Войти
Ловушка буферного газа (BGT ) - это устройство, используемое для накапливают позитроны (античастицы из электронов ), одновременно минимизируя потери позитронов из-за аннигиляции, которая происходит, когда электрон и Позитроны сталкиваются, и энергия преобразуется в гамма-лучи. BGT используется в различных исследовательских целях, особенно в тех, где используются специально разработанные позитронные газы, плазма и / или импульсные пучки.
Рис. 1. Трехступенчатый БГТ для накопления позитронов: (вверху) электродная структура и (внизу) электрический потенциал в направлении магнитного поля 0,15 Тл. Позитроны, падающие слева, захватываются и охлаждаются сначала электронным возбуждением N 2 молекул (A, B, C), а затем неупругими колебательными (вращательными) столкновениями с CF 4(N2).
(рис. 2. Конструкция электрода (позолоченная, длина 1,7 м) для трехступенчатого BGT около 1996 г. Схема BGT показана на рис. 1. Он состоит из специально разработанных (Penning или Penning – Malmberg ) типа электромагнитной ловушки. Позитроны удерживаются в вакууме внутри структуры электрода, состоящей из набора полых цилиндрических металлических электродов, таких как показано на рис. 2. Однородное осевое магнитное поле препятствует радиальному движению позитронов., а напряжения, приложенные к концевым электродам, предотвращают осевые потери. Такие ловушки известны своими хорошими свойствами удержания частиц (таких как позитроны) с зарядом одного знака.
При наличии ловушки, предназначенной для хорошего удержания, остающейся проблемой остается эффективное заполнение устройства. В BGT это достигается с помощью серии неупругих столкновений с молекулярным газом. При столкновении позитрон-молекула аннигиляция гораздо менее вероятна, чем потеря энергии из-за электронного или колебательного возбуждения. БГТ имеет ступенчатую потенциальную яму (рис. 1) с участками с последовательно понижающимся давлением газа. Электронное возбуждение молекулярного азота (N2) в области самого высокого давления используется для захвата позитронов. Этот процесс повторяется до тех пор, пока частицы не окажутся в среде с достаточно низким давлением и время аннигиляции не станет достаточно большим. Частицы охлаждаются до температуры окружающего газа за счет неупругих колебательных и вращательных столкновений.
КПД ловушки обычно составляет 5-30%, но может достигать 40%. Образование позитрония (Ps) посредством перезарядки (например, e + N 2 ->N 2 + Ps) - это процесс с большими потерями. Молекулярный азот используется, потому что он уникален тем, что имеет уровень электронной энергии ниже порога образования Ps; следовательно, это предпочтительный улавливающий газ. Аналогичным образом, тетрафторид углерода (CF 4) и гексафторид серы (SF 6) имеют очень большие сечения колебательного возбуждения, и поэтому эти газы используются для охлаждения до температуры окружающей среды (обычно ~ 300 K).
В то время как большинство источников позитронов производят позитроны с энергией в диапазоне от нескольких килоэлектронвольт (кэВ) до более чем 500 кэВ, BGT полезен только для частиц с гораздо меньшей энергией (т.е. меньше или равной десяткам электронвольт). Таким образом, позитроны высокой энергии из таких источников инжектируются на поверхности материалов (так называемые замедлители позитронов), в которых они теряют энергию, диффундируют к поверхности и повторно излучаются с электрон-вольтными энергиями. В качестве замедлителя для BGT используется твердый неон (эффективность преобразования ~ 1%), замороженный на холодной металлической поверхности.
время жизни на заключительной стадии захвата ограничено аннигиляцией и обычно меньше или равно 100 секундам, что ограничивает общее количество захваченных позитронов. Если требуется большее количество частиц, позитроны переносятся в ловушку Пеннинга – Мальмберга сверхвысокого вакуума (UHV) в магнитном поле в несколько тесла. В сверхвысоком вакууме аннигиляция незначительна. Охлаждение позитронов (необходимое для борьбы с нагревом из-за внешних эффектов) теперь происходит из-за испускания циклотронного излучения в большом магнитном поле. Затем этот процесс накопления и переноса может быть повторен для создания больших коллекций антивещества.
BGT был изобретен в 1980-х годах, первоначально предназначался для изучения транспорта позитронов в токамаке . (термоядерная) плазма. Впоследствии этот метод был усовершенствован и теперь используется в лабораториях по всему миру для различных целей. Они включают изучение взаимодействий позитронов с атомами и молекулами, материалами и поверхностями материалов; создание антиводорода, молекулы позитрония (т.е. Ps 2, eeee) и новых позитронов и пучков позитрония. Ожидается, что БГТ будут играть не менее важную роль в усилиях по созданию и изучению атома позиторония конденсатов Бозе-Эйнштейна (БЭК) и классической электрон-позитронной «парной» плазмы.
