Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
достать детектор, и топа мы узнали бы правду о нейтрино1"
Этот дерзкий план получил одобрение многих людей, среди которых не
последним был Ферми Поддержка с его стороны была особенно существенной,
поскольку Ферми быт известен не только как выдающийся теоретик, но и как
очень тонкий экспериментатор Во-первы', помогало уже го, что он вообще
признавал необходимым эксперимент по прямому обнаружению нейтрино и, во-
вторых, считал предложенный метод разумным
Однако, прежде чем поставить эксперимент, Рейнес и Коуэн заново
пересмотрели ситуацию и пришли к выводу, что если они будут использовать
нейтроны при поиске нейтрино, то удастся ограничиться значительно меньшим
потоком последних, который можно получит-?, например, вблизи ядерного
реактора Окончатечьнпи эксперимент был поставтен на атомной станции Са-
вапна-Ривер, находящейся в ведении Комиссии по атомной энергии США
< Схема регистрации показана на рис [12 3] Антинейтрино от продуктов
ядерного деления в мощном реакторе, падают на водную мишень1 с
растворенным в ней CdCl2 В результате реакции [(12 3)] падающие
антинейтрино v приводят к рождению позитронов |3+ и нейтронов п Позитроны
замедляются и аннигилируют с электронами за время, малое по сравнению с
разрешающим временем системы, равным 0,2 мкс Возникающие при этом у-
кванты с энергией 0,5 МэВ проникают сквозь мишень и регистрируются схемой
быстрых совпадении при помощи двух больших сцинтилляционных
1 В первом эксперименте, поставленном в 1953 г, сцинтиллятор сам служит и
мишенью При эточ были получены положительные результаты, согласующиеся с
теорией, однако эти результаты все же считались не вполне убедительными,
прежде всего из за сильного фона, создаваемого космическим излучением В
последующих экспериментах использовалось счетное устройство,
обеспечивающее значительно лучшее подавление фона, кроме того, эти
эксперименты производились не на поверхности, а под землей
243
детекторов, помещенных по обе стороны мишени '. Нейтроны замедляются
водой до тепловых скоростей, а затем захватываются кадмием за период
времени, зависящий от концентрации кадмия (в наших опытах практически все
нейтроны захватывались не позднее чем через 10 мке
Рис. 12 3 Схематическое изображение эксперимента по регистрации процесса
обратного ^-распаду [Phys. Rev, 117 (I960), стр 159, рис 1].
после их рождения). Многочисленные у кванты, возникающие при таком
захвате, регистрируются двумя сцин-тилляционными детекторами и схемой
быстрых совпадений, выходной сигнал которой появляется с небольшой
характерной задержкой после сигнала от у-квантов позитронного
происхождения. Целью этого эксперимента было показать, что
1) описанные выше задержанные совпадения регистрируются при работе
реактора в количестве, согла-
1 Использование столь больших жидких сцинтилляторов само по себе явилось
важным достижением техники эксперимента, ттк что об успехе первых
испытании собщалось в письме в журнал The Physical Review.
Жидкии сци ото гляционныи dtmLHmop
сци/irmiг тяЦионнь j детектор
Мишень НоО +¦ Cdlb
244
сующемся с вычисленным по потоку антинейтрино и эффективности детектора;
2) первый импульс быстрого совпадения из этой пары вызван аннигиляцией
позитронов;
3) второй импульс быстрого совпадения вызван захватом нейтрона кадмием; .
Рис. 12 4 Одна из мишеней, которая использовалась для проверки v
калибровки (поэтому на ней можно увидеть цоколи фотоумножителей)
[Смитсониевский отчет за 1964 г., Смитсониевскии институт, Вашингтон,
1965, лист 2, рис 1]
4) величина сигнала зависит от числа протонов в мишени,
5) сигнал, наблюдаемый при работе реактора, не вызван у-квантами или
нейтронами от самого реактора.
В течение эксперимента предпринимались определенные усилия с тем, чтобы
обеспечить дополнительную проверку этих пунктов.
С учетом сечения реакции [(12.3)], усредненного по спектру антинейтрино и
составляющего около 10-43 см 2, и получаемого потока v (10]3 см~2 c-i)
стало ясно, что потребуется мишень, содержащая большое количество
протонов. В качестве такой мишени были использованы две емкости из
пластмассы (каждая из которых
245
содержала 200 л воды), имеющие форму параллелепипедов размерами глубина -
7,6 см, поперечное сечение-* 132 X 183 см2 [рис. 12 4]. Каждая емкость с
водой помещалась между двумя из трех больших жидких сцинтил-
Рис. 12 5. Схема расположения детекторов в свинцовом экране.
Детекторы, обозначенные цифрами 1, 2 и 3, содержали раствор жидкого
сцинтиллятора и просматривались 110 фотоумножителями (каждый диаметром 5
дюймов). Светлые емкости -мишени, содержавшие водный раствор хлорида
кадмия, на этом рисунке представлены мишеии высотой ~28 см Позднее они
были заменены потистиреновыми емкостями высотой 7,5 см детекторы 1 и 2
были соответственно опущены [Phys. Rev , 117 (1960), стр. 160, рис. 2].
ляционных детекторов [рис. 12 5, 12 6]. Толщина емкостей с водой была
ограничена поглощением излучения с энергией 0,5 МэВ, возникающего при
