авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Физические свойства границы раздела конденсированная среда-газ в эмиссионных ионизационных детекторах

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ХАМУКОВА ЛИАНА АМУРБЕКОВНА

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА КОНДЕНСИРОВАННАЯ СРЕДА-ГАЗ

В ЭМИССИОННЫХ ИОНИЗАЦИОННЫХ ДЕТЕКТОРАХ

01.04.07 – Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Нальчик

2011

Работа выполнена на кафедре физики конденсированного состояния

ГОУ ВПО “Кабардино-Балкарский государственный университет

им. Х.М. Бербекова”

Научный руководитель: - доктор физико-математических наук, профессор Хоконов Азамат Хазрет-Алиевич
Официальные оппоненты: - доктор физико – математических наук, профессор Борлаков Хиса Шамилович
- кандидат физико – математических наук, доцент Каров Борис Галимович
Ведущая организация: - ГУ Высокогорный геофизический институт

Защита состоится 5 июля 2011 года в 15.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.076.02 при Кабардино-Балкарском государственном университете им. Х.М. Бербекова по адресу: 360004,

г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173, зал заседаний совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке КБГУ, по адресу: г.Нальчик, ул. Чернышевского, 173, КБГУ, корпус 1.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах направлять ученому секретарю диссертационного совета КБГУ профессору Ахкубекову А.А. по указанному адресу.

Автореферат разослан 4 июня 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор физико-математических наук,

профессор

А.А. Ахкубеков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время особый интерес представляет использование нового типа детектора – эмиссионной камеры с газовым усилением (ЭКГУ) для измерения ультранизких активностей. Основной объем камеры заполнен конденсированной средой, обеспечивающей высокую эффективность регистрации ионизирующих излучений. Электроны ионизации под воздействием внешнего поля вытягиваются в газовую среду, где имеет место лавинное усиление электронного сигнала. Использование оптически прозрачных сред позволяет наряду с электронным сигналом измерять световой поток, порождаемый ионизацией. Допустимо возможное количество вещества мишени определяется глубиной инжекции электронов ионизации из конденсированной фазы в газовую. При современных технологиях очистки рабочих сред от электроотрицательных примесей толщина инжекции составляет порядка 1 м для конденсированных инертных газов (аргон, криптон, ксенон) и около 10 см для жидких предельных углеводородов. Это позволяет создавать детекторы с многотонным рабочим веществом для решения таких фундаментальных задач, как прямое детектирование солнечного рр-нейтрино по электронам отдачи и поиск нейтралино – слабовзаимодействующей массивной частицы, основного кандидата на роль “темной материи”. При упругом рассеянии нейтралино на ядрах мишени будут образовываться ядра отдачи с энергиями, не превышающими 50 кэВ. Регистрация столь малого энерговыделения требует обеспечения эффективной эмиссии электронов ионизации и последующего многократного усиления электронного сигнала в газовой фазе. Для практического решения этой задачи необходимо предварительно теоретически построить профиль потенциала границы раздела и найти прозрачность потенциального барьера с учетом сил изображения.





Большой практический интерес представляет замена в двухфазном детекторе сжиженных инертных газов углеводородными мишенями, что позволит работать при комнатных температурах и тем самым существенно снизить стоимость эксплуатации установки. При использовании предельных углеводородов в качестве рабочего вещества детектора возникает вопрос о допустимой концентрации радиоактивного изотопа 14С, позволяющей проводить измерение ультранизких активностей. Из сказанного выше следует актуальность данной работы.

Цель работы: изучение распределения ионизационных потерь энергии электронов по глубине в конденсированных углеводородных мишенях, экспериментальное изучение спектрометрических свойств криптона и аргона с с двухпроцентной ксеноновой добавкой в диапазоне энергий рентгеновских фотонов от 10 до 60 кэВ, построение теории полевой эмиссии электронов жидкий неполярный диэлектрик-газ, нахождение термодинамического уравнения состояния для инертных газов вблизи точки конденсации.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

  1. Изучение спектрометрических возможностей инертных газов (аргон, криптон, ксенон) для применения в двухфазных детекторах.
  2. Исследование особенности формирования профиля электростатического потенциала вблизи границы раздела фаз и построение полного распределения электрического потенциала в объеме для решения задач восстановления треков заряженных частиц.
  3. Вычисление вероятности прохождения неравновесных электронов через границу раздела жидкость-газ.
  4. Расчет ионизационных потерь и пробегов релятивистских электронов в предельных углеводородах.
  5. Проведение оценки темпа счета солнечного рр – нейтрино по электронам отдачи и слабовзаимодействующих массивных частиц по ядрам отдачи рабочего вещества детектора.
  6. Получение уравнения состояния криптона и ксенона в двумерном и трехмерном случаях.

Научная новизна полученных результатов:

  1. Показано, что двухпроцентная добавка ксенона позволяет улучшить спектрометрическое характеристики аргонового счетчика, снизить рабочее напряжение с 1500 В до 800 В и получить эффективность регистрации 2% для фотонов с энергией 59.6 кэВ.
  2. Построен потенциал вблизи границы раздела фаз с учетом сил изображения и внешнего поля формирующих электродов, определяющий эмиссионные свойства детектора.
  3. Найдена вероятность прохождения неравновесных электронов через эффективный потенциальный барьер границы раздела жидкость-газ.
  4. Проведена оценка темпа счета двухфазного детектора для прямой регистрации солнечного рр – нейтрино и нейтралино.
  5. Установлены допустимые концентрации содержания изотопа в углеводородной мишени ~ для экспериментов по прямой регистрации солнечного рр-нейтрино.
  6. Методом молекулярной динамики получено уравнение состояния криптона и ксенона в двухмерном и трехмерном случаях.

Практическая ценность работы.

Предложено использовать двухпроцентную ксеноновую добавку, что позволяет снизить рабочее напряжение на анодной нити аргонового пропорционального счетчика с 1500 В до 800 В, улучшив при этом спектрометрическое разрешение и эффективность регистрации жестких рентгеновских фотонов с энергиями в диапазоне от 8 до 40 кэВ. Показана возможность проведения рентгено-флуоресцентного анализа переходных элементов с Z=29-55 с помощью регистрации пиков вылета в криптоновом пропорциональном счетчике. На основании расчетов получены практические рекомендации для изготовления и размещения многонитяного анода и дополнительной вытягивающей сетки в двухфазном эмиссионном детекторе. Проведена оценка темпа счета двухфазного детектора в задачах прямой регистрации солнечного рр – нейтрино и нейтралино. Обоснована возможность использования предельных углеводородов для низкофонового двухфазного детектора большого объема, способного работать при комнатных температурах. Разработан способ получения уравнения состояния двумерных и трехмерных систем, основанный на методе молекулярной динамики.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Использование двухпроцентной ксеноновой добавки позволяет снизить анодное напряжение в два раза и улучшить спектрометрические характеристики. При этом эффективность регистрации фотонов с энергией, превышающей К-край поглощения ксенона увеличивается более чем в два раза.
  2. Распределение электростатического потенциала в объеме двухфазного детектора и аналитическое представление для профиля потенциального барьера на границе раздела фаз.
  3. Уравнение состояния криптона и ксенона в двумерном и трехмерном случаях.

Личный вклад автора. Автором лично выполнены все расчеты, представленные в работе. Разработаны программы для расчета ионизационных потерь электронов в газообразных и конденсированных средах, вычисления сечений упругого рассеяния нейтрино на электронах и нейтралино на ядрах. Составлены программы для обработки результатов спектрометрических экспериментов. Научный руководитель принял участие в постановке задач, проведении экспериментальной части работы и обсуждении результатов.

Апробация результатов.

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

    1. II Международный семинар “Теплофизические свойства веществ” (жидкие металлы и сплавы, наносистемы), г. Нальчик, 25-30 сентября, 2006г.
    2. Российская школа-конференция молодых ученых и преподавателей. “Биосовместимые наноструктурные материалы и покрытия медицинского назначения”, г. Белгород, 25 сентября-1 октября, 2006 г.
    3. Баксанская Молодежная школа экспериментальной и теоретической физики, БМШ ЭТФ-2007, КБГУ, пос. Эльбрус, 15-22 апреля, 2007 г.
    4. XIV Международная школа “Частицы и космология”, пос. Терскол КБР, 16-21 апреля, 2007 г.
    5. Баксанская Молодежная школа экспериментальной и теоретической физики, БМШ ЭТФ-2010, КБГУ, пос. Эльбрус, 17-23 октября, 2010 г.
    6. Международная научно-практическая конференция “Прикладные аспекты геологии с использованием современных информационных технологий”, г. Майкоп, 16-20 мая, 2011г.
    7. XV Международная школа “Частицы и космология”, г. Троицк, 26-30 мая, 2011 г.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 8 работ, три из них – в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 90 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков и 5 таблиц. Состоит из введения, трех глав и списка литературы из 70 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности темы, формулируются цель и задачи диссертационной работы, описана научная и практическая ценность результатов.

В первой главе представлены принцип работы и конструкция основных типов эмиссионных детекторов. Излагается современное состояние теории упругого рассеяния нейтралино на ядрах.

Во второй главе определяются эффективные толщины радиационного воздействия МэВ-ных электронов на предельные углеводороды и органические материалы. Рассчитаны ионизационные потери электронов, заметно превышающих усредненный потенциал ионизации атомов среды, которые описываются в рамках теории Бете-Блоха. Для однокомпонентной атомарной среды, формулу Бете-Блоха удобно переписать в виде:

, (1.1)

где кинетическая энергия, масса электрона, плотность среды, число Авогадро, заряд молекулы, атомарный вес атомов среды. Функция имеет вид:

, (1.2)

где , средняя энергия возбуждения, , поправка на эффект плотности, которая в релятивистском пределе стремиться к виду: , .

В случае однокомпонентной молекулярной среды с химической формулой вида обобщением формулы (1.1) является выражение:

, (1.3)

где молярная масса молекулы соединения.

Распределения удельных ионизационных потерь электронов с начальными энергиями 4 и 8 МэВ по глубине в оргстекле и полиэтилене показаны на рисунке 1.

 а) б) Удельные ионизационные-22

а) б)

Рис. 1. Удельные ионизационные потери электронов с начальными энергиями 4 и 8 МэВ в оргстекле (а) и полиэтилене (б) в зависимости от глубины прохождения z.

Расчет ионизационных пробегов в инертных газах, производимый по формуле Бете-Блоха, приведен на рисунке 2.

 Пробеги электронов в инертных газах-24

Рис. 2. Пробеги электронов в инертных газах при давлении Па в зависимости от энергии.

Описаны принципы работы модифицированного аргонового пропорционального счетчика с двухпроцентной ксеноновой добавкой и криптонового пропорционального счетчика СРПО для рентгено-флуоресцентного анализа переходных элементов с Z=29-55 с помощью регистрации пиков вылета.

Для первого счетчика рассчитана эффективность регистрации фотонов без учета поглощения в окне (см. рис. 3).

Рис. 3. Эффективность аргонового пропорционального счетчика с двухпроцентной ксеноновой добавкой – верхняя кривая и в чистом аргоне – нижняя кривая.

Эффективность регистрации рентгеновских фотонов рабочей смесью определяется вероятностью поглощения параллельного потока фотонов:

,

где и – полные сечения поглощения фотонов с частотой для и , – определяется отношением парциальных давлений, и – число атомов и в единице объема, - длина рабочей области.

Области вблизи К-края поглощения ксенона кэВ соответствуют два значения эффективности до и после К-края поглощения. Как видно из таблицы, при энергиях фотонов меньше эффективности регистрации счетчика с ксеноновой добавкой и без нее, отличаются незначительно, тогда как при энергиях фотонов, превышающих К-край поглощения двухпроцентная ксеноновая добавка приводит к более чем двукратному росту эффективности.

Расчет эффективности регистрации рентгеновских фотонов с энергиями от 10 до 50 кэВ аргоновым пропорциональным счетчиком с двухпроцентной ксеноновой добавкой и без нее приведен в таблице. Использованы данные по сечениям фотоэффекта в аргоне и ксеноне.

Таблица. Эффективность регистрации пропорционального счетчика

Энергия, кэВ Эффективность, %
Ar Ar + Xe
10 43 49
15 16 18.6
20 7 8.4
30 2 2.5
34.56 1.4 1.7 3.3
40 0.8 2
50 0.4 1


Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.