Фотоядерные реакции

При столкновении налетающей частицы с атомным ядром между ними происходит обмен энергией и импульсом, в результате чего могут образовываться несколько частиц, вылетающих в различных направлениях из области взаимодействия. Подобные процессы называют ядерными реакциями.

Рис. 5.5. Зависимость энергии аннигиляционных фотонов от угла вылета при различных энергиях позитронов

Общая схема современного фотоядерного эксперимента по изучению структуры нуклонов.
Роль основных компонентов

    Рассмотрим схему современного фотоядерного эксперимента на примере установки ГРААЛЬ (GRAAL – Grenoble Accelerateur Anneau Laser) . На этой установке, начиная с 1990 года ведется систематическое изучение фоторождения мезонов и спектроскопия возбужденных состояний нуклона в области энергий гамма – квантов до 1500 МэВ на накопителе электронов ESRF (Гренобль, Франция). В этой области стало возможным исследование фоторождения странных частиц, векторных мезонов, что представляет интерес с точки зрения нуклонных и мезонных степеней свободы.


Рис. 7.1. Основные элементы установки GRAAL: 1 – область взаимодействия лазерных фотонов с электронами накопителя, 2 – система мечения, 3 – лазерный хатч, 4 – система формирования и очистки гамма – пучка, 5 – широкоапертурный детектор нейтральных и заряженных частиц , 6 – мишень, 7 - пропорциональные камеры, 8 - двойная стена из пластиковых сцинтилляторов, 9 – электромагнитный калориметр, 10 – мониторы пучка, 11 – спектрометр полного поглощения.

     Несмотря на довольно большое количество самых разнообразных устройств, используемых при проведении эксперимента, их можно классифицировать как состоящие из элементов. Каждый элемент связан с отдельным информационным каналом, по которому в виде аналогового сигнала выдается информация об его амплитуде, времени срабатывания и т.д. Общее число информационных каналов на установке GRAAL составляет несколько тысяч, а в более крупных экспериментах может достигать миллионов. Однако, схема их компьютерной обработки оказывается достаточно однотипной (см.рис.7. 2).


Рис. 7.2. Блок – схема системы сбора и обработки данных установки GRAAL

    Каждый информационный канал содержит, как правило, предусилитель, кабельную линию связи, усилитель, дискриминатор, формирователь. После формирователя аналоговый сигнал становится логическим и поступает в аналого-цифровой преобразователь типа АЦП или ВЦП. По каждому информационному каналу сигналы со всех элементов детектора поступают в крейт VME, откуда с помощью процессора цифровой сигнал передается в компьютер и записывается в память для дальнейшей обработки. Для работы с большим количеством данных необходим достаточно мощный компьютер (SUN-station) и большие объемы памяти. Кроме этого, в работу включен персональный компьютер, который с помощью программы LABVIEW управляет экспериментальными устройствами (лазер, источники питания детекторов и др.). Рассмотрим теперь отдельные части экспериментальной установки более детально.

Если в качестве налетающих частиц используются заряженные частицы, они должны иметь достаточную кинетическую энергию, для того чтобы преодолеть кулоновское отталкивание ядра и попасть в область действия ядерных сил. (Если энергия заряженной частицы меньше высоты кулоновского барьера, вероятность ядерной реакции будет сильно подавлена.)

Решение прикладных задач с использованием электромагнитных излучений