Nyalábdiagnosztika, reakiótermékek azonosítása

azo-nosítása

A nyaláb rossz min®sége miatt szükség van rá, hogy a nyalábrészeskéket

azonosítsuk: meghatározzuk minden egyes ion töltését, rendszámát,

töme-gét, sebességét, gyakran még az irányát is. Amíg elég kisi a

nyalábintenzi-tás (

≤ 10 ⁵

), addig minden egyes nyalábrészeske sorsát nyomonkövethetjük születését®l egészen amegállásáig. A mag röptében nem tudjukközvetlenül

mérni számos jellemz®jét, ígyazokat mérhet® mennyiségekb®lkell

visszakö-vetkeztetni.

A nyalábrészeske rendszámát egy vékony detektorban való

energiavesz-teség mérésével határozhatjuk meg, mivel az energiaveszteség nagyenergiás

nehézionokra arányos a rendszám négyzetével

∆ E ∝ Z ²

^{. Egy vékony}

(50-500

µ

^{m) Si detektor is elegend® feloldást tudott} biztosítani a Z

≤

²⁸

rend-számtartományban a szomszédos elemek megkülönböztetésére. A nagyobb

Z

^{-j¶ elemeknél már gáztöltés¶ ionizáióskamrák használata ajánlott.}

A részeske sebességét, ezen keresztül kinetikus energiáját repülési id®

mérésével határozzuk meg. Két, lehet®leg egymástól távol elhelyezett gyors

"

Repülési ido

Energiaveszteség

3.5. ábra. A másodlagosradioaktívnyaláb azonosítása plasztik

szintillátor-ralmért

∆ E

^ésrepülésiid® adatok alapján.

vékony plasztik szintillátor, hannel plate detektor vagy a nyalábpozíiót

monitorozó sokszálas gázdetektor (PPAC) [58℄. Rikenben közel 20 méteres,

a Ganilban több mint 80 méteres a repülésiid®-mérés bázistávolsága.

Mi-vel az els®dleges nyaláb pontosan meghatározott energiával sapódott be a

éltárgyba, akilép®részeskék kinetikus energiájánakmérésévelmeg tudjuk

határozni, hogy mennyi energia fordítódott az ütközésben bels®

gerjeszté-sekre, amier®sen korrelálta reakióban leadottnukleonok számával. Ennek

megfelel®en, a repülésid®-mérés közvetve tömegmérésnek felel meg. A 3.5.

ábrán a másodlagos radioaktív nyaláb plasztik szintillátorral mért

∆ E

^és

repülésiid® adatok alapján történ®azonosításáramutatok példát.

A nyaláb pozíiójának (ezen keresztül az irányának) a meghatározására

helyzetérzékeny gázdetektorokat (PPAC) használtunk.

A mágneses szeparáió miatt viszonylag könnyen mérhet® a

reakióter-mék mágneses rigiditása (

Bρ

^{), ami azt mutatja meg, hogy egy adott}

er®s-ség¶ mágneses tér milyen sugarú pályán képes eltérítenia nyalábrészeskét.

Bρ ∼ Av/Q

^{, ahol}

A

^{a mag tömege,}

Q

^{a töltése és}

v

^{a sebessége. A}

Bρ

köz-vetlenül mérhet® a dipól mágnes diszperzív fókuszsíkjában helyzetérzékeny

detektorokkal. A

Bρ

meghatározásának külösen nagy jelent®sége van, ha a

Detektorok

Target

S P E G Nyaláb

3.6. ábra. A Speg mágneses spektrográf rajza.

jelenlétetöbbszempontbóliskomolykihívástjelentene, ezértagyakorlatban

olyan energiákat választottunk, illetveúgy helyezünk el nyalábdiagnosztikai

eszközöket a nyaláb útjába, hogy minden kritikus helyen teljesen lefosztott

ionjainklegyenek. A pozíiómérés azonban így is hasznos, mert informáiót

ad arról, hogy a részeske milyen hosszú pályán futott a dipól mágnesben,

amifontoskorrekiót ada részeske sebességének id®mérésb®l történ®

meg-határozásához.

A másodlagos reakióban keletkez® termékek azonosítására ugyanazokat

atehnikákatlehethasználni,haahelymegengedi. AGanilbana

fragmentá-ió in-beam

γ

-spektroszkópiai vizsgálata során a reakiótermékeket a Speg mágneses spektrográf [59℄,illetveafókuszsíkjában elhelyezett detektorok

se-gítségével azonosítottuk. A Speg spektrométer vázlatos rajza a 3.6. ábrán

látható.

ASpegmágnesesspektrográffókuszsíkjábanelhelyezettionizáióskamra

segítségével lehetett mérni a fajlagos energiaveszteséget (

∆ E

^{), a mágneses}

rigiditásról (

Bρ

^{) a} fókuszsíkban elhelyezett sokszálas poziióérzékeny

drift-kamrákadtak informáiót,ésateljesenergiát(

E

^{)abejöv®ionokatmegállító}

plasztik szintillátorbóllehetett megkapni. A Speg plasztik detektora és a

éltárgyel®ttelhelyezettutolsónyalábdiagnosztikaiplasztikközöttmérveaz

id®t a repülési id®t is megtudtuk határozni az azonosításhoz. A targett®l a

plasztikig 12 m-t kellett befutniuk az ionoknak, ami nagy-megbízhatóságú

tömegszeparáióttett lehet®vé.

TulajdonképpenaSpegmellettaszükségesnéljóvaltöbbadatot

gy¶jtöt-tünk az azonosításhoz, éssak a

∆ E

^{repülésiid® módszert} használtuk. A repülésiid®t korrigáltukaSpeg-ben megtettútkülönbségekre afókuszsíkba

való besapódás helye alapján. Egymástól 0.5-m-re két sokszálas ionizáiós

kamra is elvolt helyezve, amelyek segítségével abesapódás szögét is mérni

lehetett, ésteljespályarekonstrukiót lehetettsinálni. Eztamódszert

hasz-nálvaa reakiótermékek esetleges áttölt®dése sem okozott problémát.

Másodlagos fragmentáió használata esetén az els®dleges reakióban

ke-letkez®kismennyiség¶(

< 10 ^{− 3}

)áttöltöttkomponensmegfelel®sebesség(

Bρ

⁾

esetén végig tud menni a nyalábsatornán, és eljuthat aSpeg fókuszsíkjára

is. Eztaháttérkomponenstanyaláb repülésiidejérevalókapuzássalki lehet

sz¶rni. Mivel a Speg-et nehézionreakiók spektroszkópiai vizsgálatára

ter-vezték, mindenparaméterébenmesszemeghaladjaarészeskeazonosításáltal

támasztottkövetelményeketésszélesdinamikaeseténisnagyontiszta

azono-sítástteszlehet®vé. Ugyanakkorafókuszsíkdetektorainembírjákaterhelést.

A driftkamra lassúságamiatt sak

10 ³

pps reakiótermék-intenzitást tolerál aSpeg.

A rugalmatlan-szórásikísérletekben

∆ E − E

^módszerthasználtunk a re-akiótermékek azonosítására, amit repülésiid® mérés egészíthetett ki. Az

energiaveszteséget egy vékony Si detektorban határoztuk meg. Az energia

mérésérevagyvastagSidetektort, vagyvastagplasztikszintillátorokat

hasz-náltunk.

ASiteleszkópbana

∆ E

^ésaz

E

^detektorközvetlenülegymásután helyez-kedett el,amitegyvétó detektorkövetett. Mértünk egyetlen teleszkóppal is,

Energiaveszteség

3.7. ábra. A

26

Ne izotóp fragmentáiója során keletkez® er®sen

neutrongaz-dag izotópok szétválasztása

∆ E

-repülésiid® módszerrel a Speg spektrográf fókuszsíkjában.

detektorkeretek miattanégy detektorralsakegykétszeres faktortnyertünk

hatásfokban. A Si + plasztik teleszkóp rendszerben a plasztik detektorok 5

és 10 m széles rendszere egy 1 négyzetméteres falat fedett le 3.5 m-re a Si

detektortól, úgy hogy az egész rendszer vákuum alatt volt. Kisrendszámok

esetén ez volt a leghatékonyabb megoldás és elegend®en nagy térszöget le

lehetettfedni vele.

Rugalmatlan-szórásikísérletekben areakiótermékekközöttmegjelenika

kölsön-nem-hatott nyaláb is, amidominálja a spektrumot. Mivel a nyaláb

több nagyságrenddel nagyobb hozammal jelenik meg, mint a

reakiótermé-kek,ahozzátartozósúsfarkaelfediazösszesneutronkiütéssel el®állóizotóp

jelét. Ezek a magok sak akkor válnakláthatóvá, hapl. gamma sugárzással

koinideniában nézzük a

∆ E − E

spektrumot. Ilyenkor a kölsön-nem-hatott nyaláb nagy részét ki lehet sz¶rni. Ebb®l az is következik, hogy a

∆ E − E

^módszerrela neutron-kiütési reakiókban nem lehet meghatározni, hogymilyenazalapállapotésagerjesztett állapotpopuláiójánakazaránya,

N fragmens

tömegszám 28 Ne

kapu

3.8. ábra. A neon izotópokszeparáiója

∆ E − E

^{mérés alapján.}

satolásáról.

Akétdimenziós

∆ E − E

spektrumokbanazegyizotóphoz,pl.anagy sta-tisztikávalmérhet®nyalábkomponensheztartozógörbéreegypolinomotlehet

illeszteni. Ezt a görbét felhasználva linearizálni lehet a

∆ E − E

^görbéket,

hogyegydimenzióstömegspektrumotkapjunk. Azáltalunk használtlegjobb

feloldáseseténismaradnémiátfedés azizotópokközt,de akülönböz®

izotó-pokjólelválaszthatóak voltakegymástólígyis. A3.8. ábrán

28

Neizotópnak

folyékony hidrogén éltárggyal való ütközése során keletkez® neon izotópok

szétválasztására mutatok példát.

In document TADTR
ÉRTEEZÉS Aza

agk héjzekezeéekv (Pldal 30-35)