэВ) с подмешиванием сигнала калибровки в сигнал от шумов реактора. При частотах переключения знака эффекта 10 Гц погрешность измерений в одиночном канале стала меньше, чем в методе с компенсацией флуктуаций мощности реактора, за счет "обрезания" паразитных низкочастотных некоррелированных шумов. Отказ от компенсации означает, что появляется возможность работать с одним детектором и при этом получать точность измерений, соответствующую статистической. Это позволит методически просто проводить эксперименты по наблюдению Р-нечетных эффектов в полном и радиационном сечениях захвата нейтронов.

В заключение автор считает своим долгом выразить благодарность научному руководителю В. А. Весне за постоянное внимание, терпение и поддержку в течение длительной и плодотворной совместной работы.

Автор выражает глубокую признательность академику РАН В. М. Лобашеву, длительная работа в лаборатории которого была интересной и творческой.

Автор благодарен коллегам и соавторам А. Н. Баженову, Ю. В. Борисову,

Ю. М. Гледенову, Э. А. Коломенскому, М. Р. Колхидашвили, И. С. Окуневу,

A. Н. Пирожкову, Т. В. Савельевой, П. В. Седышеву, JI. М. Смотрицкому, Ю. В. Соболеву,

B. А. Соловью, за творческое сотрудничество при выполнении работы, В. Н. Слюсарю и А. И. Шаблию за радиотехническое обеспечение экспериментов.

Автор признателен всем сотрудникам Отдела нейтронной физики и Отдела автоматизации экспериментов на реакторе, за помощь в работе на разных этапах ее выполнения.

Автор благодарен В. В. Несвижевскому, А. К. Петухову за помощь в проведении экспериментов на нейтронном пучке реактора ИЛЛ.

Огромная благодарность коллегам и друзьям за доброжелательность и моральную поддержку в трудные моменты.

Заключение

Целью настоящей работы являлась разработка методики измерений, программ управления экспериментом и обработки результатов измерений Р-нечетных эффектов в реакциях взаимодействия поляризованных нейтронов с ядрами с испусканием заряженных частиц и у-квантов.

1. Ю.Г. Абов, П.А. Крупчицкий, Ю.А. Оратовский. О существовании межнуклонного потенциала, не сохраняющего пространственную четность. Ядерная физика, 1965,т. 1 ,вып.З,с.479-489.

2. В.М. Лобашев, В.А. Назаренко, Л.Ф. Саенко, Л.М. Смотрицкий, Г.И. Харкевич. Несохранение четности в радиационном переходе ll5Lu. Письма ЖЭТФ, 1966, т.З, вып.7, с.268-274.

3. В.А. Весна, И.А. Ломаченков, И.С. Окунев, Е.В. Шульгина, В.И. Фурман. Измерение и анализ эффектов несохранения четности в интегральных у-спектрах в реакциях mCd(n,yf*Cd и *Fe(n,yfFe. Препринт ЛИЯФ 1560, 1989. Ядерная физика, 1989, т.52, вып.3(9), с.620.

4. Весна В.А., Егоров А.И., Коломенский Э.А., Корнюшкин А.Ф., Лобашев В.М., Окунев И.С., Песков Б.Г., Пирожков А.Н., Смотрицкий Л.М., Титов Н.А., Шульгина Е.В.

5. Поиск Р-нечетной асимметрии вылета а-частиц в реакциях захвата тепловых поляризованных нейтронов ядрами и В. Письма в ЖЭТФ, 1983, т.38, вып.5, с.265-267.

6. Весна В.А., Окунсв И.С., Песков Б.Г., Шульгина Е.В., Антонов А.Д., Анджеевски Ю., Гледенов Ю.М., Митриков М.П., Попов Ю.П. Исследование несохранения Р-четности в реакциис поляризованными нейтронами. Письма в ЖЭТФ, 1990, т.52,вып.1, с.660-662.

7. В.М.Лобашев. Относительно возможности исследования слабого нуклон-нуклонного взаимодействия. Ядерная физика, 1965, т.2, вып.5, с.957-959

8. Князьков В.А., Коломенский Э.А., Лобашев В.М., Назаренко В.А., Пирожков А.Н., Соболев Ю.В., Шаблий А.И., Шульгина Е.В. Новый эксперимент по измерению циркулярной поляризации гамма-квантов в реакции np—>dy. Письма в ЖЭТФ, 1983, т.38, №3, с.138-141.

9. Knyaz'kovV.A., Kolomensky Е.А., Lobashov V.M., Nazarenko V.A., Pirozhkov A.N., Shabliy A.I., Shul'gina E.V., Sobolev Yu.V., Yegorov A.I. A new experimental study of the circular polarization of np-capture gamma rays. Nucl.Phys., 1984, A417, p.209-230.

10. В.А.Весна, Ю.М.Гледенов, В.В.Несвижевский, А.К.Петухов, П.В.Седышев, Т.Солднер, Е.В.Шульгина,О.Циммер. Исследование асимметрии вылета тритонов в реакции 6Li(n,oc)3Hс холодными поляризованными нейтронами. Препринт ПИЯФ-2479. Гатчина, 2002. 14 с.

11. В.А. Весна, Ю.М. Гледенов, В.В. Несвижевский, А.К. Петухов, П.В. Седышев, Т.Солднер, Е. В. Шульгина. Измерение Р-нечетной асимметрии вылета у-квантов в реакции10B(n,a)7Li*y-»7Li(o. е.). Известия Академии наук. Сер. физ. 2003, т. 67,1, стр. 118-122.

12. В.А.Весна, Ю.М.Гледенов, П.В.Седышев, Е.В.Шульгина. Новые детекторы гамма-квантов для изучения Р-нечетных эффектов интегральным методом. Препринт ПИЯФ-2480. Гатчина, 2002. 11 с.

13. В.А. Весна, Е.В. Шульгина. Метод регистрации токовых сигналов на реакторе при частотах переключения регистрирующей аппаратуры выше частот основного спектра мощности нейтронного шума реактора. Препринт ПИЯФ 2553. Гатчина, 2004. 24 с.

14. В.А. Весна, Е.В. Шульгина. Интегральный метод измерения Р-нечетной асимметрии на реакторе при частотах переключения поляризации нейтрона выше частот основного спектра мощности нейтронного шума. Приборы и техника эксперимента, 2005, №1,62-71.

15. В.И. Гольданский, А.В. Куценко, М.И. Подгорецкий. Статистика отсчетов при регистрации ядерных частиц. Физматгиз, М., 1959.

16. Lobashov V.M., Lozovoy N.A., Nazarenko V.A., Smotritsky L.M., Kharcevitch G.I. Parity nonconservation in the decay of Phys.Lett., 1969, v.30 B, №1, p.39-41.

17. Г.Я. Мирский. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М., "Энергия", 1972.

18. Vanderleeden J.C.,Boehm F. Experiments on parity nonconservation in nuclear forces in 181 Та and 175Lu. Phys.Lett., 1969, v.30 B, №7, p.467-469.

19. Лобашев B.M. Несохранение четности в у-распаде ядер. Докторская диссертация. Ленинград, 1968,140 с.

20. Гарусов Е.А., Коноплев К.А., Лившиц П.М., Петров Ю.В., Семенов А.Я., Филимонов Ю.И. Диагностика нейтронных шумов исследовательского реактора ВВР-М и влияние их на погрешности физических экспериментов. Kernenergie, 1983, v.26, no.2, р.68-74.

21. Lobashov V.M., Kaminker D.M., Kharkevich G.I., Knyaz'kov V.A., Lozovoy N.A., Nazarenko V.A., Sayenko L.F., Smotritsky L.M., Yegorov A.I. Parity nonconservation in radiative thermal neutron captures by protons. Nucl.Phys., 1972, v.A197, №1, p.241-258.

22. Cavaignac J.F., Vignon В., Wilson R. Search for parity violation in neutron-proton capture. Phys.Lett., 1977, v.67 B, №2, p. 148-150.

23. Коломенский Э.А. Исследование нарушения четности (циркулярная поляризация у-квантов) в интегральном спектре у-квантов из (пу)-реакции на ядрах. Диссертация, Ленинград. 1983,87 с

24. The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing by Steven W. Smith. California Technical Publishing, 1997. http://www.dspguide.com/

25. Весна В.А., Гледенов Ю.М., Окунев И.С., Попов Ю.П., Е.В.Шульгина Е.В. Поиск Р-нечетных эффектов в реакциях 6Li(n,a)3H и 10В(п,аУLi с поляризованными тепловыми нейтронами. Ядерная физика, 1996, т.59, вып.1, с.23-32.

26. Andzejewski J., Antonov A.D., Gledenov Yu.M., Mitrikov M.P., Popov Yu.P., Okunev I.S., Peskov B.G., Shul'gina E.V., Vesna V.A.

27. V.A.Vesna, Yu.M.Gledenov, I.S.Okunev, S.S.Parzhittskii, Yu.P.Popov, E.V.Shulgina. P-odd correlations in the reactions 6JLi(n,a)3H and 10В(п,аУЫ with polarized neutrons. Intern.NucI.Phys.Conf., Wiesbaden, Germany, 1992. Book of Abstracts, p. 1.4.10

28. ACL-8112 Series. Enhanced Multi-Functions Data Acquisition Cards. User's Guide. 1999. http://www.adlink/com/tw.

29. ACL-7120. Digital I/O & Counters. Manual. 1996. http://www.adlink/com/tw.34. 8254/82C54: Introduction to Programmable Interval Timer. http://www.intel.com/design/archives/periphrl/docs/7203.htm

30. Сборник "Возмущенные угловые корреляции", ред. Э. Карлссон, Э. Маттиас, К. Зигбан, Атомиздат, М., 1966, с.437.

31. SiPhotodiode. Selection Guide, http://www.hamamatsu.com

32. И.М. Соболь. Численные методы Монте-Карло. "Наука", 1973.

33. Весна В.А., Шульгина Е.В. Расчет оптимальных толщин мишеней для получения максимальной точности при измерении Р-нечетных асимметрий в реакциях wB(n,a)7Li и 6Li(n,a)3H с поляризованными нейтронами. Препринт ПИЯФ-2122, Гатчина 1996.

34. G.A. Bartholomew, A. Doveika, K.M. Eastwood, S. Monaro and L.V. Groshev, A.M. Demidov, V.I. Pelckhov, L. Sokolovskii. Compendium of Thermal-Neutron-Capture y-Ray Measurements. Part II. Nuclear Data Table. Section A, 5, N 1-2, 1968, p.30 45.

35. G.A. Bartholomew, A. Doveika, K.M. Eastwood, S. Monaro and L.V. Groshev, A.M. Demidov, V.I. Pelekhov, L. Sokolovskii. Compendium of Thermal-Neutron-Capture y-Ray Measurements. Part I. Nuclear Data. Section A, 3,367-650 (1967), p.568 571.

36. G.A. Bartholomew, A. Doveika, K.M. Eastwood, S. Monaro and L.V. Groshev, A.M. Demidov, V.I. Pelekhov, L. Sokolovskii. Compendium of Thermal-Neutron-Capture y-Ray Measurements. Part I. Nuclear Data. Section A, 3, 367-650 (1967), p.434 440.

37. A.H. Баженов, B.A. Соловей. Применение цифровых сигнальных процессоров в экспериментах, требующих обработки сигналов и данных в процессе измерений. Препринт ПИЯФ-2229, 1998.

38. А.Н. Баженов, И.В. Дьяков, В.В. Марченков, В.А. Соловей, Е.В. Шульгина, М.А. Югалдин, Я.А. Касман. Мультипроцессорная масштабируемая платформа для обработки сигналов и данных в реальном масштабе времени на базе стандарта VME. Препринт ПИЯФ-2261, 1998.

39. ADSP-2100 Family User's Manual, 1994 Analog Devices, Inc.

40. ADSP-2106x SHARC User's Manual, 1996 Analog Devices, Inc.

41. К.Е. Пирогов, В.А. Соловей. Многоканальные спектроанализаторы на базе цифровых процессоров. Препринт ПИЯФ-2235, 1998.

42. В. Соловей, J1. Вихарев, М. Колхидашвили, В. Марченков, Т. Савельева, Е. Шульгина. Система регистрации для времяпролетного масс-спектрометра. Препринт ПИЯФ 2528,2003,28 с.

43. ADSP- 2100 Family EZ-Kit Lite Reference Manual. 1995 Analog Devices, Inc.

44. DSP/MSP Products Reference Manual, 1995 Analog Devices, Inc.

45. Analog Devices DSP Select Guide, Revised 8/98, Analog Devices, Inc.

46. DSP Product Tree. TMS320C6000 High Performance DSPs, http://dspvillage.ti.com/

47. TMS320C6000 CPU and Instruction Set Reference Guide. (SPRU189D), 1999, Texas Instruments.

48. TMS320C6711 Digital Signal Processor Data Sheet. (SPRS088), Texas Instruments.