بخشی از مقاله
چکیده
شبیه سازی آستانه تولید فوتونی پایون خنثی S p توسط کد Geant4 انجام گرفته است . پرتو فوتون ورودی با انرژی های150MeV تا 280MeV به هدف پلیمری که از 10 کربن و 11 هیدروژن ساخته شده است فرود می آید. بررسی صورت گرفته برروی انرژی و زوایای پراکندگی پایون خنثی در نزدیکی آستانه تولید میباشد. یک رابطه خطی بین انرژی و زاویه پراکندگی در آنالیز داده هابدست آمده است و قله زاویه پراکندگی بین زوایای 40 تا 100 درجه در انرژی های ذکر شده مشاهده شده است.
.1مقدمه
بعد از کارهای نظری انجام گرفته توسط یوکاوا در 1935 که فرض کرد یک ذره به نام مزون نیروی هسته ای قوی را حمل میکند، در سال 1947 برای اولین بار اولین مزون را در اشعه های کیهانی منتشر شده در جو مشاهده کردند این مزون بار دار پایون نامیده دش . چندین سال بعد پایون خنثی کشف شد. آشکار سازی پایون خنثی بعلت خنثی بودن آن بسیار مشکلتر از پایون باردار است و تنها از روی اثرات آن میتوان به وجود این ذره پی برد. پایون خنثی سبکترین مزون با جرم سکون 135 MeV و نیمه عمری در حدود 8.3*10-17 secاست که بسرعت واپاشی میکند. فرایند در حدود %98/8 از این واپاشیها را شامل می شود و در%1/2باقیمانده پایون به جفت الکترون- وپزیترون و یک گاما + e+ + e- واپاشیده میشود.
کی از واکنشهایی که در آن میتوان پایون خنثی را تولید کرد تبدیل گاما به پایون در کنار هسته اتم میباشد . اشعه گاما در این فرایند باید حداقل داری انرژی آستانه تولید پایون یعنی 144.7MeV باشد.شکل 1 نمودار فایمن برای تولید فوتونی پایون را نشان میدهد.در این مقاله تولید فوتونی پایون خنثی S p، توسط نرمافزار GEANT4 شبیه سازی شده است که در بخش 4 به بررسی نتایج بدست آمده در این شبیه سازی میپردازیم.نرمافزار GEANT4[1] ابزاری برای شبیه سازی حرکت ذرات در مواد است که از روش مونت کارلو برای محاسبات استفاده میکند این نرمافزار توسط سازمان اروپایی فیزیک ذرات CERN[2] گسترش یافته است که چهارمین نسخه از این برنامه بر پایه زبان شی ء گرای C++ طراحی گردیده است.
.2آستانه تولید پایون
تولید پایون خنثی توسط فوتون را میتوان بصورت یک واکنش دو جسمی در نظر گرفت که در یک طرف فوتون ورودی در کنار هسته ساکن اتم هدف و در طرف دیگر هسته هدف پس زده شده و پایون تولیدشده را داریم.واکنش تولید فوتونی پایون بصورت زیر میباشد:که در آن x مواد هسته هدف است.انرژی آستانه تولید پایون در این واکنش عبارت است از:انرژی ناوردای کل به شکل زیر تعریف میشودجمله بالا را میتوان بصورت زیر بسط داد :با توجه به اینکه:و با استفاده از این واقعیت که خواهیم داشت:انرژی آستانه تولید پایون در کنار پروتون با جایگذاری m beam= 0 , m X = m p Ecm= E NوElab= Ethreshold حاصل میشود:برای معادله + p o + p ، E N برابر است با . - m + mp - برای تولید پایون خنثی توسط فوتون در کنار هیدروژن داریم:با توجه به داده های موجود حد آستانه تولید پایون خنثی در کنار پروتون Ethreshold = 144.7MeV است.
.3هندسه و مواد
هندسه محیط بکار رفته در این شبیه سازی برگرفته از آزمایش انجام شده در آزمایشگاه فیزیک ذرات MAMI1 در آلمان برای تولید پایون از طریق پرتو ورودی گاما میباشد.در این شبیه سازی فوتون های ورودی با انرژی 150MeV تا 280MeV پس از گذر از جاذب برلیومی - برای سخت کردن فوتون - و موازی ساز به هدف پلیمری که از 10 اتم کربن و 11 اتم هیدروژن ساخته شده است برخورد میکند . در بین موازی ساز و هدف برای فیلتر کردن ذرات تولیدی در جاذب برلیومی از یک دیواره سربی به همراه یک میدان مغناطیسی استفاده شده است این میدان مغناطیسی
باید به اندازه کافی قوی بوده که بتواند تمامی ذرات تولیدی را جاروب کند . این هندسه آزمایشگاهی را در هوایی با فشار بسیار پایین قرار داده ایم. شکل 2 هندسه بکار رفته در آزمایش را نمایش میدهد.
.4نتایج و بحثها
انرژیهای بکار رفته در این شبیه سازی در محدوده 150MeV ، 200MeV ،230MeV ، 250MeV ،280MeV می باشد.در شکل 3 انرژی بر حسب زوایای پراکندگی رسم شده است که یک رابطه خطی بین انرژی و زاویه رپاکندگی را نشان میدهد. با افزای ش انرژی شیب نمودار کاهش مییابد.
