Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
§ 86. Нуклон-нуклонные взаимодействия при высоких энергиях (7*yv> 100 МэВ)
1. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ДЕТЕКТИРОВАНИЯ БЫСТРЫХ ПРОТОНОВ И НЕЙТРОНОВ
Быстрые протоны получаются в ускорителях. Что касается быстрых нейтронов, то существует два метода их получения: реакция срыва для дейтрона и перезарядка быстрых протонов.
Сущность реакции срыва при больших энергиях была рассмотрена в § 66. Напомним, что в результате реакции срыва получаются нейтроны, несущие примерно половину кинетической энергии падающих дейтронов и летящие приблизительно в направлении движения дейтрона.
Явление перезарядки быстрых протонов заключается в том, что при взаимодействии энергетичного протона с ядром протон передает свой заряд ядру и летит дальше в первоначальном направлении протона уже в качестве нейтрона. При этом получается широкий спектр нейтронов с максимумом вблизи энергии падающих протонов. На рис. 325 изображен спектр нейтронов, образующихся при перезарядке протонов с энергией 350 МэВ на ядрах Be. Подробнее явление перезарядки будет рассмотрено при описании опытов по (п— /))-рассеянию при больших энергиях (см. п. 3 этого параграфа).
64 Глава XV. Нуклон-нуклонные взаимодействия при высоких энергиях
Рис. 325 Рис. 326
В качестве мишени в опытах по изучению нуклон-нуклонных взаимодействий использовались разные вещества. Для получения сечений арр и стир наиболее удобно использовать чисто водородную мишень (жидкую или газовую под высоким давлением)*. Однако для этой цели может быть использован также разностный метод: отдельно измеряется рассеяние на каком-нибудь углеводороде**, например на полиэтилене, парафине и пр., и рассеяние на углероде.
Сечения арп и ат могут быть получены только разностным методом, из сравнения эффектов рассеяния соответствующего нуклона на дейтерии и водороде (подробнее см. п. 1 этого параграфа).
Наиболее распространенным методом детектирования быстрых частиц является использование телескопов из нескольких счетчиков С, расположенных на одной оси и включенных в схему совпадений (рис. 326). Как известно, схема совпадений устроена таким образом, что она пропускает на выходное устройство только сумму всех импульсов, одновременно возникающих во всех счетчиках, и не пропускает одиночных, двойных и других импульсов. Такая система позволяет с большой точностью выбирать частицы, летящие по заданному направлению. Для определения энергии частиц между счетчиками устанавливаются поглотители П. Энергия частицы определяется по ее пробегу в поглотителе, т. е. по числу сработавших счетчиков.
При изучении (р— />)-рассеяния могут регистрироваться как рассеянные протоны, так и протоны отдачи. Поэтому для
* Используется также газовая струйная мишень, разработанная в Дубне (струя водорода, пересекающая пучок протонов в ускорителе). Подробнее см. § 87, п. 1.
** В состав углеводорода входят группы СН2, т. е. атомы углерода и водорода в соотношении 1:2. Для уменьшения поглощения частиц пучка в мишени последнюю можно изготавливать в виде очень тонкой пленки, которая пронизывается пучком много раз. Подробнее см. § 87, п. 1.
§ 86. Нуклон-нуклонные взаимодействия при Тк> 100 МэВ 65
детектирования используется пара телескош^ расположенных под углами 9 и «|/ по отношению к направлению падающих протонов.
Для детектирования нейтронов перед телескопом ставят водородсодержащее вещество (парафин, полиэтилен и др.) и регистрируют протоны отдачи. В телескопах обычно применяются сцинтилляционные счетчики с фотоумножителями, которые обладают весьма высокой разрешающей способностью (до 10~10 с).
Раньше употреблялись пропорциональные счетчики, но их разрешающая способность ниже.
Полученные результаты обрабатываются по релятивистским формулам, являющимся обобщением формул (84.1) и (84.2). Связь между углами рассеяния 9 и \|/ в релятивистском случае дается формулой
ctg9ctg^=l + r/(2/Mc2) (86.1)
(вместо ctg G ctg v|/ = 1 для нерелятивистского случая).
Из этой формулы следует, что в отличие от нерелятивистской формулы, согласно которой 6 + ф = я/2 независимо от энергии падающего нуклона и направления рассеяния, в релятивистском случае угол 9 + v|/ зависит от направления рассеяния и меняется в пределах
(e+iHM„H<e + vK7i/2,
причем (6+^)мин является функцией кинетической энергии Т.
Значение (9+^)мин достигается при 9=^ и определяется формулой
В табл. 38 приведены значения (64-v[/)MH„ при энергиях, соответствующих разным этапам развития ускорительной техники. Из таблицы видно, что при энергии 76 ¦ 109 эВ, полученной на Серпуховском ускорителе, (6 + \[/)мни« 18°, а при энергии 4-Ю11 эВ, которая получена на ускорителе в Батавии,— всего 8° (рис. 327). Значение (в+\|/)макс = 90° достигается при 6 = п/2, v|/=0 или 9 = 0, \|/ = тс/2.
Таблица 38
Т„, МэВ
20
too
500
63000
10*
3 10*
7,6-10*
2 10*
4 10*
(Ь+^)мш, град
90
88,5
83
51
44
27
17,5
11
8
66 Глава XV. Нуклон-нуклонные взаимодействия при высоких энергиях
Так же как и в нереляти-„ , в. вистском случае (см. § 24,
