А.С. Белоусов, Н.П. Буданов, Я.А. Ваздик, Б.Б. Говорков, А.И. Лебедев, Е.И. Малиновский, Е.В. Минарик, С.В. Русаков, В.И. Сергиенко,Е.И. Тамм, А.М. Фролов, П.А. Черенков, П.Н. Шарейко

 
 
ПОЛНЫЕ СЕЧЕНИЯ АДРОННОГО ФОТОПОГЛОЩЕНИЯ НА
ВОДОРОДЕ И ДЕЙТЕРИИ ПРИ ЭНЕРГИИ 10 - 40 ГЭВ

 

    Работа выполнена в период 1971 -1972 г.г. на электроном пучке [1] второго канала протонного синхротрона У-70 в Протвино на установке “Гамма-е”. Схема установки приведена на Рисунке 1. Описание отдельных узлов установки приведено в работах [2,3,7 ],  полученные результаты представлены в  [5.9 ]. 

Рисунок 1. Блок - схема эксперимента по измерению полных поперечных сечений адронного фотопоглощения на водороде и дейтерии: ДАВ-1 и ДАВ - детекторы адронов, S1 , S2 - сцинтилляционные счетчики мониторирования пучка, АС 1 и АС 2 - охранные счетчик, ЧСПП - составной спектрометр полного поглощения, ЖВМ -1.5 - криогенная мишень, ВП - ионопровод

Аннотация

    Алгоритм эксперимента можно проиллюстрировать с помощью схемы эксперимента, представленной на Рисунке 1. Пучок электронов [1] с известным импульсом (измерения были выполнены при импульсе электронов в пучке Ре = 31 и 40 ГэВ/с) выходит из магнитооптического канала по ионопроводу и после формирования свинцовыми коллиматорами и охранными счетчиками АС1 и АС2 попадают на мишень. Электроны первичного пучка с энергией Еo взаимодействуют с веществом мишени (точка А) в подавляющем числе случаев с испусканием фотонов тормозного излучения. Вторичный электрон (испытавший акт радиационного торможения) проходит сквозь отверстия детекторов ДАВ-1 и ДАВ-2 [2] и попадает в ливневой спектрометр ЧСПП [3], предназначенный для измерения энергии фотонов и электронов. Если тормозной фотон не претерпел взаимодействия в мишени, то также попадает в ЧСПП. Их суммарная энергия, выделившаяся в радиаторе ливневого спектрометра, равна энергии первичного электрона. Такое событие ни чем не отличается от случая, когда пучковый электрон проходит сквозь мишень без взаимодействия, т.к. в обоих случаях со спектрометра поступает импульс с амплитудой Ео. В случаи поглощения фотона в веществе мишени (точка Б) с вылетом адронов в ЧСПП попадает только вторичный электрон с энергией Ее, и разность Ео - Ее равна энергии тормозного фотона, вызвавшего акт адронного взаимодействия.

     Рисунок 2. Спектры импульсов от спектрометра полного поглощения, измеренные с мишенью, наполненной водородом (сплошная      линия), и с пустой мишенью (голубые точки). Спектры нормированы на одинаковое число частиц, прошедших через установку.

Такое событие идентифицируется совпадением сигналов пучкового монитора, ливневого спектрометра и одного из адронных детекторов. На Рисунке 2 показаны спектры импульсов от ЧСПП, зарегистрированные с мишенью, наполненной водородом (или дейтерием), и с пустой мишенью. Из рисунков видно, что в обоих случаях в распределениях присутствует пик, соответствующий регистрации электронов пучка с энергией 31 ГэВ, и "хвост" от электронов меньших энергий. В спектрах с пустой мишенью этот "хвост" обусловлен содержанием в первичном пуске электронов с энергией меньшей Ео и является основным источником фона. В проведенных измерениях вклад этой компоненты составлял меньше 1.5 % от интенсивности пучка.
Разность выходов, измеренных с полной и пустой мишенью (YH - Yo) , связана с величиной полного поперечного сечения адронного поглощения соотношением:

σt(γN) =

где Ne - число электронов, прошедших через установку, nN - число атомов в кубическом сантиметре вещества мишени, Е1 и Е2 - границы энергетического интервала тормозных фотонов, Х0 - радиационная единица длины вещества мишени, L - длина мишени, ε - эффективность установки для регистрации события [4].
      При вычислении поперечных сечений вводились следующие поправки:

1) Поправка на электророждение адронов виртуальными фотонами, вклад которой для фотонов с энергией от 12 до 30 ГэВ составлял от 6 до 14%. Алгоритм вычисления приведен в работе [5].

2) Поправка, связанная с отличием формы спектра тормозного излучения от зависимости 1/Еγ, которая использовалась при получении формулы для определения величины сечения. Эта поправка увеличивает сечение в центре энергетического интервала на 8%, оставляя практически неизменной его величину по краям.

3) Поправку на выбывание фотонов за счет процесса образования пар в мишени. Поперечное сечение этого процесса в изучаемом интервале энергий оставалось постоянным и составило величину 20 мб [6]. Величина поправки составила 6.5%.

4) Поправка на просчеты, обусловленные мертвым временем системы регистрации - логической электроники [7] и амплитудного анализатора . Величина поправки зависит от интенсивности пучка и времени сброса протонов на мишень. Максимальная величина поправки составила 10%.

   Полные поперечные сечения адронного фотопоглощения на водороде с учетом всех указанных поправок приведены на Рисунке 3, где синие синие открытые точки получены  при энергии электронного пучка в 31 ГэВ, красные - при 40 ГэВ. Данные, представленные на графике черными точками, взяты из работы [8]. Красная кривая на рисунке - результат фитирования всех трех массивов данных.

           Рисунок 3.   Полные поперечные сечения фотопоглощения на водороде.

      Величина полного поперечного сечения фотопоглощения на нейтроне определялись по формуле:

σt(γn) = σt (γd) - σt (γp) + σW + a σG

где σt (γd) и σt (γp) - соответственно полные поперечные сечения для дейтерия и водорода, полученные в данной работе, σW - поправка, учитывающая движение нуклонов в дейтоне, σG - глауберговская поправка, учитывающая экранирование нуклонами друг друга,   а - коэффициент, учитывающий "точечно" -подобное поведения фотона ( из данных работы [8]  величина принята 0.78 ). Постановка эксперимента, алгоритм обработки экспериментальных данных и анализ полученных результатов описаны в работе [9].
Полученые величины поперечных сечений адронного фотопоглощения на нейтроне вместе с экспериментально измереными сечениями на дейтоне приведены на Рисунке 4.


Рисунок 4. Полные поперечные сечения адронного фотопоглощения на дейтоне  (А) и нейтроне (В).      Открытые черные точки - данные работы [7], красные - полученные в представляемой  работе.

Литература.


 

1. С.С. Герштеин, А.В. Самойлов, Ю.М. Сапунов и др.
Атомная Энергия, т. 35, вып.3, стр. 181-184, Москва, 1973

2. Н.П. Буданов, Б.Б. Говогков и др.
Препринт ФИАН № 66, Москва, 1973

3. А.С. Белоусов, Я.А. Ваздик, Е.И. Малиновский и др.
ПТЭ, № 6, стр. 33-35, Москва, 1973

4. А.С. Белоусов, Я.А.Ваздик, Е.И. Малиновский, В.В. Самедов
Препринт ФИАН № 88, Москва, 1974

5. А.С. Белоусов, Н.П. Буданов, Я.А. Ваздик и др.
Труды ФИАН СССР, т.143 (1983) стр. 56-67

6. А.С. Белоусов, Н.П. Буданов, Я.А. Ваздик и др.
КСФ, 1973, вып.6, стр. 46-49

7. П.А. Шарейко, А.С. Белоусов, Е.И. Малиновский, С.В. Русаков
Препринт ФИАН № 120, Москва, 1973

8. D.O. Caldwell, V.B. Eling, W.P. Hesse et al.
Phys. Rev. 1973, vol. D7, p.1362-1365

9. А.С. Белоусов, Н.П. Буданов, Я.А. Ваздик и др.
Ядерная физика, 1975, т.21, вып.3, стр. 556-563.