Transcript Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA

XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
Источник позитронов низкой энергии.
Проект LEPTA
Кобец А.Г., Мешков И.Н., Пивин Р.В., Рудаков А.Ю.,
Соболева Л.В., Яковенко С.Л.
ОИЯИ ЛЯП СЭО
1
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
СОДЕРЖАНИЕ:
1. Установка LEPTA
2. Основные задачи проекта
3. Проектные параметры
4. Инжектор позитронов
5. Накопитель
6. Экспериментальный канал
7. Заключение
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
2
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
1. Установка LEPTA
кикер
e-пушка
Спиральный квадруполь
Ps
детектор
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
22Na
10E6 e+ / сек
3
е+ ловушка
Источник е+
Канал ввода е+
Септумные соленоиды
Ps
е- пушка
коллектор
Прямолинейная секция
4
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
2. Основные задачи проекта
1. Электронное охлаждение позитронов и генерация позитрония
2. Проверка СРТ - теоремы, сохранения CP и P
2.1. Сравнение зарядов e+ / e2.2. Редкие и запрещённые каналы распада o-Ps и p-Ps
2.3. p-Ps =>γ γ, поиск циркулярно поляризованных фотонов
2.4. p-Ps => ν ν~
3. Квантовая электродинамика в системе позитрония.
3.1. Спектроскопия позитрония
3.2. Время жизни p-Ps
3.3. Время жизни o-Ps
4. Поиск лёгких, нейтральных бозонов (лёгкого аксиона)
5. Проверка гипотезы “Зеркальной вселенной”(Тёмная материя)
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
5
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
3. Проектные параметры установки LEPTA
Периметр, м
17.2
Энергия позитронов, кэВ
4  10
Радиус траектории в торах, м
1.45
Продольное магнитное поле, Гс
400
Радиус позитронного пучка, см
0.5
Число циркулирующих позитронов
1E8
Давление остаточного газа, нТор
<0.1
Параметры пучка ортопозитрония
Скорость атомов o-Ps, м/сек
(3.8 6)E7 (β  0.12  0.2)
Угловой разброс пучка, мрад
1.0
Разброс по скоростям
Диаметр пучка на выходе, см
1E-4
1.1
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
6
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
Инжекция e+
8
7
4. Инжектор позитронов
6 4
5
1 2
4 3
11
9
1-источник позитронов 22Na
2-радиационная защита
3-шибер
4-вакуумный пост
5-позитронная ловушка
6–проходной изолятор
9
10
7–участок инжекции позитронов в накопитель
8–шибер (быстрая задвижка)
9-магниторазрядный насос
10-турбомолекулярный насос
11 –сосуд Дьюара (He)
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
7
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
4. Инжектор позитронов
Криогенный замедлитель позитронов
Ne
T~5K
e+
e+
22Na
e+
Ne
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
8
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
4. Инжектор позитронов
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
10-7
Замедленные позитроны
e+ Slow positron spectrum dependence on frozen
16000
Спектр
neon thickness
16000
130мкм
позитронов
12000
14000
из
8000
2212000
Na
dN/dE
Выход позитронов
Спектр позитронов
10000
4000
50мкм
8000
0
6000
30мкм
4000
2000
0
0,00
10-8
dN/dE
90мкм
0
0,50
0.5
1,00
1,50
1.0 1.5
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
E, eV
Epos, eV
10-9
10-1 100 101 102 103 104 105 106 107
Энергия позитронов, эВ
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
9
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
4. Инжектор позитронов
Криогенный замедлитель позитронов
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
10
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
4. Инжектор позитронов
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
11
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
4. Инжектор позитронов
Область 1
U
Область 3
Область 2
Давление
10-3 Тор
N2
е+
I
II
10-6 Тор
10-4 Тор
N2
III
IV
V
VI
VII
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
12
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
4. Инжектор позитронов
Эксперимент по накоплению электронов
I
-50.3 V
II
III
IV
V
VII
VI
VIII
e-
-52.7 V
-46.7
-40.2 -36.1
-29.3
-100  0
0
-30
-60
-90
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
13
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
4. Инжектор позитронов
Метод вращающегося электрического поля
Генератор
Фазовый фильтр
00
900
(а)
B
2700
1800
(б)
-V(x)
(в)
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
14
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
4. Инжектор позитронов
Зависимость числа накопленных электронов от времени накопления
9,00E+07
8,00E+07
7,00E+07
N
6,00E+07
5,00E+07
4,00E+07
3,00E+07
2,00E+07
1,00E+07
0,00E+00
0
10
20
30
40
50
60
70
80
t, сек
1
2
3
Кривая накопления после оптимизации распределения давления и
напряжениях на электродах (1), поперечного магнитного поля (2),
частоты и амплитуды вращающегося электрического поля (3).
Оптимальная частота вращения составляет 650 кГц, амплитуда 1В.
ε = 0.4, τlife = 25 с
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
15
4. Инжектор позитронов
Инжектор е+
16
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
5. Накопитель
Электронная пушка
Люминофор
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
17
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
5. Накопитель
Септум
инжекция
электронов
вывод
электронов
равновесная
орбита
инжекция
позитронов
направление силовых
линий магнитного поля
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
18
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
5. Накопитель
Система электронного охлаждения
катод
анод
e-
репеллер
коллектор
Ie-
накал
4a
10 kV
3 kV
1…2.5 kV
2 kV
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
19
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
5. Накопитель
Параметры источников СЭО
Источник
Напряжение
,в
Выходно
й ток, ма
-10 000
1
10-4 HCN350-35000
Анод
3 000
1
10-3 SL8PN10, MP10P
Коллектор
2 000
500
Репеллер
±2 000
1
10-3
20
4 000
10-2
Катод
Накал
катода
Стабильност
ь
Возможная модель
источника
10-2 SA3PN4
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
20
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
5. Накопитель
Монтажная схема источников СЭО
БП
накал
БП
анод
БП
HV
connectors
репеллер
БП
коллектор
Устройство
передачи
мощности
(развязка
потенциалов)
Пе
ре
да
ча
да
нн
ых
БП
катод
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
21
5. Накопитель
Установка коллектора
22
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
Охлаждение
коллектора
Источники питания СЭО
23
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
6. Экспериментальный канал
СП соленоид
Pick-off
annihilation
Fe

PMTube
BGO-crystal
NbTi
o-Ps
o-Ps/p-Ps
o-Ps

NbTi
130 мм
Fe
150 мм
 1 м
Мишень
4π detector
“BGO Ball”
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
24
  x2 
XIX конференция по Фундаментальной Атомной Спектроскопии1  2 
dN_d ( x)  1    e

3
1.1
N_counts / N_max
1.1
1.2
1.0
6. Экспериментальный
канал
Сцинтилятор
Вакуумная
камера
СП соленоид
СВЧ резонатор
N_counts
1.2
1
1
0.8
0.90.9
Nx( x) 0.6
dN_d ( x)
0.4
0.80.8
0.2
0
f / f, 1E-5
0
4
4
2
0
x
2
4
0.70.7
4
ФЭУ
0.6
0.60.6
5
5
 8-6
10  4-3
10
00
5
3
410
5
6
810
)
0.00008
f /f,( x1E-5
 0.00008
o-Ps

‫ﻻ‬
(23S1)
3S
1P)
(2(2
)
->(2
(111PS0(1)
1) ->
0)p-Ps

‫ﻻ‬
PMTube
BGO-crystal
130 мм
NbTi
Fe
Мишень
А.Ю.Рудаков, Новое развитие экспериментальных исследований физики позитрония.
25
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
Заключение
Статус проекта:
Источник позитронов
А.Ю.Рудаков, Новое развитие экспериментальных исследований физики позитрония.
26
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
Статус проекта:
Установка источника
А.Ю.Рудаков, Новое развитие экспериментальных исследований физики позитрония.
27
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
Статус проекта:
Установка источника
А.Ю.Рудаков, Новое развитие экспериментальных исследований физики позитрония.
28
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
Заключение
Статус проекта:
Канал ввода
29
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
Заключение
Статус проекта:
Время жизни циркулирующего е--пучка
Дата,
Поле в септуме
2005, 350G
LifeTime vs Energy
2005, 510G
100
2008, 480G
90
2008, 400G
2009_06, 510G
80
LifeTime, ms
70
60
50
40
30
20
10
0
1
3
5
7
9
11
Energy, keV
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
30
XIII летняя школа молодых учёных и специалистов ОИЯИ
Спасибо за внимание
А.Ю.Рудаков, Источник позитронов низкой энергии. Проект LEPTA.
31