WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

В Главе 4 описаны дальнейшие усилия, направленные на усовершенствование ТЭУ, на сей раз с целью создания новых приборов, чувствующих направление движения ЯАЧ через них. Для этого толстый (~ 0.мкм) слой Al был нанесен только на внутреннюю поверхность лицевого диска.

Тыльная и боковая поверхности прикатодной секции колбы были покрыты тонким (~0.050.1 мкм) Al слоем, - т.е. толщина последнего была заметно меньше пути захвата Al ядра даемоном с Ze = (13)e (<0) и V ~ 10-15 км/с.

Предполагалось, что ТЭУ будет реагировать на частицы, пролетающие от цоколя прибора через вакуум к его диску. Эти новые, чувствующие направление пролета частиц, приборы ТЭУ-167д были также изготовлены по нашему ТЗ на ЗАО «Экран-оптические приборы». На этот раз детекторный модуль и его компоновка были существенно изменены (Рис. 3). В то время, как верхний запускающий ФЭУ стандартно наблюдал ZnS(Ag) экран сверху с см, внизу модуля под сцинтилляционным экраном было расположено два ТЭУ167д, обращенных лицевыми экранами друг к другу (зазор между светоизолированными дисками был 5 мм, их расстояние до ZnS(Ag) экрана – см). HPS сигнал с верхнего ФЭУ-167 запускал сразу два осциллографа С9-8. На вторые лучи их подавались импульсы с помещенных внизу ТЭУ. При наличии сигналов на обоих лучах любого из осциллографов событие запоминалось ПК.

Чтобы не терять полгода на ожидание очередного мартовского максимума потока NEACHO объектов, эксперименты были начаты в сентябре 2009 года, сразу же по получении ТЭУ-167д от изготовителя. На высокой северной 60o широте Санкт-Петербурга осенний максимум – не самый лучший сезон для его регистрации с помощью детектора с горизонтальными элементами, поскольку выпадающие NEACHO объекты идут в это время почти касательно земной поверхности. Наибольшего значения вертикальная компонента их скорости достигает ближе к утренним часам (23ч – 7ч, в это же время минимальны наводки) у потока, идущего из-под земли.

Основное внимание было уделено поиску 30 мкс максимума в распределении N(t). Как и в предыдущей Главе 3, все события были классифицированы на содержащие «широкие» и «узкие» HPS. Поскольку ZnS(Ag) слой лежал на верхней поверхности полистирола, то первые соответствуют главным образом объектам, идущим снизу, а вторые – идущим сверху и регистрируемым ТЭУ с экраном, обращенным вниз (рис. 3).

Рис. 3. Два ТЭУ-167д обращены друг к другу своими лицевыми дисками, покрытыми ~0.5 мкм слоем Al изнутри. В результате нижний ТЭУ чувствует объекты, движущиеся вверх, тогда как находящийся над ним верхний ТЭУ (его экран обращен вниз), должен чувствовать идущие вниз объекты.

Сложение «широких» событий из -30 мкс бина с «узкими» событиями из +30 мкс бина действительно показывает их избыток над средним значением N(t). Однако в сентябре значимость этого потока едва достигает ~1. Но в первой половине октября он внезапно поднимается до ~3.1, после чего резко падает. Такое поведение вполне соответствует небесно-механическому сценарию, что первичный поток NEACHO объектов в сентябре, действительно, почти горизонтален и поэтому плохо регистрируется нашим детектором.

Октябрьский же максимум обусловлен объектами, захваченными с NEACHOs на GESCOs (Geocentric Earth-surface crossing orbits), которые нормальны поверхности Земли и постепенно уходят внутрь ее вследствие уменьшения их скорости из-за сопротивления вещества Земли. Их поток соответствует ~ 0.710-7 см-2с-1. Из-за уменьшения их скорости эти GESCO объекты должны из 30 мкс бина переходить в соседний 50 мкс бин (7.5 > V > 5 км/с). И действительно, приложение процедуры, подобной вышеописанной, к событиям 50 мкс бина показывает заметное возрастание числа событий в нем как-раз во второй половине октября. Таким образом, применение ТЭУ-167д, чувствующих прохождение и направление движения даемонов, позволило получить с помощью всего одного модуля (но с тремя ВЭУ) информацию об эволюции околоземных населений даемонов с хорошим уровнем достоверности (>3), что является пока наивысшим значением для наших измерений в течение одного сезона (~месяца).

Глава 5 посвящена изучению механизмов реакции ФЭУ на КЛ и ядерные излучения, включая сопоставление сцинтилляционных свойств экранов разных экземпляров ФЭУ.

То, что ФЭУ реагируют на КЛ благодаря сцинтилляционным свойствам стекла их экранов, было известно давно [3]. Однако возможность возбуждения сигнала в динодной сборке, Al и фоточувствительном покрытиях не была выяснена в полной мере.

С другой стороны, при использовании темных электронных умножителей (ТЭУ-167 изготовлены на базе ФЭУ-167) с малым (13 мм) прозрачным окном во внутреннем Al покрытии лицевого экрана 125 мм было замечено резкое падение темпа регистрации КЛ этими «темными» приборами. Поскольку ТЭУ167 были предназначены для регистрации ЯАЧ, нужно было прояснить причины их столь неожиданной реакции на КЛ.

Существенным мотивом работы в этом направлении было также желание понять, в какой степени содержание калия в стекле экранов даемончувствительных ФЭУ-167-1 может быть ответственно за эту чувствительность.

В качестве источников эталонных ядерных излучений для исследования откликов ФЭУ использовались КЛ, а также 60Co.

Изучение возможных причин падения регистрируемого ТЭУ-167 числа событий КЛ, которое оказалось пропорциональным площади малого прозрачного окна в лицевом диске прибора, привело к выводу, что частицы КЛ возбуждают световое излучение непосредственно в стекле диска.

В апреле 2009 года были проведены серии экспериментов со стандартным малошумящим ФЭУ-167 (№00015), облучавшимся КЛ. В первой серии экспериментов экран ФЭУ-167 закрывался черной бумагой, алюминизированным лавсаном, экраном ТЭУ-167 (с внутренним Al покрытием) или экранами других (еще 15-ти имевшихся в нашем распоряжении) ФЭУ-167, включая три даемон-чувствительных ФЭУ-167-1 с дисками из калий-содержащего стекла С-52-1. Оптический контакт экранов ФЭУ обеспечивался слоем глицерина. Наблюдения велись круглосуточно, но для сопоставления использовались только ночные экспериментальные данные (с 230 до 330 часов), когда фоновые электромагнитные наводки минимальны.

Как и следовало ожидать, если стекло экрана действительно сцинтиллирует, количество событий, обусловленных КЛ, возрастало по мере перехода от черной бумаги к алюминизированному лавсану и, далее, к зеркальному экрану ТЭУ-167. В последнем случае число событий более чем удваивается (по сравнению со случаем черной бумаги) вследствие дополнительных сцинтилляций в толще экрана ТЭУ-167 и отражения света от экранов обоих приборов внутренним Al покрытием ТЭУ. Таким образом, эффект сцинтилляционной активности стекол экранов ФЭУ-167 находит дополнительное подтверждение.

Рис. 4. Спектры сигналов (число событий N в зависимости от интенсивности - амплитуды их сигнала в мВ), полученных с ФЭУ-167 (№00015) при разных условиях.

n - число событий малой амплитуды (2.8 U 3.6 мВ).

- число событий малой амплитуды в час.

A – экран ФЭУ закрыт черной бумагой; экспозиция 1 час (ночью 20.04.2009 с 2.30 до 3.30 часов в условиях минимальных наводок), ( = 153 в час). Б – по центру экрана ФЭУ помещен на оптическом контакте полистироловый сцинтиллятор; экспозиция 40 мин ( = 285 в час). В – по центру экрана ФЭУ помещен Co источник; экспозиция 40 минут ( = 404 в час). Г – на полистироловый сцинтиллятор посреди экрана ФЭУ помещен Co источник;

экспозиция 10 минут ( > 2600 в час).

Во второй серии экспериментов с 15 другими ФЭУ-167, экраны которых прислонялись к экрану ФЭУ №00015, не выявили статистически значимых различий в сцинтилляционной активности стекла их дисков (около 600-событий/час), что относится и к трем даемон-чувствительным ФЭУ-167-1.

Правда, два ничем не примечательных ФЭУ-167 (один из них с нарушенным вакуумом) показали несколько увеличенный уровень сцинтилляционной реакции их экранов >1000-1200 событий/час.

Чтобы получить дополнительную информацию о физике явления, и опять-таки сопоставить свойства экранов разных ФЭУ-167, в качестве источника излучения был использован 60Co (0.3 МэВ -электроны и 1.17 + 1.МэВ -излучения).

Сопоставление энергетических сцинтилляционных спектров от стекла со спектрами от полистиролового (2% терфенил + 0.06% РОРОР) сцинтиллятора 15 мм и толщиной 4.5 мм, полученными как от фонового (главным образом КЛ) облучений, так и от и источника 60Co, показывают, что эффективность стекол типа С-52-1 и С-49-1, как сцинтилляторов, в ~ 102 ниже, чем пластмассового (рис. 4).

Известно, что для регистрации -излучения наиболее пригодны неорганические сцинтилляторы с большой объемной концентрацией электронов, т.е. с большим атомным весом (типа NaI и т.п.). В этом плане органические сцинтилляторы (как и стекла) проигрывают. Чтобы использовать их, для преобразования -излучений во вторичное электронное излучение часто применяют добавки (или прослойки) свинца [3, 13]. С этой целью мы поместили свинцовый блок толщиной 27 мм между 60Co источником и экраном ФЭУ-167.

Применение этой сборки в разных комбинациях с непрозрачной черной бумагой и с экранами других испытуемых ФЭУ показало, что и при облучении вторичными электронами экраны ФЭУ-167 из боросиликатного и калийсодержащего стекол не показывают заметного различия в сцинтилляционных свойствах.

Изучение сцинтилляционных свойств экранов ФЭУ привело к некоторым практическим выводам:

(1) Поскольку известны довольно эффективные сцинтилляторы из стекол, допированных, скажем, церием, было предложено изготавливать лицевые экраны ФЭУ (и, более общо, иных фотоэлектронных приборов) из сцинтилляционно-активного материала (Заявка на Патент РФ №2009145046/28 “Устройство для регистрации ядерных и фотонных излучений” / Дробышевский Э.М. и Дробышевский М.Э.). Это исключает необходимость использования в детекторах дополнительных специальных сцинтилляционных блоков, что в ряде случаев может заметно упростить их конструкцию, повысить эффективность и надежность прибора, уменьшить его вес и т.п.

(2) Из наших экспериментов следует, далее, что существенную роль в сцинтилляционном отклике подобных (и вообще) ФЭУ на (фоновые) излучения может играть тип светоизоляции его окна – поглощающая свет черная или же, напротив, отражающая зеркальная поверхность.

(3) Наконец, если вся внутренняя поверхность прикатодной секции колбы ФЭУ (теперь это «темный» электронный умножитель – ТЭУ) покрыта металлическим слоем, то это исключает попадание квантов сцинтилляционного излучения из стекла в фоточувствительный (щелочной) слой прибора. В таком случае КЛ не возбуждают в нем сигнал и поэтому низкофоновые (подземные) эксперименты могут стать в некоторых случаях излишними.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации.

Приложение 1 посвящено краткому обзору проблемы поиска объектов ТМ. Их обнаружение и выяснение природы является одной из самых актуальных и фундаментальных задач современной науки. Подробно рассмотрены физические процессы взаимодействия ЯАЧ с веществом.

Созданный на основе этой гипотезы детектор за 9 лет наблюдений с достоверностью C.L. 5 зарегистрировал в КИ поток низкоскоростных (V 10-15 км/с) ЯАЧ.

В Приложении 2 приводятся результаты наших небесно-механических расчетов захвата Солнцем даемонов – членов диска Галактики. Эти расчеты делают понятным, почему в наших экспериментах наблюдаются потоки объектов со скоростью главным образом ~ 10-15 км/с и с периодом 0.5 года – это, в основном, NEACHO объекты, а в экспериментах DAMA [1] – потоки с периодом 1 год и V ~ 30-50 км/с – это, в основном, SEECHO объекты.

Сопряжение наших и DAMA результатов позволило оценить газодинамическое сечение взаимодействия даемона с Солнечным веществом ~ 10-19 см2. Отсюда, в частности, следует, что DAMA эксперимент детектирует, по-видимому, не ВИМПы (Weakly Interacting Massive Particles – WIMPs) (для них сечение взаимодействия с нуклоном ~ 10-42–10-43 см2).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ В работе рассмотрен ряд физических и технических аспектов функционирования вторичных электронных умножителей, включая ФЭУ.

В результате по своей направленности содержательная часть работы может быть разделена на две взаимосвязанные части.

Так, подробно исследованы причины реакции ФЭУ-167 на космические лучи (КЛ). Эта реакция была выявлена в результате работ по созданию и модификации электронных умножителей, чувствующих пролет ядерноактивных частиц (ЯАЧ) - даемонов. Мы подтвердили, что ФЭУ могут реагировать на КЛ благодаря сцинтилляционным свойствам стекла своего лицевого экрана. Для понимания, почему некоторые экземпляры ФЭУ-167-1, экраны которых изготовлены из калий-содержащего стекла С-52-1, реагируют на пролет даемонов, мы провели специальные исследования, которые показали, что присутствие калия не меняет заметно сцинтилляционного отклика стекла на частицы КЛ. Сделан также вывод, что взаимодействие частиц КЛ с динодами, внутренним Al и/или фоточувствительным покрытием не ведут к возбуждению сигналов. Итогом исследований в этом направлении стал ряд рекомендаций, в том числе чисто практических советов, - когда желательно закрывать экран, скажем, черной бумагой, а когда – отражающим свет (зеркальным) материалом.

Подана заявка на изобретение фотоэлектронных приборов с лицевыми экранами из сцинтиллирующего стекла (материала). Такие приборы в некоторых случаях сделают ненужным применение дополнительных сцинтилляционных блоков. Отмечено, что эксперименты с применением некоторых типов электронных умножителей, чувствующих определенные компоненты космического излучения, не обязательно проводить в низкофоновых (подземных) условиях.

Другая часть работы содержит результаты исследований новых свойств и типов электронных умножителей. Эти исследования были стимулированы обнаружением реакции некоторых экземпляров ФЭУ-167-1 на проходящие через них с довольно низкими (астрономическими) скоростями (~10 км/с) ядерно-активные объекты, что было подтверждено подземными экспериментами в БНО (Глава 2). Можно предположить несколько причин такой реакции. Но поскольку было выявлено, что эти экземпляры ФЭУ-167-обладают довольно значительной (~0.5 мкм) толщиной внутреннего Al покрытия прикатодной части колбы (стандартно это ~ 0.1 мкм), то разумно было допустить, что отрицательно заряженные электрически ядерно-активные объекты, идущие в ФЭУ со стороны вакуума и поэтому сохраняющие этот заряд, захватывают в достаточно толстом (~ 1 мкм) металлическом слое ядро Al с его возбуждением и результирующей эмиссией электронов. Электроны стандартно умножаются в ФЭУ, создавая на его выходе электрический импульс. Поэтому основные усилия в данной работе были сконцентрированы на разработке этой рабочей гипотезы.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.