Меридианы сотрудничества

Криостат для мишени на ускорителе ELSA

В начале декабря 2019 года на таможенный склад ОИЯИ был отправлен разработанный и изготовленный в секторе низких температур Лаборатории ядерных проблем под руководством Юрия Андреевича Усова криостат для получения сверхнизких температур. Это основная часть новой замороженной поляризованной мишени, создаваемой для поляризационных экспериментов на ускорителе ELSA Боннского университета. Мишень создается совместными усилиями ЛЯП и двух университетов (в Бонне и Майнце) для проведения экспериментов с двойной поляризацией (пучок + мишень). Исследования проводятся в рамках "Crystal Barrel - collaboration".

Поляризационные исследования нацелены на изучение зависимости ядерно-ядерных взаимодействий от спинов участвующих в них частиц. Ввиду сложности поляризационных экспериментов, это направление стало активно развиваться сравнительно недавно, по мере совершенствования экспериментальной методики.

Для проведения такого рода экспериментов используются поляризованные мишени, которые получают путем воздействия на образец сильного магнитного поля (2-5 Тл) и низких температур (менее 50 мК). Чем ниже температура образца, тем больше время релаксации, что уменьшает количество перерывов в процессе набора данных на ускорителе. Для создания и поддержания столь низких температур используются создаваемые в секторе низких температур ЛЯП криостаты растворения ³He/⁴He, которые в непрерывном режиме позволяют достигать температур охлаждения вплоть до 20 мК.

Один из первых в мире криостатов растворения ³He/⁴He был создан в Дубне в 1966 году сотрудниками ЛЯП Б.С.Негановым, Н.С.Борисовым и М.Ю.Либургом, что позволило вывести поляризационные исследования на новый уровень. Начиная с 1966 года и по настоящее время в секторе низких температур ЛЯП были созданы криостаты растворения и мишени, которые используются в многочисленных экспериментах. Современный эксперимент предполагает наличие поляризованного пучка, поляризованной мишени и системы детектирования продуктов реакции.

Модернизированная установка Crystal Barrel на ускорителе ELSA в Боннском университете позволяет измерять двойные поляризационные наблюдаемые для реакций фоторождения нейтральных мезонов. Именно эти измерения являются ключевыми в поиске "недостающих" резонансов при изучении процессов фоторождения мезонов и гиперонов на протонах. Основной целью предполагаемых экспериментов является исследование внутренней структуры нуклонов и измерение спиновых поляризуемостей нуклонов в реакциях дважды поляризационного комптоновского рассеяния и т.д.

Потребовалось около четырех лет серьезных усилий не только сотрудников ЛЯП, но и специалистов из различных подразделений ОИЯИ, чтобы завершить работы в Дубне по изготовлению рефрижератора растворения ³He/⁴He новой поляризованной мишени для совместных экспериментов на ускорителе ELSA Боннского университета. Теперь основные работы будут проходить в Бонне с самым активным участием сотрудников сектора низких температур.

По предполагаемым параметрам и возможностям, в конечном результате, создаваемая экспериментальная установка не будет иметь мировых аналогов. Во-первых, отказ от внешних по отношению к криостату поляризованной мишени магнитных полей существенно упростит работу с мишенью и позволит не только сократить время экспозиции на пучке, но и внедрить частичную автоматизацию оперативных процессов. Во-вторых, в создаваемой мишени будет реализована система "Active Target", что позволит использовать рабочее вещество мишени в качестве сцинтиллятора, работающего при низких температурах. Реализация этих двух составляющих сделает создаваемую поляризованную мишень наиболее совершенной в своем классе экспериментальной установкой. Таким образом традиции использования в ЛЯП сверхнизких температур в поляризационных экспериментах получают еще одно уникальное продолжение.

По материалам сайта
Лаборатории ядерных проблем