بخشی از مقاله
چکیده
یک سامانه آشکارسازي واپاشی بتائی در ایزوتوپهاي سدیم در مجموعه پروژه تریمپ - TRIµP - در پژوهشگاه KVI طراحی و ساخته شده است. یک اسپکترومتر تکانه یونی که متشکل از یک آشکارساز MCP است همراه با یک مجموعه از آشکار سازهاي بتائی حساس به محل تابش، امکان اندازهگیري سینماتیک کامل واپاشی را فراهم میکنند. اجزاء آشکارسازها در آرایشی هم مرکز با یک تله نوري - مغناطیسی براي اتمها قرار دارد. این تله نوري - مغناطیسی اتمهاي سدیم را سرد ساخته و در ناحیهاي کوچکتر از یک میلیمتر و در یک پتانسیل کمعمق جمع میکند.
مقدمه
مطالعه همبستگی بین ذرات پس از واپاشی بتائی مهمترین منبع تعیین نوع و میزان دخالت جریانهاي غیر استاندارد در برهمکنش هستهاي ضغیف است. مدل استاندارد حضور جریانهاي برداري و بردارمحوري را بترتیب در واپاشیهاي فرمی و گاموف-تلر پیشبینی میکند. از طرفی میزان شکست تقارن هاي گسسته در برهمکنش هستهاي ضعیف نمیتواند میزان ماده موجود در کیهان را توصیف کند.1 یکی از منابع شکست این تقارنها حضور هر چند اندك جریانهاي غیر استاندارد در برهمکنش ضعیف است2 و.3 پروژه تریمپ در تدارك انجام این اندازهگیريها بر روي ایزوتوپ Na٢١ در تله نوري- مغناطیسی است. در این مقاله گزارشی از مشخصات طراحی و ساخت قسمتهاي مختلف این سامانه و آخرین وضعیت آن ارائه شده است.
در یک تله نوري- مغناطیسی6، یک میدان ضد-هلمهولتز ایجاد شده توسط یک جفت سیم پیچ با ایجاد میدان صفر در مرکز وگرادیان به سمت خارج، باعث پلاریزه شدن نسبی اتمهائی میشود که از مرکز به سمت خارج حرکت میکنند - شکل . - 1 این اتمها به صورت انتخابی با نور لیزري که از جهت مخالف حرکت آنها به سمت داخل تابیده شده است نسبت به دیگر لیزرها بیشتر برهمکنش دارند. بر اثر جذب یک فوتون تکانهاي به سمت مرکز به اتم وارد میشود در حالیکه بازتابش همان فوتون در جهت تصادفی انجام میشود.
توالی زیاد این فرایند منجر به ایراد یک تکانه خالص به سمت مرکز به اتم شده و مؤلفه سرعت اتم در جهت لیزر کند میشود. در صورتی کهبهسرعت اتمها - که وابسته مشخصات تله نوري است - کمتر از حد معینی باشد، اتم میتواند در ناحیه مرکزي با میدان صفر گیرافتد. با توجه به تشابه ساختار ریز اتمی در Na٢١ و Na٢٣ میتوان با تنظیم لیزرها براي گیراندازي Na٢٣ و اعمال جابجائی ایزوتوپی به شرایط گیراندازي Na٢١ نزدیک شد.
تاسیسات آزمایش شامل دو مرحله تله نوري- مغناطیسی است - شکل . - 2 تله اول که به عنوان جمعکننده عمل میکند، یک محفظه شیشهاي کوچک با پنجرههاي اپتیکی است که نور لیزرهاي تله نوري- مغناطیسی براي ایزوتوپهاي سدیم عمود بر هم تقریبا تمام فضاي داخل آنرا پر میکند. داخل محفظه یک صفحه فلزي کوچک از جنس زیرکونیوم قرار دارد که به عنوان خنثیساز حرارتی عمل میکند. یونهاي کم انرژي سدیم خارج شده از یونساز حرارتی روي سطح این فلز متوقف میشوند. یک پالس حرارتی کوتاه دماي ورقه فلزي را تا 1300 درجه کلوین بالا برده و باعث خروج اتمهاي سدیم و ورود آنها به فضاي داخل محفظه میشود.
با توجه به مشخصات تله نوري- مغناطیسی - شدت تابش100 mW براي هر پرتو لیزر و گرادیان مغناطیسی - 20 G/cm تنها اتم هائی که سرعت کمتر از 60 m/s دارند در تله نوري گیر می افتند که درصد اندکی از کل اتمهاست. یک لایه از ماده SC-77 که بر پایه پارافین است باعث کاهش چسبندگی اتمهاي سدیم روي دیواره محفظه می شود. خروجیها و ورودي محفظه بزرگترین منبع فرار اتمها هستند که تا حد امکان کوچک انتخاب شده و با دیافراگم محدود شدهاند. با این وجود همچنان بازده تله جمعکننده در حد چند درصد از کل اتمهاي ورودي است. تله دوم در داخل یک محفظه بزرگ خلاء است که در اطراف آن آشکارسازهاي بتائی و یک اسپکترومتر تکانه یونی نصب شده است.
مشخصات نوري و مغناطیسی این تله مشابه تله اول است. به دلیل ابعاد بزرگ محفظه یک جفت سیمپیچ بزرگ در خارج محفظه نصب شده است که حامل 300A جریان بوده و با آب خنک می شوند. دوجفت سیم پیچ کوچکتر در آرایش هلمهولتز نیز در صفحه افقی و عمود بر هم نصب شدهاند که از آنها جهت تنظیم دقیق ناحیه صفر مغناطیسی، یعنی محل اتمهاي گیرافتاده در مرکز محفظه، استفاده میشود.
ابر کوچک اتمهاي گیرافتاده در تله اول توسط یک پالس لیزري به سمت محفظه تله دوم پرتاب شده و پس از طی یک مسیر بالستیک توسط پالس لیزري مخالف دریافت و گیراندازي میشوند. محاسبات و شبیه سازيها نشان میدهد که این کار در فاصله 60cm بین دو تله با بهره حدود %90 قابل اجراست. این عملیات در حال تمرین با اتمهاي Na٢٣ است. محفظه تله دوم از جنس فولاد 316 AISI ضد زنگ و غیر مغناطیسی بوده و سطوح داخل آن براي خلاء فوق بالا آمادهسازي شده است. محفظه از پائین به یک پمپ یونی با سرعت 800 l/s متصل است که توسط یک پمپ توربو با سرعت 60 l/s پشتیبانی میشود. خلاء داخل این محفظه به دلیل افزایش ماندگاري اتمهاي گیرافتاده در تله و اجتناب از نوفههاي ناشی از گاز زمینه تا 10-11 mbar کاهش مییابد.
آشکارسازي سینماتیک واپاشی بتائی
این پنجره تنها ذرات بتاي با انرژي کمتر از 40 keV را در خود متوقف میکند که درصد اندکی اینکهازذرات بتا هستند. با وجود قطر دهانه پوشش داده شده توسط این پنجره 180 mm است، این پنجره فلزي از استحکام کافی براي تحمل فشار یک اتمسفر در یکطرف خود را دارد بدون اینکه به شرایط خلاء طرف دیگر آسیب برسد. در شرایط کاري، آشکارساز بتائی تحت خلاء پائین بوده و تنشی به پنجره وارد نمی شود. روش جوشکاري این پنجره و یک مدل نیمهتجربی براي تخمین شرایط پنجره تحت فشارهاي مختلف و تغییر شکل حاصله در KVI ایجاد و تدوین شده است.
