Поиск резонансного поглощения аксионов, излучаемых при М1-переходе 57Fe на Солнце
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
окном был установлен коллиматор из тантала диаметром 5 мм. Мишень из обогащенного до 80% изотопа 57Fe была расположена прямо на поверхности бериллиевого окна. Мишень имела массу 16.5 мг и диаметр 5 мм, что соответствует толщине х0 = 84 мг/см2.
5.2 Пассивная и активная защита детектора
Пассивная защита состояла из медной оболочки толщиной 40 мм, которая непосредственно примыкала к криостату, слоя железа толщиной 35 мм и 50 мм свинца.
Рис. 14а. Схема установки и защиты
Рис. 14b. Общий вид установки и защиты детектора
Установка была расположена на поверхности Земли. Для подавления фона, связанного с космическим излучением, использовалась активная защита, состоявшая из 5 пластиковых сцинтилляторов размером 500х500х120 мм. Общая загрузка с активной защиты была установлена на уровне ? 600 имп/с, что при длительности импульса запрета 120 мкс приводило к ? 7% мертвого времени. Измерение спектра сигналов Si(Li) - детектора в совпадении с активной защитой позволяет определить вероятность возбуждения первого ядерного уровня 57Fe ядерно-активной компонентой и мюонами космического излучения.
5.3 Электронная схема эксперимента и расчет эффективности
Спектрометрический канал Si(Li) - детектора состоял из предусилителя с импульсной стоковой связью, усилителя (БУИ-3К) с временем формирования 8 мкс и 12-разрядного АЦП (161.31). Электронная схема приведена на Рис. 15. Напряжение смещения (HV) на детекторе составляло 500 вольт. В предусилителе (ПУ) использовался полевой транзистор (FET) марки N4416. Усиление БУИ-3К было выбрано таким образом, что цена канала АЦП составляла ? 15 эВ.
Рис. 15 Электронная схема эксперимента
Съем светового сигнала с пластических сцинтилляторов активной защите на основе полиметилметакрилата осуществлялся с помощью фотоумножителя марки 49Б с диаметром фотокатода 150 мм. Сигнал с ФЭУ поступал на предусилитель, быстрый усилитель (БУ) и дискриминатор импульсов, который вырабатывал импульс запрета длительностью 120 мкс. Длительность импульса запрета определяется временем жизни нейтронов, возникающих под действием космических мюонов, в водородсодержащей среде. Импульс запрета поступал на входной регистр, состояние которого записывалось сигналом строб с АЦП, отмечая таким образом состояние активной защиты в момент прихода импульса с Si(Li) - детектора.
На рисунке 16 приведен спектр детектора, измеренный с радиоактивным источником 241Am. Ядро 241Am испытывает ?-распад превращаясь в 237Np, при этом испускается характеристическое рентгеновское излучение нептуния и гамма-линии, соответствующие разрядке возбужденных уровней ядра 237Np. Энергии и интенсивности данных линий приведены в таблиц 1.
Энергетическое разрешение детектора, определенное по линии 25.6 кэВ составило 240 эВ. Разрешение для энергии 5.9 кэВ было определено с помощью источника 55Fe. Оно составило 150 эВ.
Эффективность регистрации гамма-квантов с энергией 14.4 кэВ определялась с помощью стандартного источника 57Со, который распадается в 57Fe, при этом выход линии 14.4 кэВ составляет 9.16%
(рис. 12). Определенная эффективность регистрации гамма-квантов с энергией 14.4 кэВ составила ? = (2.19 0.05)%.
Коэффициент ослабления (эффективное сечение) гамма-квантов с энергией 14.4 кэВ в железе равняется ? = 63.1 см2/г. Для данного расположения детектора и источника вероятность выхода квантов из мишени толщиной х0 составляет:
(30)
Для используемого образца эта величина Р (84 мг/см2) = 0.189.
Таблица 1 Энергия и интенсивность рентгеновских и гамма линий
ЛинияLIL?1?2L?L???Е, кэВ11,8713,917,820,7826,3559,53I, %0,8513,319,34,932,435,7
Рис. 16. Энергетический спектр рентгеновского и гамма излучения от источника 241Am
Рис. 17. Спектр источника 57Со, который использовался для определения эффективности регистрации гамма-квантов с энергией 14.4 кэВ.
5.4 Программы накопления данных on-line
В памяти компьютера происходило накопление двух 4096-канальных спектров, соответственно в совпадении и в антисовпадении с сигналом от активной защиты.
Используемое программное обеспечение позволяет собирать экспериментальные данные, проводить их предварительную оперативную обработку, отображать получаемые результаты в удобной для экспериментатора форме. В памяти компьютера накапливался суммарный энергетический спектр с детектора.
Для данного эксперимента была специально создана программа CAMAXION. Она основывалась на ранее разработанных анализаторных программах и программах накопления, использовавшихся в экспериментах по поиску 17-кэВ нейтрино [], двойного бета-распада ядер на возбужденные состояния дочерних ядер [], в измерениях бета-спектра 48Са c целью поиска отклонений от теоретической формы [] и поиску массивных сильновзаимодействующих частиц [].
Программа была написана на языке Borland Pascal 7.0 для операционной системы MS-DOS. В операционной системе MS-DOS все работает в пределах одного адресного пространства. Идет прямое обращение к портам, что гораздо быстрее, чем через драйвер. Программа моментально реагирует на прерывания от контроллера КАМАК. Это позволило создать систему накопления данных не используя сложной аналоговой схемы совпадений и промежуточных буферов памяти состояний АЦП1 и АЦП2.
Программа CAMAXION хорошо структурирована: она создана на основе как ранее разработанных модулей GMENU, TIMER, GETFN01, CARBEG, CAMSTART, CARDISP, CARMATH, так и специально написанных для данного эксперимента модуле