Экспериментальное исследование процесса мюонного катализа dd-синтеза в газах D2, H2+D2 и HD тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, доктор наук Семенчук Геннадий Георгиевич

• Семенчук Геннадий Георгиевич
• доктор наук
• 2016

Оглавление диссертации доктор наук Семенчук Геннадий Георгиевич

основных констант

2 Разработка ионизационного метода измерений параметров мюонного катализа

2.1 Ионизационная камера как активная мишень и детектор продуктов синтеза

2.1.1 Требования к чистоте водорода

2.1.2 Выбор параметров ионизационной камеры

2.1.3 Временные характеристики ионизационной камеры

2.1.4 Влияние давления газа на работу ионизационной камеры

2.1.5 Метод измерения коэффициента прилипания мюонов

2.2 Основные параметры первой экспериментальной установки

2.3 Особенности кинетики мюонного катализа в ИК

3 Анализ первой серии опытов в дейтерии на синхроциклотроне ПИЯФ (1980-1987 гг.)

3.1 Определение скорости ^д-катализа

3.2 Определение коэффициента прилипания мюонов и ¿в

3.3 Определение отношения выходов двух каналов dd-синтеза

3.4 Сравнение полученных данных с данными других экспериментов и с теорией

4 Прецизионные измерения параметров мюонного катализа

dd-синтеза

4.1 Достижения теории и эксперимента после открытия резонансного механизма

4.2 Формирование программы исследований на пучке PSI (Швейцария)

4.3 Установка для комплексного исследования параметров мюонного катализа dd-синтеза в газах D2, HD и H2+D2

4.3.1 Криогенная ионизационная камера

4.3.2 Система охлаждения и контроля температуры

4.3.3 Система газового наполнения и контроля чистоты

4.3.4 Выбор рабочих условий эксперимента

4.3.5 Отбор событий для анализа

4.3.6 Энергетические распределения событий синтеза

4.3.7 Временные распределения событий синтеза

4.3.8 Статистика накопленных данных и основные направления анализа

4.3.9 Кинетика ddi катализа в ионизационной камере

5 Анализ полученных экспериментальных данных

5.1 Новый уровень точности в определении

коэффициента прилипания мюонов (¿d

5.2 Зарядовая асимметрия в процессе dd¡1 катализа и её связь со структурой возбужденных уровней ядра 4He

5.3 Нерезонансный механизм образования

молекул ddi

5.4 Скорость переворота спина di атомов

5.5 Резонансное образование молекул ddi

6 Основные результаты диссертации

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Список иллюстраций

Список таблиц

Смешав дейтерий, водород и тритий, Стоим на вахте трудовой. Ждём от катализа открытий, Когда мюон, увидев тритий И прихватив с собой дейтрон, Рождает гелий и нейтрон. Заставим .мы мюон трудиться, Чтобы не думал он лениться. Хотим омегой пренебречь (wdt ~ 0), Чтобы энергию извлечь.

(Написано в первую ночную смену на пучке PSI в апреле 1989 года).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное исследование процесса мюонного катализа dd-синтеза в газах D2, H2+D2 и HD»

Введение

Явление мюонного катализа ядерных реакций синтеза изотопов водорода уже более 50 лет является объектом интенсивных научных исследований. Заключается оно в том, что при остановке отрицательных мюонов (ß-) в смесях изотопов водорода (H/D, D/T, H/T, TT, DD), происходят различные мезоатомные и мезомолекулярные процессы, приводящие в итоге к образованию экзотических трехчастичных систем: pdß, ddß, ptß, ttß, dtß-мезомолекул, в которых инициируются реакции ядерного pd, dd, pt, tt или dt- синтеза. Сама возможность ядерного синтеза в мезомолекулах вызвана тем, что мюоны, имея массу в ~ 200 раз больше чем у электронов, во столько же раз "сжимают" размеры мезомолекул, доводя в них расстояние между ядрами до ^5-10-11см, при котором синтез за счет подбаръерного туннелирования реализуется практически стопроцентно. Поскольку мюоны в самой ядерной реакции не участвуют, то после неё они оказываются свободными и могут многократно повторить (катализировать) весь цикл заново.

В настоящей диссертации представлены основные физические результаты, полученные при выполнении в Отделении Физики Высоких Энергий ПИЯФ РАН научно-технической Программы "Исследование явления мюонного катализа ядерных реакций синтеза изотопов водорода и воз-

можностей его практического применения (Мю-катализ)". Указанная Программа была начата в 1979 году в соответствии с Совместным решением Президиума АН СССР и Государственного Комитета по Атомной Энергии. Данное Совместное решение в значительной мере было инициировано письмом группы физиков в адрес Президента АН СССР академика А.П. Александрова (см. Рис. 0.1), где обращалось внимание на существенный прогресс в экспериментальном и теоретическом изучении д-мезоатомных и д-мезомолекулярных процессов в смеси изотопов водорода. Из этих работ следовало, что при определенных условиях один мюон (д-), остановив-шиися в молекулярной смеси деитерия и трития, может осуществить катализ ~100 реакций синтеза ядер дейтерия и трития, освободив при этом ~100 нейтронов с энергией 14,1 Мэв, которые могут быть использованы для получения ядерной энергии деления и накопления 239 Pu в блан-кете из 238U.

Основанием для таких выводов послужило важное открытие, сделанное в 1977 году в ОИЯИ (Дубна) при исследовании мезоатомных и мезо-молекулярных процессов в дейтерии. Суть открытия состояла в том, что был экспериментально обнаружен и теоретически подтвержден [1, 2] новый механизм образования ddд-молекул, идущий в газообразном дейтерии не по ранее принятой схеме dд + D2^ [(ddд) de]+ + е-, когда энергия связи ddд-молекулы (обычно десятки - сотни электронвольт) передавалась электрону конверсии [3], а за счет существования нового уровня (см. Рис. 0.2) с квантовыми числами J=v =1 и с очень малой энергией связи £ц ~ 1,96 эВ, этот механизм реализовывался путем передачи указанной энергии на вращательно-колебательное возбуждение всего молекулярного комплекса

dд + D2 у [(ddд)j=v=1 dee]*.

При этом скорость образования ddд-молекул с ростом температуры увеличивалась более чем на порядок в сравнении со скоростью в жидком дейтерии. Такая зависимость от температуры среды получила название резонансного механизма (механизм Э.А. Весмана) [4].

Важно подчеркнуть, что проведенные Л.И.Пономаревым и С.С.Герштейном расчеты структуры dtд-молекул [2] также указали

Рис. 0.1 : Письмо в адрес Президента АН СССР академика А.П. Александрова о процессе мюонного катализа и его резолюция о начале работ по этому направлению

Рис. 0.2 : Уровни энергии вращательно-колебательных состояний (Jv) мюонной молекулы dd/

на наличие в них подобного уровня J= v =1 с еще меньшей энергией связи 5ц ~0,85 эВ, при которой скорость образования комплекса [(dt/)j=v=1 dee]* (v,K)f должна быть очень высокой и превышать скорость распада мюона Л0 = 0,455-106 е-1 более чем в ~ 200 раз. Эти предсказания вскоре были подтверждены в пионерском эксперименте Дубны, где были зарегистрированы нейтроны dt-синтеза и получена нижняя оценка на величину скорости образования dt/- молекул на уровне Л^> 108 е-1 [5].

Обнаружение резонансного механизма образования dd/ и dt/-молекул послужило толчком к развертыванию исследований по мюонному катализу (МК) во всех лабораториях мира, имеющих пучки мюонов: LAMPF (США), PSI (Швейцария), TRIUMF (Канада), KEK (Япония), RAL (Англия). В нашей стране эти исследования проводились в ОИЯИ (Дубна) и в ПИЯФ РАН (Гатчина).

Главной целью проведенных за эти годы экспериментов было детальное изучение характеристик нового механизма образования dd/ и dt/ - мезо-молекул с требуемой для теории точностью, а также определение оптимального состава смесей изотопов водорода, их температуры и плотности, обеспечивающих максимальный выход нейтронов в реакциях dd/ и dt/ -синтеза:

{

. 3Не + п + [

. 1 . 4Не + п + [ I 3

t[ + d ^ dt[ ^ < 4 d[ + d ^ dd[ ^ < 3Не[ + п

4Не[ + п

t + p + I

Ключевыми характеристиками при описании приведенных выше реакций являются скорости образования мезомолекул Adt^ и Xdd^, а также процесс прилипания мюонов к ядрам 4He и 3He, обрывающий цепочку синтезов и определяющий тем самым физический предел эффективности мюонного катализа. Доля событий с прилипанием мюонов, реализующаяся непосредственно в процессе dt или dd- синтеза, определяется как начальное прилипание °&dt и °(x>dd- Число же таких событий, оставшихся после торможения в среде ионов 4He[ или 3He[, определяется как конечное прилипание Udt= °udt (1-R) или ix>dd= °udd (1-R), где R - коэффициент "стряхивания" мюонов, благодаря которому освободившиеся мюоны могут дополнительно катализировать ядерные реакции.

Первые опыты, поставленные в LAMPF и PSI [6, 7, 8] по исследованию dt[ - катализа, были направлены на определение общего выхода нейтронов dt - синтеза, как основного индикатора наличия резонансного механизма. Полученные значения варьировались от 90 до 120 нейтронов на мюон, что уже указывало как на малый коэффициент прилипания &dt, так и на общую высокую скорость цикла катализа Ас, в соответствии с теоретическими расчетами. Хотя выделившаяся энергия и была значительной (~2 ГэВ), она не покрывала затраты на рождение самих мюонов на ускорителе [9]. Тем не менее, именно возможность высокого выхода нейтронов за счет резонансного механизма стимулировало появление различных проектов по использованию мюонного катализа [10]. Так, в работе [11] была разработана концептуальная схема бридера на основе мюонного катализа. Включение мезо-каталитической ветки бридинга в общую стандартную схему электроядерного бридинга удваивает его эффективность и такая система становится энергетически выгодной [12, 13]. Реакция мюонного катализа dt- синтеза рассматривается и как основа для создания интенсивного источника быстрых нейтронов с потоком ~ 1014 н/с-см2, столь необходимого для материаловедческих исследований, для трансмутации долгоживущих изотопов [14, 15].

Следует отметить, что интерес к мюонному катализу связан также с возможностью исследования различных мезоатомных и мезомолекулярных процессов, сопровождающих его.

Это процессы термализации мюонных атомов, скорость которых существенно зависит от изотопного состава водородных смесей, реакции перехвата мюонов от легких к более тяжелым изотопам водорода, служащие источником мезоатомов с высокой энергией, реакции образования мезомо-лекул, идущие как по нерезонансному, так и по резонансному механизмам, и ядерные реакции синтеза, идущие в мюонных молекулах из точно фиксированных квантово-механических состояний при практически нулевых энергиях взаимодействия. Теоретическое описание многих упомянутых реакций потребовало развития высокоточных методов расчета системы трех тел с кулоновским взаимодействием, какими являются мезомолекулы. Был разработан новый метод - адиабатическое представление в задаче трех тел, позволивший в едином подходе рассчитывать структуру уровней мезомо-лекул, скорости образования молекул, сечения рассеяния мезоатомов [16]. Благодаря этому методу при расчете энергии уровней у dd^ и dtß - мезо-молекул была достигнута точность 10-3 + 10-4 эВ, что, в свою очередь, потребовало учета различных релятивистских поправок.

За прошедшее время во всех упомянутых научных центрах были созданы физические установки, позволяющие исследовать процесс мюонно-го катализа в широком диапазоне температур, давлений и концентраций изотопов водорода. Так, в первом dt-эксперименте Дубны использовалась газовая мишень при давлении 40 атм. с малой концентрацией трития, что позволило измерить скорость перехвата мюона с дейтерия на тритий и дать нижний предел на скорость образования dt^-молекул >108 е-1 [5].

В экспериментах LAMPF 1983-1986 гг. впервые использовались газовые мишени на высокое давление D/T смеси (^500^800 атм.) при температурах в диапазоне 125^550 К. Был отмечен рост скорости образования dt^-молекул с температурой и впервые указано на высокий выход нейтронов dt-синтеза Yn ~ 90±10 на один мюон [6].

В экспериментах PSI [8] впервые использовались жидкие и твердые D/T смеси, на которых был обнаружен неожиданно высокий выход нейтронов

^-синтеза 120±10 при столь низких температурах. Это позволило дать первую оценку величины коэффициента прилипания ~ 0,45%, а также указывало на дополнительный механизм тройных столкновений, обеспечивающий резонансный процесс ^д-катализа именно на молекулах при данных условиях.

В коллаборации ТШИМР была развита методика криогенных мишеней на основе твердых Ы/Э/Т пленок, позволившая создавать пучки медленных мезоатомов и исследовать процессы кинетики р^ , ddд и dtд-катализа методикой времени пролета [17, 95, 96].

В лаборатории КЕК развивалась методика определения коэффициента прилипания по мезорентгеновскому излучению возбужденных 3Ыед и 4Ыед ионов, регистрируемому в совпадении с нейтронами dt синтеза [18].

Приведенные примеры показывают, что основным экспериментальным методом во многих лабораториях являлся метод регистрации нейтронов dd и dt- синтеза, выходы и временные распределения которых использовались для определения констант процесса. Достоинствами этого метода наряду с его быстродействием являются возможность использования газовых мишеней высокого давления и работа с любой концентрацией трития в Э/Т смесях. Однако имеются и существенные ограничения метода: не регистрируется второй канал с выходом заряженных частиц в dd- синтезе, не выделяются каналы с прилипанием мюонов к ядрам 3Не/4Не, очень мала эффективность регистрации у нейтронных детекторов, которая обычно не превышает еп ~1^3%. При этом серьезной проблемой является абсолютная калибровка нейтронных детекторов, что в итоге ограничивает точность измерений параметров мюонного катализа на уровне 7^ 10%.

Принципиально новый метод исследования явления мюонного катализа был предложен и реализован в Отделении Физики Высоких Энергий ПИЯФ в процессе выполнения работ по указанной программе. Суть этого метода заключалась в использовании ионизационной камеры (ИК) высокого давления, наполненной водородом (дейтерием), в качестве "активной" мишени для остановок мюонов и одновременно в качестве детектора заряженных продуктов синтеза, катализированного этими мюонами. Управление камерой сигналами от мюонов пучка позволило ре-

ализовать такой режим её работы, при котором для анализа отбирались только те мюоны, которые останавливались в центральной части чувствительного объема камеры, что позволило исключить влияние стенок на эффективность регистрации последующих продуктов синтеза. При этом камера, обладая 4п геометрией, обеспечивала 100% эффективность регистрации всех образующихся в реакциях синтеза заряженных частиц. Благодаря этому появилась возможность анализа последовательных событий синтеза от одного мюона, что легло в основу широко используемого нами метода "выжившего мюона". В этом методе из массива накопленных данных отбирались такие события, о которых было известно, что мюон после данного синтеза не исчез, а произвел еще последующие синтезы. Возможность регистрации циклов катализа принципиально изменила методику анализа данных по сравнению с методикой интегрального счета нейтронов синтеза.

Еще одним следствием 100% эффективности камеры явилась впервые реализованная возможность регистрации двух каналов dd- синтеза, отношение выходов которых оказалось не равным единице, а составило К=У(3Не+п)/У(3Н+р) ~1,4 при температуре Т = 300 К. Этот результат долгое время рассматривался как указание на возможное нарушение изотопической симметрии ядерных реакций. Физическое объяснение этого явления будет приведено ниже, здесь лишь стоит отметить, что обнаруженная нами в последующих экспериментах зависимость отношения Я от температуры использовалась для определения вклада резонансного и нерезонансного каналов в суммарную скорость ddд катализа, идущего на и НЭ молекулах. Важной особенностью нового метода явилось использование высокого (до^200 атм.) давления газа в камере. Высокое давление было необходимо для того, чтобы уменьшить пробеги продуктов синтеза (до долей мм.) и тем самым сократить время их регистрации, обеспечив требуемое быстродействие прибора. Следствием высокого давления газа в камере оказалась существенная электрон-ионная рекомбинация в треках частиц. В результате регистрируемая энергия продуктов синтеза была на 50-70% меньше исходной. Однако, именно благодаря рекомбинации,

был реализован уникальный метод прямого измерения коэффициента прилипания мюонов к ядрам гелия, описанный ниже.

Уже в первых экспериментах, проведенных в 1980-1984 гг. в Гатчине, удалось измерить основные параметры процесса мюонного катализа в дейтерии при температуре Т = 300 К [19]: Xdd,= (2,76 ± 0,08)-106 с-1, R=Y(3He+n)/Y(3H+p)=1,39 ± 0,04, Udd =0,122 ± 0,003.

(Здесь величина Xdd^ нормирована к плотности жидкого водорода ф = р/ро ~ 0,1, где р0= 4,25-1022 ядер/см3).

Следует отметить, что все приведенные величины были получены впервые и использовались для проверки расчетов энергии слабосвязанного уровня в dd^ молекуле, уточнения скорости ядерных реакций dd - синтеза при различных состояниях мезомолекул и поиска более точных волновых функций dd^-молекул. Таким образом, метод ионизационной камеры оказался чрезвычайно эффективным при исследовании dd^-катализа по сравнению с методикой регистрации нейтронов синтеза. На основе нового детектора было создано несколько вариантов установок для исследования dd^, а также и dt^ -катализа.

Исследования dt^-катализа потребовали разработки ионизационной камеры, могущей работать в присутствии значительного количества трития в D/T-смеси (до 3%). Была разработана специальная многоканальная ионизационная камера, позволяющая работать при концентрациях трития до 40 Ки в её чувствительном объеме за счет достижения большой скорости съема сигналов с каждого анода.

Благодаря высокой эффективности ионизационной камеры набранная на пучке синхроциклотрона ПИЯФ статистика dt-синтеза оказалась сравнимой с данными, полученными на мезонных фабриках LAMPF и PSI методикой счета нейтронов, несмотря на различие в сотни раз интенсивностей мюонных пучков. Позднее в экспериментах по измерению коэффициента прилипания ^dt в dt^-катализе, выполненных на пучке PSI, обе методики были объединены. Новая камера с рабочим давлением H/D/T смеси ^200 атм была окружена годоскопом из 20-ти нейтронных счетчиков, счи-

тывание информации с которых происходило по сигналу с ионизационной камеры, что позволило обеспечить практически бесфоновую регистрацию нейтронов dt-синтеза и наблюдать события, происходящие непосредственно за остановкой мюонов в газе (т.е. при временах <200 нс). В результате такой организации измерений был обнаружен быстрый пик в начале временного спектра нейтронов, обязанный эпитермальному каналу образования dt^-молекул. Этот результат указал на важность теоретического исследования быстрых процессов, вызванных нетермализованными мезоатомами, и необходимость учета высоколежащих резонансов в сечениях образования мезомолекул.

Автор диссертации принимал непосредственное участие в выполнении программы "Мю-катализ" на всех стадиях ее реализации, являясь ответственным исполнителем экспериментов по ней в ПИЯФ. Совместно с коллективом группы, а затем и лаборатории "Мю-катализ", автор участвовал в разработке установок на базе ионизационных камер высокого давления, таких как:

- тестовая установка на базе двухэлектродной ИК для измерения скорости дрейфа электронов в водороде и дейтерии при давлениях до 100 атм (1980 г.),

- тестовая установка для исследования рекомбинации ионизационных зарядов а-частиц в области давлений водорода 30^ 100 атм (1980 г.),

- установка для исследования dd^-катализа при комнатной температуре (1980-1984 гг),

- первая криогенная ИК объемом ~ 1000 см3 для исследования dd[-катализа в диапазоне температур 50^300 К (1985-1988 гг),

- технологический комплекс для проведения работ с тритием в экспериментальном зале синхроциклотрона ПИЯФ, включающий многоканальную ИК для измерения скоростей dt^-катализа в тройных H/D/T смесях при давлении ^90 атм. (1979-1988 гг.),

- установка для измерения на пучке PSI (Швейцария) коэффициента прилипания мюонов Udt в процессе dt^-катализа на основе ИК с рабочим давлением до ^200 атм (1989-1992 гг.),

- установка с криогенной ИК для прецизионного измерения на пучке PSI (Швейцария) параметров ddß-катализа в газовых смесях D2, H2+D2 и HD. Установка имела систему стабилизации температуры в диапазоне 28^350 К и систему контроля газовых смесей (1994-1997 гг).

Все упомянутые установки были созданы в ПИЯФ и эксплуатировались в течении длительного времени, обеспечив получение новой информации о параметрах мюонного катализа.

На созданных в ПИЯФ установках были получены уже упоминавшиеся данные об основных параметрах ddß-катализа при комнатной температуре: скорость образования молекул ddß, отношение выходов двух каналов dd- синтеза, коэффициент прилипания мюонов &dd к ядрам 3Не. Был исследован также процесс молекулярной перезарядки dß-атомов на ядра 3Не и 4He, измерена температурная зависимость скорости ddß-катализа из двух спиновых состояний атомов dß (F=3/2, F=1/2) и были получены экспериментальные данные, на основе которых была рассчитана с высокой точностью энергия слабосвязанного уровня £11 в ddß-молекуле, подтвердившая правильность теоретического описания резонансного механизма. Кроме того, на тритиевом комплексе ПИЯФ была измерена скорость dt-перезарядки, а также скорости dtß-катализа на D2 и HD-молекулах. Затем на пучке PSI (Швейцария) был измерен коэффициент прилипания мюонов &dt в dtß-катализе, обнаружен эпитермальный канал в смесях H/D/T и H/D и определены параметры нерезонансного процесса ddß-катализа на молекулах HD.

Методика ионизационной камеры высокого давления была позднее успешно применена в экспериментах по исследованию ß -захвата на легких ядрах 3Не [20] и 4Не [21]. Модернизированный вариант детектора в виде время-проекционной камеры, работающей при 10 атм. сверхчистого водорода, использовался в эксперименте "Мюон" (1998-2007 гг.) по прецизионному измерению скорости захвата мюона из синглетного состояния pß-атома [22].

Приведенный выше перечень полученных в ПИЯФ результатов позволяет считать, что основные задачи по проекту "Мю-катализ" были успешно

выполнены, а разработанная методика показала свою высокую эффективность.

Основной акцент диссертации связан с анализом процессов, сопровождающих мюонный катализ dd-синтеза, как наиболее детально описанных теоретически и наиболее полно исследованных экспериментально в различных типах газовых смесей. В некоторых случаях при анализе данных мы будем использовать и результаты, полученные нами при исследовании бЬ^ катализа той же методикой ионизационной камеры высокого давления (например, по коэффициенту прилипания

Актуальность проблемы, которой посвящена диссертация, вытекает из теоретических предпосылок возможного практического применения явления мюонного катализа для производства ядерного топлива и создания интенсивных источников нейтронов. Многочисленные процессы, из которых складывается явление мюонного катализа (образование и термализа-ция мюонных атомов, реакции перехвата мюонов, образование мюонных молекул и последующий ядерный синтез), требуют детальных расчетов их параметров, значения которых должны быть подтверждены надежными экспериментальными данными.

Цель диссертационной работы состояла в комплексном исследовании основных характеристик процесса мюонного катализа реакций dd синтеза в газах Э2, Н2 + Э2 и НЭ. Для достижения поставленной цели была реализована следующая программа в рамках проекта "Мю-катализ":

1. Разработан новый метод исследования явления мюонного катализа, использующий ионизационную камеру высокого давления (Р^100 атм.) в качестве активной мишени и одновременно в качестве детектора заряженных продуктов ядерного синтеза. Новый метод обеспечивает 4п геометрию и 100% эффективность регистрации продуктов синтеза.

2. Проведена серия экспериментов по прецизионному измерению скорости образования молекул ddд в области температур 28^350 К для определения значения энергии слабосвязанного уровня £ц в ddд- молекуле.

3. Измерены отношения выходов двух каналов dd синтеза в процессе мюонного катализа на молекулах Э2 и НЭ.

4. Измерена скорость переворота спина dд- атомов.

5. Измерено значение коэффициента прилипания мюонов &dd при различных плотностях газа в мишени.

Научная новизна работы представлена следующими результатами:

Впервые измерено с высокой точностью абсолютное значение скорости образования ddß-молекул в газе D2 при температуре Т=300 К: Xdd^-D2=(2,76±0,08)-106с-1, подтверждающее резонансный механизм их образования.

Впервые измерена скорость образования ddß-молекул в смеси HD при температуре Т=300 К: Xdd^-HD= (0,3±0,1)-106с-1, указывающая на нерезонансный характер процесса для молекул HD.

Проведены прецизионные измерения температурной зависимости скорости \dd^-D2(Т) в диапазоне 28 K<T<350 K, позволившие определить энергию слабосвязанного уровня г11=-1,9651±0,0007 эВ в ddß-молекуле и подтвердить правильность теоретических расчетов всех процессов, составляющих ddß-катализ.

Впервые измерено отношение выходов двух каналов dd-синтеза R=Y(3He+n)/Y(3H+p) = 1,39 ± 0,04, указывающее на нарушение изотопической симметрии.

Впервые продемонстрировано изменение величины R от R~1,4 при температуре Т=300 К до R~1,0 при Т< 70 К, т.е. при переходе от резонансного механизма к нерезонансному.

Повышена в 5 раз точность измерения значения &dd при работе на пучке PSI.

Обнаружен эпитермальный механизм образования dtß- молекул в тройной H/D/T смеси (Xdt^-HD) и эпитермальный механизм образования ddß-молекул в двойной H/D смеси (Xdd^-HD), вызванный медленной термали-зацией "горячих" tß- и dß-атомов в смесях, содержащих водород (эффект Рамзауэра), и наличием высоколежащих резонансов в сечении образования указанных молекул.

Впервые измерены основные параметры нерезонансного механизма образования молекул ddß на молекулах HD - скорость процесса, его температурная зависимость, отношение каналов dd-синтеза, скорость переворота спина.

Практическая значимость работы определяется возможностью использования полученных данных для проверки теоретического описания процессов, составляющих мюонный катализ, а также для оценки возможности практического использования этого физического явления:

Измерены основные параметры мюонного катализа dd-синтеза - скорость образования ddд- молекул и коэффициент прилипания мюонов шзз к ядрам 3Не. Высокая точность измерений &зз позволяет проверить расчеты начального прилипания в процессе dd- синтеза в мезомолекулах и процесса стряхивания мюонов при движении мезоатомов в среде.

Благодаря 100% эффективности нового метода получены абсолютные значения скорости образования ddд- молекул в диапазоне температур 28<Т<350 К, что позволило с высокой точностью (^10~4) определить энергию £ц слабосвязанного уровня и проверить тем самым результаты расчетов системы трех тел с кулоновским взаимодействием, какой является мезомолекула ddд.

Новый метод исследования на основе ионизационной камеры в дальнейшем успешно применялся в экспериментах по изучению перехвата мюонов с дейтерия на ядра гелия, а также для изучения реакций захвата мюонов ядрами гелия и водорода. Накопленный опыт свидетельствует о перспективности применения новой методики в физических исследованиях.

На защиту выносятся:

Новый метод исследования явления мюонного катализа (метод время-проекционной ионизационной камеры высокого давления), обладающий 4п геометрией и 100% эффективностью регистрации продуктов синтеза.

Результаты измерения температурной зависимости скорости образования ddд- молекул, подтверждающие резонансный характер этого процесса и позволившие определить энергию слабосвязанного уровня £ц=(-1,9651 ± 0,0007) эВ с уникальной точностью.

Достижение нового уровня точности (~0,5%) в измерении коэффициента прилипания мюонов Ш33.

Результаты измерения скорости переворота спина dд-атомов и определение вклада в эту скорость процесса обратного распада мезомолекуляр-ных комплексов.

Результаты измерения отношения выходов двух каналов dd-синтеза и температурной зависимости этого отношения для молекул D2 и HD.

Обнаружение эпитермального механизма образования dt^- молекул в тройной H/D/T смеси (Xdt^-HD) и эпитермального механизма образования dd^- молекул в двойной H/D смеси (\ми-нб)•

Результаты измерения параметров нерезонансного механизма образования dd^- молекул на молекулах HD.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на международной конференции по проблемам мало-нуклонных систем (PANIC) в Гейдельберге в 1984 г., на сессиях ОЯФ АН СССР в1983 и 1986 гг., на международных конференциях по мюонному катализу в Токио (MCF-86), в Гатчине (MCF-87), в Оксфорде (MCF'89), в Вене (MCF-90), в Санта-Фе (LEMS-93), в Дубне (MCF-95), в Асконе (EXAT-98), в Токио (MCF-2001), в Дубне (MCF-07), а также на сессиях Ученого Совета ПИЯФ.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Семенчук Геннадий Георгиевич, 2016 год

Список литературы

[1] Быстрицкий В.М., Джелепов В.П., В.И. Петрухин, Фильченков В.В. и др., Резонансная зависимость скорости образования мезомолекул dd¡1 в газообразном дейтерии. Препринт ОИЯИ Р1-11840, Дубна 1978, 19с., ЖЭТФ 76 (1979) 460-469.

[2] S.S.Gerstein, L.I.Ponomarev, ц- meson catalysis of nuclear fusion in a mixture of deuterium and tritium, TH-2393-CERN (1977); Препринт ОИЯИ Р4-10936, Дубна 1977, 8c.; Phys. Lett. 72B (1977) 80-82.

[3] Я.Б.Зельдович, Реакции, вызываемые ¡-мезонами в водороде, Доклады АН СССР 95 (1954) 493-496.

[4] Э.А.Весман, Об одном механизме образования молекулярного иона мезодейтерия, Письма в ЖЭТФ 5 (1967) 113-115.

[5] В.М. Быстрицкий, В.П. Джелепов, В.Г. Зинов, В.В. Фильченков и др., Экспериментальное обнаружение и исследование мюонного катализа реакций синтеза ядер дейтерия и трития. Препринт ОИЯИ Д1-12696, Дубна, (1979), 14 с Письма в ЖЭТФ 31 (1979) 249-253; ЖЭТФ 80 (1981) 1700-1713.

[6] S. E. Jones, A. N. Anderson, A. J. Caffrey, C. DeW. Van Siclen, K. D. Watts, J. N. Bradbury, J. S. Cohen, P. A. M. Gram, M. Leon, H. R. Maltrud, M. A. Paciotti, Expereimental Investigation of Muon-Catalyzed d-t Fusion Phys.Rev.Lett. 51 (1983) 1757-1760.

[7] S. E. Jones, A. N. Anderson, A. J. Caffrey, C. DeW. Van Siclen, K. D. Watts, J. N. Bradbury, J. S. Cohen, P. A. M. Gram, M. Leon, H. R. Maltrud, M. A. Paciotti, Observation of unexpected density effects in muon-catalyzed d-t fusion Phys.Rev.Lett. 56 (1986) 588-591.

[8] C.Petitjean, P.Ackerbauer, W.H.Breunlich. M.Cargnelli et al, New experimental results on muon catalyzed dt fusion, Muon Cat.Fusion 2 (1988) 37-52.

[9] Ю.В.Петров, Ю.М.Шабельский, Оценка затрат энергии на рождение ^-мезонов нуклонами на лёгких ядрах, ЯФ 30 (1979) 129-135.

[10] Петров Ю.В. Об использовании нейтронов, рождающихся при катализе реакции dt-синтеза ¡-мезонами. Отчет ЛИЯФ, Л.1978, 37с; Материалы XIV зимней школы ЛИЯФ, Л.1979 с.139-173. Muon catalysis for energy production by nuclear fusion., Nature 285 (1980), 466-468.

[11] Петров Ю.В., Концептуальная схема гибридного мезокаталитическо-го реактора синтеза, Атомная Энергия 63 (1987) 333-341.

[12] Кузьминов В.В., Петров Ю.В. Умножение энергии синтеза бланкетом гибридного мезокаталитического реактора, Препринт ЛИЯФ-1314, Л.1987, 22 с.; Multiplication of fusion energy using a blanket in a hybrid muon-catalyzed reactor, Muon Cat. Fusion 3 (1988) 593-60

[13] С.С.Герштейн, Ю.В.Петров, Л.И.Пономарёв, Мюонный катализ и ядерный бридинг, УФН 160 (1990) 3-46.

[14] V.V.Anisimov, V.A.Arkhangelsky, N.S.Ganchuk, A.A.Yukhimchuk, E.Cavalleri, F.I.Karmanov, A.Yu.Konobeyev, V.I.Slobodtchouk, L.N.Latysheva, I.A.Pshenichnov, L.I.Ponomarev, M.Vecchi, A 14-MeV Intense Neutron Source Based on Muon-Catalyzed Fusion - I: An Advanced Design, Fusion Science and Technology 39 (2001) 198-208.

[15] V.A.Arkhangelsky, F.I.Karmanov, A.Yu.Konobeyev, L.I.Ponomarev et al, A 14 MeV intense neutron source based on muon catalyzed fusion for irradiation materials of fusion reactor (¡CF-INS), Proc. Int. Conf. on Muon Cat. Fusion and related topics, Dubna June 18-21 2007, p.369-372.

[16] Виницкий С.И., Пономарёв Л.И. Адиабатическое представление в задаче трёх тел с кулоновским взаимодействием. ЭЧАЯ 13 (1982) 13361418.

[17] M.C.Fujiwara, J.M.Bailey, G.A.Beer, et al, Measuring sticking and stripping in muon catalyzed dt fusion with multilayer thin films, Hyp.Int. 101/102 (1996) 613-621.

[18] K.Nagamine, T.Matsuzaki, K.Ishida, Y. Hirata et al., Muonic x-ray measurement on the sticking probability for muon catalyzed fusion in liquid d-t mixture, Muon Cat. Fusion 1 (1987) 137-150.

[19] D.V. Balin, E.M. Maev, V.I. Medvedev,....G.G. Semenchuk et al., Experimental investigation of the muon catalyzed dd-fusion, Phys. Letters B141(1984) 173-176.

[20] P Ackerbauer, D.V Balin, V.M Baturin, G.A Beer, ..., E.M Maev, ..., G.G Semenchuk,..., Yu.V Smirenin, A.A Vorobyov, N.I. Voropaev et al, A precision measurement of nuclear muon capture on 3He, Phys. Letters B 417 (1998)224-232.

[21] E.M. Maev, P. Ackerbauer, D.V. Balin.....G.G. Semenchuk, Yu.V.

Smirenin, A.A. Vorobyov, N.I. Voropaev, Measurement of the breakup channels in nuclear muon capture by 3He и 4He. Hyp. Int. 101/102 (1996) 423-427

[22] V.A. Andreev, T.I. Banks, .... V.A. Ganzha, P. Kammel, P.A. Kravtsov, A.G. Krivshich, B. Lauss, E.M. Maev, O.E. Maev, G.E. Petrov,...

G.G.Semenchuk, M.A. Soroka, A.A. Vasilyev, A.A. Vorobyov et al., Measurement of Muon Capture on the Proton to 1% Precision and Determination of the Pseudoscalar Coupling gP, Phys. Rev. Lett. 110 (2013) 012504.

[23] C.M.G. Lattes,G.P.S. Occhialini and C.F. Powell, Observations on the tracks of slow mesons in photo-graphic emulsions, Nature 160, (1947) 453-456, 486-492.

[24] Т. Эриксон, В. Вайзе, Пионы и ядра, Москва, "Наука"(1991) 512 с.

[25] C.Frank, Hypothetical alternative energy sources for the "second meson" events, Nature 160 (1947) 525-527.

C.Frank, An outline of the history of cold fusions, Muon Cat.Fusion 5 (1990) Opening Address.

[26] A.D. Sakharov, Passive mesons (1948), Muon Cat. Fusion 4 (1989) 235240.

[27] L.Alvarez, H.Bradner, F.S.Crawford Jr., J.A.Crawford, P.Falk-Vairant, M.L.Good, J.D.Gow, A.H.Rosenfeld, F.Solmitz, M.L.Stevenson,

H.K.Ticho, R.D.Tripp, Catalysis of nuclear reaction by д-mesons, Phys.Rev. 105, n.3 (1957) 1127-1128.

[28] J.H.Doede, Muon reactions in liquid hydrogen and liquid deuterium, Phys.Rev. 132 (1963) 1782-1799.

[29] E.J. Bleser, E.W. Andersen, L.M. Lederman, S.L. Meyer, J.L. Rosen et al., Muonic Molecules in Liquid Hydrogen, Phys. Rev. 132 (1963) 26792691.

[30] J.D.Jackson, Catalysis of nuclear reactions between hydrogen isotopes by ¡- mesons, Phys.Rev. 106 (1957) 330-339.

[31] Я.Б.Зельдович, О возможной эффективности мезонного катализа ядерных реакций, ЖЭТФ 33 (1957) 310-311.

[32] Я.Б.Зельдович, С.С.Герштейн, Ядерные реакции в холодном водороде, УФН 71 (1960) 581-630.

[33] Я.Б.Зельдович, С.С.Герштейн, Универсальное Ферми взаимодействие и захват ¡-мезона протоном, ЖЭТФ 35 (1958) 821-822.

[34] С.С. Герштейн, Переходы между уровнями сверхтонкой структуры в 1 - мезоатоме водорода, ЖЭТФ 34 (1958) 463-469.

[35] С.С. Герштейн, Переходы между уровнями сверхтонкой структуры в мезоатомах дейтерия, ЖЭТФ 40 (1961) 698-707.

[36] G.Ya.Korenman, Mechanism and kinetics of exotic atom formation in hydrogen and helium, Hyp. Interactions, 101/102 (1996) 81-89.

[37] G.A.Fesenko, G.Ya.Korenman, New results in the theory of muonic atom formation in molecular hydrogen, Hyp. Interactions, 101/102 (1996) 9196.

[38] V.E.Markushin, Atomic cascade in muonic hydrogen and the problem of kinetic-energy didtribution in the ground state, Phys.Rev. A 50 (1994) 1137-1143.

[39] J.F.Crawford, M.Daum, R.Frosch, B.Jost, P.-R.Kettle, R.M.Marshall, B.K.Wright, K.O.H.Ziock, Precision measurement of the pion mass difference mn- — mno, Phys. Rev. D 43 (1991) 46-58.

[40] Л.И.Пономарёв, Е.А.Соловьёв, Ускорение pn-атомов в процессе каскадного кулоновского девозбуждения, Письма ЖЭТФ 64 (1996) 129133.

[41] V.E.Markushin, Cascade in muonic and pionic atoms with Z = 1, Hyperfine Int. 119 (1999) 11-21.

[42] L.I.Ponomarev, E.A.Soloviev, Charge exchange and Coulomb deexcitation of muonic atoms in low energy collisions, Hyp.Int. 119 (1999) 55-62.

[43] Меньшиков Л.И., Пономарев Л.И. Квазирезонансная перезарядка мезоатомов изотопов водорода в возбужденных состояниях. Препринт ИАЭ-4006/12, М. 1984, 32 с.; Quasiresonant charge exchange of hydrogen isotope mesic atoms in excited states. Z. Phys. D 2 (1986) 1-13.

[44] P.Kammel, Thermalization effects in muon-catalyzed fusion in low-density deuterium-tritium gas, Lett. al Nuovo Cim. 43 (1985) 349-354. P.Kammel, P.Ackerbauer, W.H.Breunlich, M.Cargnelli et al, fiCF at low tritium concentrations (kinetics and first experimental results), Muon Cat.Fusion 3 (1988) 483-496.

[45] M.Jeitler, W.H.Breunlich, M.Cargnelli, P.Kammel, J.Marton et al, Epithermal effects in muon catalyzed dt fusion, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 217-224.

[46] V.E.Markushin, E.I.Afanasieva, T.Case, K.Lou, C.Petitjean, Epithermal effects in muon catalyzed fusion in H/D/T mixtures at low deuterium and tritium concentrations, Hyp.Int. 82 (1993) 373-389.

[47] G.G. Semenchuk, D.V. Balin, V.N. Baturin, Yu.A. Chestnov, E.M. Maev, G.E. Petrov, Yu.V. Smirenin, A.A. Vorobyov, N.I. Voropaev, Kinetic analysis of MCF experiments in triple H/D/T mixtures, Hyp. Int. 101/102 (1996) 57-65.

[48] M.P.Faifman, Nonresonant formation of hydrogen isotope mesic molecules, Muon Cat.Fusion 4 (1989) 341-350.

[49] Быстрицкий В.М., Джелепов В.П., В.И. и др., ЖЭТФ 71 (1976) 1680-

[50] C. Petitjean, K. Lou, P. Ackerbauer et al., The pdß fusion cycle, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/1991) 199-208.

[51] F.J. Hartmann, H. Bossy, H. Daniel et al., Measurement of gamma rays and muonic x-rays in muon-catalyzed fusion, Muon Cat. Fusion 2 (1988) 53-62.

[52] W.H. Breunlich, M. Cargnelli, P. Kammel et al., Muon-catalyzed tt-fusion, Muon Cat. Fusion 1 (1987) 121-125.

[53] V.I.Korobov, Energetical structure of muonic molecular ions ddp and dti, Hyp.Interact. 101/102 (1996) 307-318.

[54] С.И.Виницкий, Л.И.Пономарёв и др., Резонансное образование ¡-мезомолекул водорода, ЖЭТФ 74 (1978) 849-861.

[55] Виницкий С.И., Мележик В.С., Пономарев Л.И. и др. Вычисление уровней энергии ¡-мезомолекул изотопов водорода в адиабатическом представлении задачи трёх тел. ЖЭТФ 79 (1980) 698-712.

[56] Виницкий С.И., Пономарев Л.И. и др. Прецизионные вычисления энергий слабосвязанных вращательно - колебательных состояний ме-зомолекул ddi и dtp. Препринт ОИЯИ Р4-84-642, Дубна, 1984; High accuracy energy level calculations of the rotational - -vibrational weakly bound states of ddp and dtp mesic molecules. Phys.Lett. 109 (1985) 224-227.

[57] D.V.Balin, A.I.Ilyin, E.M.Maev,...,G.G.Semenchuk, A.A.Vorobyov et al, The experimental investigation of muon catalyzed dd—and dt-fusion processes, Muon Cat.Fusion 1 (1987) 127-135.

[58] Д.Д. Бакалов, В.С. Мележик, Л.И. Меньшиков, М.П. Файфман, Скорости девозбуждения молекулы ddp в мезомолекулярном комплексе [(ddi)dee]. ЖЭТФ 94 №10 (1988) 61-69.

[59] L.N.Bogdanova, V.E.Markushin, V.S.Melezhik, L.I.Ponomarev, The nuclear fusion in the muonic molecule ddp and the charge symmetry violation in the low energy dd interaction, Phys.Lett. B 115 (1982) 171173, Phys.Lett. B167 (1986) 485-486(E).

[60] A.M. Lane, "Back-decay"of molecular resonanses in muon-catalyzed fusion, Phys. Letters A98 (1983) 337-339.

[61] M. Leon, Back decay and resonant hyperfine quenching in ddp fusion, Phys. Rev. A33 (1986) 4434-4436.

[62] Л.Н. Богданова, В.Е. Маркушин, В.С. Мележик, Л.И. Пономарев, Время жизни мезомолекулы dtp, ЖЭТФ 83 (1982) 1615-1622.

[63] Bogdanova L.N., Nuclear fusion in hydrogen isotopes mesic molecules, Muon Cat. Fusion 3 (1988) 359-376.

[64] С.С.Герштейн, Ю.В.Петров, Л.И.Пономарев, Н.П.Попов, Л.П.Пресняков, Л.Н.Сомов, Вероятность стряхивания д"-мезонов при торможении мезоатомов (дНе)+ в веществе. ЖЭТФ 80 (1981) 1690-1699.

[65] Bogdanova L.N., Markushin V.E., Melezhik V.S., Ponomarev L.I. Muon sticking to helium in the muon catalyzed fusion ddß — д3He + n. Phys. Lett. B 161 (1985) 1-4.

[66] L.N.Bogdanova, L. Bracci, G.Fiorentini, S.S.Gershtein, V.E. Markushin, V.S. Melezhik, L.I. Menshikov, L.I. Ponomarev, The probability of muon sticking to helium in the muon catalyzed fusion dtß — fi4He + n. Nucl. Phys. A454 (1986) 653-668.

[67] D.Ceperley, B.J.Adler, Muon-alpha particle sticking probability in muon-catalyzed fusion, Phys.Rev. A31 (1985) 1999-2004.

[68] C.Y.Hu, Variational calculations of the muon-alpha-particle sticking probabilities in the muon catalyzed fision dtß — д4He + n, Phys.Rev. A34 (1986) 2536-2539.

[69] C.Y.Hu, Variational calculations of the excited-state fusion parameters of the (dtß) system, Phys.Rev. A 36 (1987) 4135-4138.

[70] C.Y.Hu, K.Kauffmann, Muon-helium sticking probability in the fusion reaction (ddß)+ — ß3He + n, Phys.Rev. A 36 (1987) 5420-5421.

[71] S.E.Haywood, H.J.Monkhorst, S.Alexander, Sticking fractions of tdß and ddß using random-tempered basis sets, Phys.Rev. A 43 (1991) 5847-5852.

[72] Л.Н.Богданова, В.Е.Маркушин, В.С.Мележик, Л.И.Пономарёв, Влияние ядерного взаимодействия в мезомолекуле dtß на вероятность прилипания мюона к гелию в реакции dtß — да + n, ЯФ 50 (1989) 1365-1373.

[73] K.Szalewicz, B. Jeziorski, Effecs of nuclear forces in muon cat. fusion. Fusion rates and sticking fractions for tdд, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 241-248.

[74] C.Y.Hu, G.M.Hale, J.S.Cohen, Variational calculation for the dtp molecule including nuclear effects on sticking by means of the Bloch operator, Phys.Rev. A49 (1994) 4481-4488.

[75] J.S.Cohen, G. M. Hale, Chi-Yu Hu, Calculation of sticking using the R-matrix method with the Bloch operator, Hyperfine Interactions 101/102 (1996) 349-358.

[76] M.Kamimura et al, New comprehensive calculation of muon initial sticking to 4He in dtp fusion, Hyp.Int. 118 (1999) 217-222.

[77] L.Bracci, G.Fiorentini, Some aspects of the muon catalysis of d-t fusion, Nucl. Phys. A364 (1981) 383-407.

[78] Л.И.Меньшиков, Л.И.Пономарев, Зависимость коэффициента прилипания мюонов к гелию в реакциях мюонного катализа dtp ^ ц4Не+п и (Мц ^ ц^Не + п от плотности смеси D2 + T2, Письма в ЖЭТФ 41(1985) 511-514.

[79] H.Takahashi, Effect of 2S and 2P states stark mixing for muon reactivation and x-ray intensities following the muon catalyzed fusion, Muon Cat. Fusion 3 (1988) 453-458.

[80] J.S.Cohen, Stripping and X-ray production in muon catalyzed d-d and d-t fusion, Muon Cat.Fusion 3 (1988) 421-438.

[81] V.E.Markushin, Sticking and stripping in the muon catalyzed fusion, Muon Catalyzed Fusion 3 (1988) 395-420.

[82] C.D.Stodden, H.J.Monkhorst, K.Szalewicz, T.G.Winter, Muon reactivation in muon-catalyzed d-t fusion from accurate p-He+ stripping and excitation cross sections, Phys.Rev. A41(1990) 1281-1292.

[83] Герштейн С.С. Процессы перехода мюонов от мезоатомов изотопов водорода к ядрам других элементов. Старые и новые проблемы. Препринт ИФВЭ 92-128, Протвино 1992, 19 с.; Muon transfer process. Old and new problems, Proc. of the workshop on muonic atoms and molecules, Ascona, Italy, (1992) 169-186.

[84] A. Placci, E. Zavattini, A. Bertin, A. Vitale, Transfer rates of negative muons from Deuterium mesoatoms to Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon and Nitrogen atoms, Nuovo Cimento 52A (1967) 1274-1286.

[86

[87

[88

[89

[90 [91

[92 [93

[94

[95 [96

Ю.А. Аристов, А.В. Кравцов, Н.П. Попов, Г.Е. Солякин, Н.Ф. Трус-кова, М.П. Файфман, Молекулярный механизм парезарядки мезоатомов водорода на ядрах гелия, Ядерная Физика 33 (1981) 1066-1074.

В.И. Быстрицский, В.П. Джелепов и др., Измерение скорости перезарядки мезоатомов водорода на гелий, Препринт Р1-82-646, Дубна, 1982.

Д.В. Балин, А.А. Воробьев, Ан.А. Воробьев, Г.Г. Семенчук и др., Перезарядка мезоатомов дейтерия на 3He и 4He Письма в ЖЭТФ 42 (1985) 236-239.

Д.В. Балин, А.А. Воробьев, Е.М. Маев, Г.Г. Семенчук, Ю.В. Смире-нин, Способ определения скорости образования мезоиона гелия, Авторское свидетельство № 1119463 от 03.06.1983,

Герштейн С.С., Петров Ю.В., Пономарев Л.И. и др., Кинетика процессов мюонного катализа в смеси дейтерия и трития. ЖЭТФ 78 (1980) 2099-2111.

V.V.Filchenkov, Neutron detection method in the study of the muon catalyzed process, ЭЧАЯ 34 (2003) 1062-1079.

В.Г. Зинов, Временное распределение многоцикловых событий мю-катализа, Препринт ОИЯИ, Р15-92-312, Дубна, 1992, Muon Cat. Fusion, v7 (1992) 419.

V.V. Filchenkov, Muon Cat. Fusion, v7 (1992) 409.

M.C. Struensee, J.S. Cohen, Stark mixing of the muonic helium. 1.

Collisions with hydrogen atoms, Phys. Rev. A38 (1988) 44-52.

P.E. Knowles, G.A. Beer, G.R. Mason, A. Olin et al., Producing dц and tfi in vacuum, Hyp. Int. 82 (1993) 521-527. G.M. Marshall et al. Hyp. Int. 82 (1993) 529-538.

M.C.Fujiwara, A.Adamczak, J.M.Bailey, G.A.Beer et al, Time-of-flight spectroscopy of muonic tritium, Hyp.Int. 118 (1999) 151-157.

G.M. Marshall, T.A. Porcelli, A. Adamczak, J.M. Bailey et al., Resonant formation measurements of dt^ via time of flight, Hyp. Int. 118 (1999) 89-101.

[97] S.E. Jones, Update on Muon-Catalyzed Fusion Research at LAMPF, Muon Cat. Fusion 1 (1987) 21-28.

[98] J.D. Davies, J.B.A. England, G.J. Pyle, G.T.A. Squier et al., A direct measurement of the alpha-muon sticking coefficient in muon-catalyzed dt-fusion, J. Phys. (London) G16 (1990) 1529-1537.

[99] C.J.L.Henderson, F.D.Brooks, W.A.Cilliers, Techniques for measuring initial sticking in d-t fusion, Hyp. Int. 82 (1993) 327-335.

[100] Б. Росси и Г. Штауб, Ионизационные камеры и счетчики, Москва, ИЛ (1951) 240 c.

[101] O.R.Frisch, Report BR-49 (1942), ^ьика в книге Зигбана Н.К. "а, в и y спектроскопия"т.1, Москва (1969) 316-320.

[102] А.А. Воробьев, Ю.С. Григорьев, А.С. Денисов, Ю.К. Залите, Г.А. Королев и др., Метод измерения сечения рассеяния адронов на протонах в области кулоновской интерференции, Препринт ФТИ им. А.Ф. Иоффе №429, Ленинград (1972) 47с. A.A. Vorobyov, Yu.K. Zalite, G.A. Korolev et al., A method for studies of small-angle hadron-proton elastic scattering in coulomb interference region, NIM 119 (1974) 509-519.

[103] A.A. Vorobyov, A.S. Denisov, Yu.K. Zalite, G. A. Korolev et al., Elastic pp-scattering in the coulomb interference region in the momentum range 1,1to 1,7 GeV/c, Phys. Lett. B41 (1972) 639-641.

[104] Н.Л. Александров, Трехчастичное прилипание электрона к молекуле УФН 154 (1988) 177-206.

[105] M.J.W. Boness and G.J. Schulz, Structure of O2, Phys. Rev. A 2 (1970) 2182-2186.

[106] D. Spence and G.J. Schulz, Three-Body Attachment in O2 Using Electron Beams, Phys. Rev. A 5 (1972) 724-732.

[107] Г.Н. Величко, А.А. Воробьев, Г.А. Королев, Е.М. Маев и др., Исследование зависимости величины полной ионизации в газах от энергии а - частиц при помощи ионизационной камеры, Препринт ЛИЯФ №549 (1980) 20с.

[108] J.L. Pack and A.V. Helps, Electron Attachment and Detachment, J. Chem. Phys. v.45 (1966) 4363-4329.

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

J.A. Stockdale, L.G. Christophorou, G.S. Hurst, Capture of Thermal Electrons by Oxygen, J. Chem. Phys. v.47 (1967) 3267-3270.

O. Bunemann, T.E. Granshaw, J.A. Harvey, Design the grid ionization chambers, Can. J. Research A27 (1949) 191-206.

А.А. Воробьев, Г.А. Королев, Метод измерения коэффициента прозрачности сетки в импульсной ионизационной камере, ПТЭ 2 (1961) 78-80.

Л.Лёб, Основные процессы электрических разрядов в газах, М-Л. (1950) 672 с.

Л.Хаксли, Р.Кромптон, Диффузия и дрейф электронов в газах, Москва, "Мир" (1977) 672 c.

J.J.Lowke, The drift velocity of electrons in Hydrogen and Nitrogen, Ausral. Journ. Phys. 16 (1963) 115-135.

R.Gruenberg, Messungen der Electronenbeweglichkeit bei hohen Gasdrucken in Ar, He, N2 and H2, Z.s. fuer Naturforschung 23A (1968) 1994-2001.

G.H.Stafford, A High-Pressure Hydrogen-filled Ionization Chamber, Nature 162 (1948) 771-772.

T.J.Chapin, R.L.Cool, K.Goulianos, J.P.Silverman, J.R.Snow, H.Sticker, S.N.White, Development and performance of a high pressure hydrogen time projection chamber, NIM 197 (1982) 305-315.

T.J.Chapin, R.L.Cool, K.Goulianos, K.Jenkins, J.P.Silverman, J.R.Snow,

H.Sticker, S.N.White, Performance of a high pressure hydrogen TPC, NIM 225 (1984) 550-556.

O.R. Frisch, Physical Evidence for the Division of Heavy Nuclei under Neutron Bombardment, Nature 143 (1939) 276.

А.А. Марков, В.И. Медведев, Г.Л. Соколов, Н.Н. Чернов, Количественный анализ стабильных изотопов и ядерно-магнитных изомеров методом газовой хроматографии, Препринт ЛИЯФ - 724, Л. (1981) 22с.

[121] Балин Д.В., Воробьев А.А., Семенчук Г.Г. и др. Экспериментальный метод исследования мюонного катализа ядерного dd-синтеза, Препринт ЛИЯФ-964, Л. 1984, 54с.

[122] D.V. Balin, Y.S. Grigoriev, A.I. Ilyin....G.G. Semenchuk et al. Experimental method for investigation of muon catalyzed dd-fusion. Muon Cat. Fusion 7 (1992) 1-36.

[123] Балин Д.В., Воробьев А.А., Горшков Б.Л., Маев Е.М., Марков А.А., Семенчук Г.Г. и др., Измерение коэффициента прилипания мюонов в процессе мюонного катализа dd-синтеза, Препринт ЛИЯФ - 715, Л. (1981) 12 с.

[124] D.V. Balin, A.I. Ilyin, E.M. Maev....G.G. Semenchuk et al. The experimental investigation of the muon catalyzed dd-fusion process Preprint LNPI - 895, L. (1983) 16p.

[125] В.Г. Зинов, Л.Н. Сомов, В.В. Фильченков, Методика определения параметров процесса множественного мюонного катализа,

Препринт ОИЯИ, Р15-82-478, Дубна, 1982. Атомная Энергия, т. 58, вып. 3, март 1985, 190.

[126] В.Г. Зинов, Л.Н. Сомов, В.В. Фильченков,

Последовательно регистрируемые события процесса множественного мюонного катализа,

Препринт ОИЯИ, Р4-84-45, Дубна, 1984.

[127] V.M. Bystritsky, A. Gula, J. Wozniak,

Cycle-By-Cycle analysis of muon catalyzed fusion in a one-component medium,

Preprint JINR, E1-84-26, Dubna, 1984.

[128] В.П.Джелепов, П.Ф.Ермолов, Ю.В.Катышев, В.И.Москалёв, В.П.Фильченков, М.Фримл, Катализ отрицательными мезонами ядерных реакций d+d^3He+n, ЖЭТФ 46 (1964) 2042-2045.

[129] Балин Д.В., Воробьев А.А, Воробьев A^A., Залите Ю.К., Маев Е.М., Медведев В.И., Семенчук Г.Г., Смиренин Ю.В., Исследование мюон-

ного катализа ядерного dd-синтеза в диапазоне давлений 51,6^93,0 атмосфер. Письма в ЖЭТФ 40 (1984) 318-320.

[130] Л.И.Меньшиков, Л.И.Пономарев, И.В.Пузынин, Т.П.Пузынина, Т.А.Стриж, М.П.Файфман, Уровни энергии мезомолекулярных комплексов изотопов водорода, Препринт ОИЯИ Р4-85-555, Дубна, (1985), 14 с.

The Energy Levels of Hydrogen Isotopes Mesic Molecular Complexes, Z.Phys.D, Atoms, Molecules and Clusters 2 (1986) 79 - 85.

[131] Б.П. Адьясевич, В.Г. Антоненко, В.Н. Брагин, Анизотропия dd-рассеяния при энергиях 30 - 300 кэВ, Ядерная Физика 33 (1981) 1167.

[132] Балин Д.В., Воробьев A.A., Семенчук Г.Г. и др., Измерение скорости перезарядки мезоатомов дейтерия на тритии. ЖЭТФ 92 (1987) 15431549, Muon Cat.Fusion 2 (1988)163-172.

[133] Vorobyov A.A., The muon catalyzed fusion experiments at LNPI, Muon Cat. Fusion 2 (1988) 17-36.

[134] Л.И.Меньшиков, Л.И.Пономарев, Т.А.Стриж, М.П.Файфман. Резонансное образование мезомолекул ddд. ЖЭТФ 92 (1987) 1173-1187. M.P.Faifman, L.I.Menshikov, L.I.Ponomarev, T.A.Striz, Резонансное образование мюонных молекул ddд, Preprint JINR-E4-86541, Dubna 1986, 23p.

[135] Л.И.Меньшиков, М.П.Файфман, Метод вычисления ширины квазистационарных состояний мезомолекулярных комплексов, Ядерная Физика 43 (1986) 650-661.

[136] P. Kammel, W. H. Breunlich, M. Cargnelli, H. G. Mahler, J. Zmeskal, W. H. Bertl, C. Petitjean, First observation of muonic hyperfine effects in pure deuterium, Phys.Rev. A28 (1983) 2611-2622.

[137] J. Zmeskal, P. Kammel, A. Scrinzi, W. H. Breunlich, M. Cargnelli, J.Marton, N. Nagele, J.Werner, W. H. Bertl, C. Petitjean, Muon-catalyzed dd fusion between 25 and 150 K: Experiment Phys. Rev. A42 (1990) 1165-1177.

[138] A. Scrinzi, P. Kammel, J. Zmeskal, W.H. Breunlich, J. Marton, M.P. Faifman, L.I. Ponomarev, T.A. Strizh, Muon-catalyzed dd fusion between 25 and 150 K: Theoretical analysis, Phys. Rev. A47 (1993) 4691-4704.

[139] D.V. Balin, Yu.S. Grigoriev.....G.G. Semenchuk et al., Investigation of

temperature dependence of the muon catalyzed fusion in deuterium, Muon Cat. Fusion 2 (1988) 241-246.

[140] Balin D.V... Semenchuk G.G., Vorobyov A.A., Voropaev N.I., Investigation of the temperature dependence of MCF parameters in deuterium. Muon Cat.Fusion 5/6 (1990/91) 163-177.

[141] C.Petitjean, D.V.Balin, V.N.Baturin, P.Baumann....G.G. Semenchuk et al, Experimental survay of the sticking problem in muon catalyzed d-t fusion, Hyp. Int. 82 (1993) 273-293.

[142] 14. T.Case, D.V.Balin, W.H.Breunlich, K.M.Crow....G.G. Semenchuk et al, Insights on dpt sticking from dpd striping and ц3Не capture, Hyp. Int. 118 (1999) 197-202.

[143] Д.В. Балин, В.Н. Батурин, В.А. Трофимов, ....Г.Г. Семенчук и др., Криогенная ионизационная камера для изучения мюонного катализа, Препринт ЛИЯФ-1630, Л. (1990) 24 с.

[144] Г.Н. Шапкин, В.А. Ганжа, М.А. Сорока, Е.М. Маев, Г.Г. Семенчук, Получение чистого дейтероводорода (HD) для исследования мюонно-го катализа dd-синтеза, Препринт ПИЯФ-№2395 (2000) 18 с.

[145] Г.Н. Шапкин, В.А. Ганжа, А.А.Марков, Г.Г. Семенчук, М.А. Сорока, Ю.С. Мисько "Способ получения дейтероводорода"Патент РФ N2104919 RU^ №5. 20.02.98.

[146] N.I.Voropaev, D.V.Balin, E.M.Maev, G.E.Petrov, G.N.Shapkin, G.G.Semenchuk, A.A.Vorobyov, W.H.Breunlich, T.Case et al, pCF experiments in D2 and HD gases - final results. Preprint PNPI 2444, Gatchina 2001, 55p.; Hyp.Int. 138 (2001) 331-341.

[147] A.A.Vorobyov, D.V.Balin, V.N.Baturin, Yu.S.Grigoriev, ..., G.G.Semenchuk et al, Precision measurement of nuclear muon capture by 3He. Hyperfine Interactions 101/102 (1996) 413-421.

[148] N.I.Voropaev, D.V.Balin, V.A.Ganzha, S.M.Kozlov, E.M.Maev, G.E.Petrov, G.G. Semenchuk et al., "High Precision Study of Muon Catalyzed Fusion in D2 and HD Gases Preprint PNPI-2729, Gatchina-2007, 88p. ЭЧАЯ, т.42, вып. 2 (2011) 361-414.

[149] G.Bardin, J.Duclos, A.Magnon, J.Martino, A.Bertin, V.Capponi, M.Piccinini, A.Vitale, Experimental study of of the nuclear synthesis of d^d molecular ions by means of the time distribution of of the released neutrons. Lettere al Nuovo Cimento 36(1983) n.4, 79-85.

[150] Bystritsky V.M., Dzhelepov V.P., Zinov V.G., Filchenkov V.V. et al. Measurement of the temperature dependence of the dd^-molecule formation rate in gaseous deuterium at pressures of 1.5 and 0.4 kbar. Muon Cat. Fusion 5/6 (1990) 141-147.

[151] D.I.Abramov, L.N.Bogdanova, V.V.Gusev, L.I.Ponomarev, The local characteristics of the bound states of muonic molecules, Hyp. Int. 101 (1996) 301-306.

[152] Frolov A.M., Muon sticking probabilities for the symmetric muonic molecular ions dd[i and tt^, Phys. Letters A 291 (2001) 274-280.

[153] H.Takahashi, The effect of multistep excitation on the reactivation and x-ray intensities following the fusion d^d, d^t and p^t, Muon Cat. Fusion 1 (1987) 237-243.

[154] M.Kamimura, Effect of nuclear interaction on muon sticking to helium in muon catalyzed dt fusion AIP Conf. Proc. 181 (1989) 330.

[155] M.R.Pahlavani, S.M.Motevalli, The probability of muon sticking and X-ray yields in the muon catalyzed fusion cycle in a deuterium and tritium mixture, Acta Phys. Polon. B 39 (2008) 683-694.

[156] V.R.Bom, A.M.Demin, D.L.Demin, C.W.E.van Eijk, M.P.Faifman, V.V.Filchenkov et al, Experimental investigation of muon-catalyzed d-t fusion in wide ranges of D/T mixture conditions, ЖЭТФ 127 (2005) 752-779, JETP 100 (2005) 663-687.

[157] Ishida, K.; Nagamine, K.; Matsuzaki, T.; Kawamura, N.; Nakamura, S.; Matsuda, Y.; Kato, M.; Sugai, H.; Tanase, M.; Kudo, K.; Takeda, N.;

Eaton, G. Review of Measurements of Fusion Neutrons and X-Rays in Muon Catalyzed d-t Fusion at RIKEN-RAL - Details of the Detection System Hyp.Int. 138(2001) 225-234.

[158] D.V.Balin, G.G.Semenchuk, A.A.Vorobyov et al, Method for direct measurement of muon sticking probability in dtp catalysis, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 481-485.

[159] В.А.Волченков, Г.А.Рябов, Е.М.Маев, Г.Г.Семенчук, В.П.Малеев, Моделирование процесса регистрации продуктов мюонного катализа ядерного синтеза в многоэлектродной ионизационной камере, Препринт ЛИЯФ-1368, Л.1988, 42 с.

[160] V.N.Baturin, D.V.Balin, E.M.Maev, G.E.Petrov, G.G.Semenchuk, Algorithm for evaluation of parameters of ionization chamber signals from the flash-ADC data, Препринт ЛИЯФ-1700 Л.1991, 18с.

[161] Petitjean C., Semenchuk G.G., Vorobyov A.A. et al. Direct measurement of dt-sticking. Proc. Int. Workshop LEMS-93, Los-Alamos-12696-C (1994).

Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/91) 261-275.

[162] M.Jandel, P. Froelich, G. Larson, C. D. Stodden, Reactivation of ap in muon-catalyzed fusion under plasma conditions, Phys. Rev. A 40 (1989) 2799-2802.

[163] Л.И. Меньшиков, Л.Н. Сомов, Современное состояние мюонного катализа ядерных реакций синтеза, УФН 60 (1990) 47- 103.

[164] K.Nagamine, Review of Muon Catalyzed Fusion Experiments, Activities after EXAT98 and Future Perspectives Hyp. Int. 138 (2001) 5-13.

[165] В.А. Сергеев, Влияние кулоновского смешивания уровней 4He с Т=0 и Т=1 на сечения реакций, ФИАН, Краткие сообщения по физике, №3, (1971) 57-62.

[166] V.A. Sergeyev, New 4He levels and the difference in angular distributions for the reactions D(d,n)3He and D(d,p)3H, Phys.Lett. B38, 5 (1972) 286288.

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

W. Gruebler, V.Konig, P.A. Schmelzbach, B. Jenny and J. Vybiral New highly excited 4He levels found by the 2H(d,p)3H reaction, Nuclear Phys., A369 (1981) 381-395.

G.M. Hale, Nuclear physics of the muon catalyzed d + d reactions, Muon Cat. Fusion, 5/6 (1990/91) 227-232.

D.R. Tilley, H.R. Weller, G.M. Hale, Energy levels of light nuclei A=4, Nuclear Phys. A541 (1992) 1-157.

A. Adamczak, V.S. Melezhik, Atlas of cross sections for scattering ll (p^+H2, d^+D2, ¿M+T2), Muon Cat. Fusion 4 (1989) 303-340. Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/1991) 65-72.

A. Adamczak, M.P. Faifman, L.I. Ponomarev et al., Atlas of cross sections for scattering of muonic hydrogen atoms on hydrogen isotope molecules, Atomic data and nuclear data tables 62 №2 (1996) 255-344.

M.P. Faifman, The resonant formation of dd[i and dt[i mesic molecules, Muon Cat. Fusion 2 (1988) 247-260.

E.C. Aschenauer and V.E. Markushin, High-velocity components in exotic atoms, their origin and effects, Hyp. Int. 101/102 (1996) 97-106.

J.Schottmuller, A.Badertscher, V.Daum,P.F.A.Goudsmit et al, Kinetic energy of n-p-atoms in liquid and gaseous hydrogen, Hyp.Int. 119 (1999) 95-102.

Faifman M.P. and Ponomarev L.I., Resonant formation of dt^ mesic molecules in the triple H2 + D2 + T2 mixture. Phys. Lett. B 265 (1991) 201-206.

L. Bracci, C.Chiccoli, P. Pasini, G. Fiorentini, V.S. Melezhik, J. Wozniak, Collision-induced spin flip in isotopes of muonic hydrogen, Phys. Letters A134 (1989) 435-439.

A. Scrinzi, Calculating resonant molecular formation matrix elements, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/1991) 179-184.

M.P. Faifman, T.A. Strizh, E.A.G. Armour, M.R. Harston, Quadrupol corrections to matrix elements of transitions in resonant reactions of muonic molecule formation, Hip. Interact. v 101/102 (1996) 179-189.

[179] Kuzminov V.V., Petrov Yu. V., Petrov V.Yu., Resonant formation of ddp molecular ions, Hyp. Int. 101/102 (1996) 197-205.

[180] Yu.V. Petrov, V.V. Kuzminov, V.Yu. Petrov et al. Resonant formation of ddp mesomolecules at low D2 gas density, Phys. Rev. A57 (1998) 16361645.

[181] Yu.V. Petrov, The influence of finit life time of mesic molecular complex on the resonance mechanism of its formation, Muon Cat. Fusion v.1 (1987) 219-224.

[182] P. Kammel, Muon catalyzed fusion and basic muon reactions in deuterium and hydrogen, Muonic Atoms and Molecules, (Birkhauser Verlag, Basel) (1993) 111-128.

[183] Л.И. Пономарев, Л.Н. Сомов, М.П. Файфман, Простой подход для описания системы трех тел в мезоатомной физике, Ядерная Физика 29 (1979) 133-137.

[184] A.V. Kravtsov, A.I. Mikhailov, N.P. Popov, Electron screening of the elastic scattering of muonic hydrogen on hydrogen, Phys. Lett. A116, 4 (1986) 180-181.

[185] J.S. Cohen, Accurate treatment of electron screening in calculations of muonic atom cross sections, Muon Cat. Fusion 5/6 (1990/1991) 3-20.

[186] А.И.Михайлов, Электромагнитные и столкновительные процессы с участием связанных электронов и мюонов, Диссертация, ПИЯФ РАН (2004).

[187] A.Scrinzi, K.Szalewicz, H.J. Monkhorst, Nonadiabatic rovibrational levels of hydrogenlike molecules formed in the process of muon-catalyzed fusion, Phys. Rev. A37 (1988) 2270-2279.

[188] D.Bakalov, Relativistic effects in mesic molecules, Muon Cat. Fusion 3 (1988) 321-334.

[189] V.I.Korobov Dinamic polaryzability properties of the weakly bound ddp and dtp molecular ions, J. Phys. B37 (2004) 2331-2341.

[190] D.Bakalov, V.I.Korobov, Muonic molecules: beyond the Coulomb model, Hyp. Interact. 138 (2001) 265-270.

192

193

194

195

196

M.R. Harston, S. Hara, Y. Kino, I. Shimamura, and H. Sato, Effects of the finite cize of the ion (ddß)+ on energy levels of the molecules (ddß)e and (ddß)dee, Phys. Rev. A56 (1997) 2685

V.S. Melezhik, L.I.Ponomarev, Vacuum - polarization in д-mesic molecules of hydrogen isotopes, Phys. Lett. B77 (1978) 217-219.

М.П. Файфман, Мезомолекулярные процессы в мюонном катализе, Диссертация, РНЦ "Курчатовский институт" (2005).

Y. Kino, M.R. Harston et al., Normalization of the asymptotic form of three-body (dtß)+ and (ddß)+ wave functions, Phys. Rev. A52 (1995) 870-873.

N.T. Padial, J.S. Cohen et al., Rotational transitions in compound muonic molecules, Phys. Rev. A37 (1988) 329

Д.В. Балин, Измерение коэффициентов прилипания мюонов в реакциях мюонного катализа dd- и dt-синтеза, Канд. диссертация, ОИЯИ, Дубна (2010).

Список иллюстраций

0.1 Письмо в адрес Президента АН СССР............. 6

0.2 Уровни энергии молекулы ddß................. 7

1.1 Схема резонансного образования молекулы ddß........ 34

1.2 Кинетика катализа в D/T смеси................ 43

2.1 Схема уровней иона кислорода................. 53

2.2 Зависимость сечения прилипания электрона от энергии ... 54

2.3 Результаты измерений скорости дрейфа электронов в водороде и дейтерии от напряженности электрического поля и давления газа в ИК........................ 58

2.4 Влияние электрон-ионной рекомбинации в дейтерии на величину собираемого ионизационного заряда в ИК........ 61

2.5 Зависимость рекомбинации от давления............ 62

2.6 Схема экспериментальной установки 1982-1984 гг. для исследования МК в дейтерии...................... 66

2.7 Блок-схема электронной системы обработки информации с ИК, применявшейся в экспериментах в дейтерии в 1982-84 гг. 70

2.8 Энергетические распределения первых сигналов (от мюо-нов)................................. 72

2.9 Двумерное распределение первых сигналов по энергиям импульсов на входном (А) и центральном (В) анодах ИК. . . . 73

2.10 Временное распределение первых сигналов с анода В. . . . 74

2.11 Диаграммы временных корреляций импульсов на соседних анодах ИК в зависимости от ориентаций треков частий. . . . 75

2.12 Энергетический спектр первых синтезов на центральном аноде ИК................................ 76

2.13 Кинетика последовательных событий ddß катализа без возврата мюона и с возвратом ................... 77

2.14 Временные распределения первых, вторых и третьих сигналов синтеза после остановки мюона в камере ......... 79

3.1 Анализ временного распределения первых синтезов...... 82

3.2 Метод "выжившего мюона"................... 84

3.3 Энергетическое распределение первых сигналов синтеза. . . 87

4.1 Сравнение теоретических и экспериментальных значений £11

и Xf ................................ 96

4.2 Скорости образования мюонных молекул из спиновых состояний 3/2 и 1/2 .......................... 98

4.3 Схема кинетики МК в смеси D2/HD/H2............ 99

4.4 Температурная зависимость скорости образованя dd^ молекул 100

4.5 Зависимость скорости образования dd^(T) молекул от значений £ц............................... 104

4.6 Конструкция криогенной ионизационной камеры для эксперимента в PSI........................... 105

4.7 Сегментированный анод ИК и сигналы, оцифрованные Flash-ADC................................. 107

4.8 Схема системы охлаждения криогенной камеры....... 108

4.9 Хроматограммы состава HD газа в течение двух недель работы на пучке .......................... 110

4.10 Схема экспериментальной установки 1994-96 гг........111

4.11 Временное распределение мюонных сигналов на В-анодах относительно триггерного сигнала................ 115

4.12 Распределение мюонных сигналов по переменной S=E,+2E,_i............................ 116

4.13 Энергетический спектр продуктов синтеза в газе D2.....117

4.14 Начальная часть временных спектров электронов распада и нейтронов............................. 120

4.15 Временная корреляция сигналов синтеза с ионизационной камеры и с нейтронных детекторов................ 121

4.16 Временное рапределение 3He and 3He^ событий в газе D2 . . 122

4.17 Энергетические и временные распределения событий синтеза

в исследуемых газовых смесях................. 132

5.1 Левая часть энергетического спектра синтезов в дейтерии

при T=300 K и ^=0,0837..................... 134

5.2 Зависимость коэффициента прилипания &dd от плотности среды................................ 138

5.3 Данные по полученные в 1992 г..............................142

5.4 Экспериментальные результаты по полученные с 1992 по 2005 гг..............................................................144

5.5 Зависимость отношения выходов К=К(3Ые+п)/К(1+р) от температуры ......................................................147

5.6 Нерезонансные скорости образования ¿¿ц молекул в газах Ы0и02............................................................152

5.7 Рассчитанные скорости образования ¿¿ц молекул в газах ЫЭ иБ2................................................................153

5.8 Начальная часть временного распределения нейтронов в газе

ЫЭ..................................................................154

5.9 Временн'ые спектры нейтронов ¿¿-синтеза......................155

5.10 Скорость переворота спина ¿ц атомов в газе Э2 ..............157

5.11 Корреляция значений матричных элементов и скорости синтеза158

5.12 Скорость переворота спина ¿ц атомов..........................160

5.13 Сверхтонкая структура энергетических уровней у ¿ц атомов

и молекул ¿¿ц ....................................................170

5.14 Рассчитанные скорости образования и распада ¿¿ц молекул 171

5.15 Зависимость скорости образования молекул ¿¿ц в Э2 ив смеси Ы2 + Э2 от температуры......................................172

5.16 Сравнение результатов экспериментов..........................177

Список таблиц

1.1 Основные характеристики процессов МК............ 30

1.2 Скорости нерезонансного образования мезомолекул..... 31

1.3 Энергии связи состояний мезомолекул в нерелятивистском приближении........................... 33

1.4 Расчётные значения коэффициентов начального прилипания

для реакций синтеза в мезомолекулах ¿¿ц и ¿¿ц....... 37

2.1 Энергии частиц - продуктов ¿¿-синтеза и их пробеги в водороде при давлении 90 атм..................... 56

3.1 Результаты измерений параметров ¿цё, катализа в дейтерии 90

4.1 Условия проведения и статистика в эксперименте Э2-94 . . . 123

4.2 Условия проведения и статистика в эксперименте Э2-95 . . . 123

4.3 Условия проведения и статистика в эксперименте Н2/Э2-96 . 124

4.4 Условия проведения и статистика в эксперименте НЭ-96 . . 124

4.5 Данные хроматографического анализа о концентрациях Н2/НЭ/В2 в экспериментах Н2/Э2-96 и НЭ-96........ 125

4.6 Скорости образования молекул ¿¿д и переворота спина и соотношение каналов в газе Э2.................. 129

4.7 Скорости образования молекул ¿¿д, переворота спина и соотношение каналов в газе НЭ.................. 130

4.8 Скорости образования молекул ¿¿д и переворота спина в газовой смеси Н2/Э2........................ 131

5.1 Экспериментальные условия, статистика и поправки в измерениях 1994-96 гг....................... 135

5.2 Вычисленные значения коэффициента прилипания и вероятности реактивации мюона в ¿¿д катализе........ 139

5.3 Расчетные и измеренные значения коэффициентов прилипания шп1, и и вероятности стряхивания мюона Я для реакций синтеза в мезомолекулах ¿¿д и ¿Ьд..........141

5.4 Скорость нерезонансного образования молекул ¿¿д..... 149

5.5 Скорость обратного распада молекулярных комплексов ... 163

5.6 Поправки к нерелятивистской энергии связи молекулы ¿¿д . 170

5.7 Теоретические параметры, определенные при фитировании измеренных скоростей...................... 174