RU2323454C1 - Device for measuring correlations in neutron decay - Google Patents
Device for measuring correlations in neutron decay Download PDFInfo
- Publication number
- RU2323454C1 RU2323454C1 RU2006126890/28A RU2006126890A RU2323454C1 RU 2323454 C1 RU2323454 C1 RU 2323454C1 RU 2006126890/28 A RU2006126890/28 A RU 2006126890/28A RU 2006126890 A RU2006126890 A RU 2006126890A RU 2323454 C1 RU2323454 C1 RU 2323454C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- windings
- neutron
- vertical
- detectors
- decay
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Устройство относится к области экспериментальной ядерной физики, в частности к устройствам для магнитной спектрометрии заряженных частиц и изучения распада нейтрона.The device relates to the field of experimental nuclear physics, in particular to devices for magnetic spectrometry of charged particles and the study of neutron decay.
Известны предложения и устройства для измерения так называемой Р-нечетной (пространственной) корреляции в распаде поляризованного нейтрона [1]. В этих устройствах с помощью магнитного поля, создаваемого соленоидом, электроны распада, вылетевшие по и против направления спина нейтрона, направляются к детекторам, которые регистрируют скорости счета электронов в зависимости от направления импульса электронов. Затем измеряют скорости счета при изменении поляризации пучка нейтронов относительно поля. Результатом является асимметрия вылета электронов относительно спина распавшихся нейтронов. Недостатком магнитного поля соленоида в данных устройствах является наличие систематических погрешностей, связанных с неоднородностью поля вдоль оси соленоида, вызывающей эффект магнитного зеркала, искажающий естественную асимметрию распада.Known proposals and devices for measuring the so-called P-odd (spatial) correlation in the decay of a polarized neutron [1]. In these devices, using the magnetic field created by the solenoid, the decay electrons emitted along and against the direction of the neutron spin are directed to detectors that record the electron counting rates depending on the direction of the electron momentum. Then measure the count rate when changing the polarization of the neutron beam relative to the field. The result is an asymmetry in the emission of electrons relative to the spin of decaying neutrons. The disadvantage of the magnetic field of the solenoid in these devices is the presence of systematic errors associated with the inhomogeneity of the field along the axis of the solenoid, causing the effect of a magnetic mirror, distorting the natural asymmetry of decay.
Другой возможностью является использование магнитного поля прямого тока, которое имеет некоторые преимущества для исследования асимметрий вылета заряженных частиц при слабых распадах [2].Another possibility is the use of a direct current magnetic field, which has some advantages for studying the asymmetries of the emission of charged particles during weak decays [2].
По совокупности использованных признаков наиболее близким к предлагаемому решению является электромагнит для спектрометрии распада нейтрона, реализующий магнитное поле прямого тока и содержащий обмотку, охватывающую вакуумную камеру, в котором обмотка электромагнита выполняется в виде двух совокупностей прямоугольных витков, каждая из которых размещена по образующим двух полуцилиндров и торцевым пластинам в виде полудисков. Полудиски и полуцилиндры герметично соединены друг с другом попарно, образуя полукамеры, их кромки совмещены в одной плоскости и соединены сварным соединением с прямоугольным Ф-образным фланцем, имеющим два равных прямоугольных окна, разделенных центральной перемычкой, соответствующей по размерам диаметру и длине полуцилиндрам. В промежутках между витками в торцевых пластинах полукамер имеются окна для входа и выхода горизонтального нейтронного пучка, направляемого параллельно оси полуцилиндров и длинным сторонам витков обмотки [3].According to the totality of the features used, the closest to the proposed solution is an electromagnet for neutron decay spectrometry, which implements a direct current magnetic field and contains a winding covering a vacuum chamber, in which the electromagnet winding is made in the form of two sets of rectangular turns, each of which is placed along the generators of two half cylinders end plates in the form of half disks. Half-disks and half-cylinders are hermetically connected to each other in pairs, forming half-chambers, their edges are aligned in the same plane and welded to a rectangular F-shaped flange having two equal rectangular windows separated by a central jumper corresponding in size to the diameter and length of the half-cylinders. In the intervals between the turns in the end plates of the half-chambers there are windows for the entry and exit of a horizontal neutron beam directed parallel to the axis of the half-cylinders and the long sides of the turns of the winding [3].
Недостатком прототипа является сложность конструкции и уникальность технологии намотки витков непосредственно на половину корпуса вакуумной камеры, большая длина горизонтально расположенной рабочей части и связанные с этим трудности в обеспечении криогенных температур для высокого значения полного тока.The disadvantage of the prototype is the complexity of the design and the uniqueness of the technology of winding coils directly on half the body of the vacuum chamber, the large length of the horizontally located working part and the associated difficulties in providing cryogenic temperatures for high total currents.
Целью предлагаемого устройства является расширение функциональных возможностей при исследования корреляций в распаде поляризованного нейтрона, повышение технологичности и компактности устройства.The aim of the proposed device is to expand the functionality in the study of correlations in the decay of a polarized neutron, increasing the manufacturability and compactness of the device.
Поставленная цель достигается тем, что:The goal is achieved by the fact that:
- Обмотка магнита выполнена в виде совокупности идентичных вертикальных кольцевых обмоток, закрепленных в пазах центрального узла и развернутых по окружности в горизонтальной плоскости на равные углы 360°/n, где n - число обмоток, охватывая поверхность вписанного в них тора.- The magnet winding is made in the form of a set of identical vertical annular windings, fixed in the grooves of the central node and rotated around the circumference in the horizontal plane to equal angles 360 ° / n, where n is the number of windings, covering the surface of the inscribed torus.
- Обмотки содержат каналы для подачи жидкого гелия и подключены к кольцевому напорному коллектору, расположенному ниже тора обмоток, и гелиевой ванне, расположенной выше тора.- The windings contain channels for supplying liquid helium and are connected to an annular pressure collector located below the torus of the windings and a helium bath located above the torus.
- Центральный узел выполнен в виде вертикального стержня, несущего элементы крепления обмоток, ванны охлаждения и тепловые экраны.- The central node is made in the form of a vertical rod carrying the fastening elements of the windings, cooling baths and heat shields.
- Вакуумная камера выполнена в виде двух вертикальных полусфер, герметично соединенных фланцами с вертикальной кольцевой обечайкой с закрепленным в ней диаметрально стержнем центрального узла, охватывает обмотки электромагнита с элементами криогенной системы и содержит окна для подключения горизонтального вакуумного нейтроновода, несущего пучок холодных или тепловых нейтронов.- The vacuum chamber is made in the form of two vertical hemispheres, hermetically connected by flanges with a vertical annular shell with a central assembly rod diametrically fixed in it, it covers the electromagnet windings with elements of a cryogenic system and contains windows for connecting a horizontal vacuum neutron guide carrying a beam of cold or thermal neutrons.
- Детекторы протонов и электронов выполнены из трех независимых частей в виде двух плоских мозаичных наборов сцинтилляторов, расположенных выше и ниже пучка нейтронов вблизи точки его максимального приближения к вертикальной оси системы, а также в виде сэндвича из двух совмещенных идентичных вертикальных пластин сцинтилляторов с промежуточным отражающим экраном, размещенного по другую сторону осевого стержня и перпендикулярного оси пучка нейтронов.- Proton and electron detectors are made of three independent parts in the form of two flat mosaic sets of scintillators located above and below the neutron beam near the point of its closest approximation to the vertical axis of the system, as well as in the form of a sandwich of two identical vertical scintillator plates combined with an intermediate reflective screen placed on the other side of the axial rod and perpendicular to the axis of the neutron beam.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически показано вертикальное сечение устройства, а на фиг.2 показано сечение устройства по средней горизонтальной плоскости вдоль пучка нейтронов.The device is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows a vertical section of the device, and figure 2 shows a section of the device along the average horizontal plane along the neutron beam.
Устройство состоит из двух полусферических полукамер 1 и 2, герметично соединенных фланцами с вертикальной кольцевой обечайкой 3, в которой диаметрально закреплен вертикальный центральный узел 4, несущий ванны 5 и 6 охлаждения и тепловые экраны 7. Центральный узел выполнен в виде вертикального стержня или трубы, в утолщенной средней части которой прорезаны вертикальные пазы по числу обмоток электромагнита. Обмотки 8 электромагнита выполнены в виде многовитковых колец прямоугольного сечения и намотаны проводом из сверхпроводящего материала. Обмотки закрепленны в пазах центрального узла и развернуты по окружности в горизонтальной плоскости на равные углы 360°/n, где n - число обмоток, охватывая поверхность вписанного в них горизонтального тора. Число обмоток может быть выбрано от 16 до 32 и более, в зависимости от внешнего диаметра тора. Обмотки содержат каналы 9, 10 для подачи жидкого гелия и подключены к кольцевому напорному коллектору 11, расположенному ниже тора обмоток, и гелиевой ванне 12, расположенной выше тора обмоток. Обмотки 8 и гелиевые ванны 12 охвачены сферическим тепловым экраном 13, в свою очередь охлаждаемым с помощью ванн 5 и 6 с жидким азотом. Жидкий гелий подается в систему с помощью штыковых криогенных вводов 14. Вакуумная камера и тепловой экран содержат окна 15 для прохождения нейтронного пучка прямоугольной формы. В области, где расстояние от пучка до центрального узла минимально, выше и ниже пучка расположены прямоугольные пластины 16 и 17 сцинтилляционных детекторов, регистрирующих электроны или протоны. Третий детектор 18 изготовлен в виде сэндвича из двух совмещенных идентичных вертикальных пластин сцинтилляторов с промежуточным отражающим экраном и размещен по другую сторону осевого стержня 4 перпендикулярно оси пучка нейтронов. Корпус устройства размещается на тележке 19, регулируемой по высоте и прецизионно перемещаемой по горизонтальной опорной плоскости. Вакуумная откачка объема может производиться через патрубки, не показанные на фиг.1 и фиг.2, с помощью высоковакуумных насосов произвольного типа. Предусмотрена прокачка жидкого гелия через каналы обмоток под давлением. Выход гелия из устройства производится через штыковые разъемы 20, подключаемые к криомагистралям.The device consists of two hemispherical half-
Устройство работает следующим образом. Обмотки 8 соединены так, что ток течет по ним в одну сторону, например в точках примыкания к центральному узлу 4 - вверх. Симметричное расположение обмоток обеспечивает аксиально-симметричное поле типа 1/r, где r - расстояние от центра, внутри вписанного в обмотки тора. При этом внешнее поле очень близко к нулю уже на расстояниях в несколько сантиметров от тора. Если использовать полный ток порядка 1 МА, то напряженность поля во всем объеме будет достаточной для транспортировки протонов и электронов от распада нейтронов к детекторам, благодаря действующей на них силе Лоренца в неоднородном поле. При вводе пучка нейтронов через окно 15 можно осуществить сбор протонов или электронов от распавшихся при пролете камеры нейтронов и зарегистрировать их с помощью детекторов 16 и 17, а также 18, расположенных внутри тора обмотки. Если пучок нейтронов поляризован вдоль импульса, т.е. перпендикулярно плоскости фиг.1, то детекторы 16 и 17 регистрируют электроны и протоны, вылетевшие перпендикулярно спину распавшегося нейтрона, а две пластины детектора 18 регистрируют электроны или протоны, вылетевшие вдоль или против спина распавшихся нейтронов. Тогда, измеряя количества зарегистрированных частиц, можно подсчитать асимметрию испускания указанных частиц распада в зависимости от направления спина нейтронов.The device operates as follows. The
Устройство обеспечивает одновременную регистрацию заряженных частиц, испускаемых нейтронами при распаде, как вдоль спина, так и перпендикулярно спину, что расширяет функциональные возможности исследования корреляций, полностью реализуя предложения, высказанные в работе [2]. Помимо измерения корреляций устройство обеспечивает условия для определения времени жизни нейтрона, поскольку три детектора регистрируют испускание электронов или протонов в угол 4π.The device provides simultaneous registration of charged particles emitted by neutrons during decay, both along the spin and perpendicular to the spin, which extends the functionality of the study of correlations, fully realizing the proposals made in [2]. In addition to measuring correlations, the device provides conditions for determining the neutron lifetime, since three detectors register the emission of electrons or protons at an angle of 4π.
Экономическая эффективность проявляется при сравнении эксплуатационных расходов на проведение экспериментов для достижения заданной точности. По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция устройства обеспечивает более благоприятные условия для течения жидкого гелия, что сокращает время заливки и захолаживания и уменьшает расход гелия. Компактность устройства за счет сферичности упрощает размещение на пучках нейтронов в реакторном зале. Формы вакуумной камеры и тепловых экранов оптимальны с точки зрения прочности при минимальном весе.Economic efficiency is manifested when comparing the operating costs of experiments to achieve a given accuracy. Compared with the prototype, the proposed device design provides more favorable conditions for the flow of liquid helium, which reduces the time of filling and cooling and reduces helium consumption. The compactness of the device due to sphericity simplifies the placement of neutron beams in the reactor hall. The shapes of the vacuum chamber and heat shields are optimal in terms of strength with minimal weight.
ЛитератураLiterature
1. Dubbers D. et.al. Europhys. Lett. 1990, 11(3), 195.1. Dubbers D. et.al. Europhys. Lett. 1990, 11 (3), 195.
2. В.В.Васильев. Нейтрон в аксиально-имметричном неоднородном магнитном поле и анализ структуры слабого взаимодействия. Ядерная физика, 1998, том 61, №12, с.2243-2252.2. V.V. Vasiliev. Neutron in an axially-symmetric inhomogeneous magnetic field and analysis of the structure of weak interaction. Nuclear Physics, 1998, Volume 61, No. 12, p. 243-2252.
3. В.В.Васильев и др. Электромагнит для спектрометрии распада нейтрона. Патент РФ №2256197 от 10.07. 2005 М. кл. G01Т 3/00, G21k 1/093.3. VVVasiliev et al. Electromagnet for neutron decay spectrometry. RF patent No. 2256197 dated July 10. 2005 M. cl. G01T 3/00, G21k 1/093.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006126890/28A RU2323454C1 (en) | 2006-07-24 | 2006-07-24 | Device for measuring correlations in neutron decay |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006126890/28A RU2323454C1 (en) | 2006-07-24 | 2006-07-24 | Device for measuring correlations in neutron decay |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2323454C1 true RU2323454C1 (en) | 2008-04-27 |
Family
ID=39453188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006126890/28A RU2323454C1 (en) | 2006-07-24 | 2006-07-24 | Device for measuring correlations in neutron decay |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2323454C1 (en) |
-
2006
- 2006-07-24 RU RU2006126890/28A patent/RU2323454C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2572250B2 (en) | Magnetic field generator | |
US7154271B2 (en) | Split type NMR Superconductive magnet device and NMR apparatus for solution analysis with a permanent current switch holding the split type superconducting magnet in a permanent current mode | |
US7208954B2 (en) | NMR analyzer | |
JPH0322774B2 (en) | ||
Mori et al. | Flavour violating muon decays | |
Lacoste et al. | Experimental study of the charge distribution of O16 and O18 by electron scattering | |
RU2323454C1 (en) | Device for measuring correlations in neutron decay | |
Kirn | The AMS-100 experiment: The next generation magnetic spectrometer in space | |
Kimura et al. | Development of a small Beta-NMR system using Halbach Array permanent magnet | |
Tomono et al. | Progress in development of new μSR spectrometer at RIKEN-RAL | |
RU2256197C2 (en) | Electric magnet for spectrometry of neutron decomposition | |
Sieber et al. | Next Generation Cryogenic Current Comparator (CCC) for nA Intensity Measurement | |
Molzon | The MECO experiment to search for μ− N→ e− N with 10− 17 sensitivity | |
JP4034223B2 (en) | Superconducting magnet for NMR apparatus and NMR apparatus | |
Buehler et al. | Magnetic measurements for a MICE spectrometer solenoid | |
JP2004325252A (en) | Magnet for nuclear magnetic resonance device, and nuclear magnetic resonance analytical device using it | |
Mougey | Overview of the Experimental Equipment for CEBAF | |
Ferretti | arXiv: ALICE upgrades for Run 4 and Run 5 | |
Kekelidze et al. | The Multipurpose Detector (mpd) | |
ORITO et al. | J. YASHIMA, T. MASHIMO, S. MIHARA, T. MORI, H. NISHIGUCHI, W. OOTANI | |
Interesting et al. | Topics to Cover | |
Tsentalovich et al. | Polarized Internal Gas Target in a Strong Toroidal Magnetic Field | |
Mikhailichenko | Iron-free detectors for future linear colliders | |
OOTANI | NEW EXPERIMENT TO SEARCH FOR u’-> e’y AT PSI | |
Pope et al. | A GENERAL PURPOSE TOROIDAL DETECTOR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090725 |