Исследование акустического поля, создаваемого в воде...

Исследование акустического Исследование акустического поля, создаваемого в воде поля, создаваемого в воде

пучком электроновпучком электроновс энергией 50 МэВс энергией 50 МэВ

ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ - 2007ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ - 2007

Секция ядерной физикиСекция ядерной физики

В.Б. Бычков, В.С. Демидов, Е.В. Демидова, А.Н. Ермаков, О.Д. Ершова, В.Б. Бычков, В.С. Демидов, Е.В. Демидова, А.Н. Ермаков, О.Д. Ершова, Б.С. Ишханов, В.П. Масляный, А.Ю. Соколов, Н.А. ХалдееваБ.С. Ишханов, В.П. Масляный, А.Ю. Соколов, Н.А. Халдеева

Москва, 2006Москва, 2006

НИИЯФ МГУНИИЯФ МГУ

Зачем это нужно?Зачем это нужно?

Явление генерации звука

каскадами частиц

Регистрация нейтриноакустическим методом

НейтриноНейтрино::

Инструмент для изучения механизмов ускорения частиц в энергичных астрофизических Инструмент для изучения механизмов ускорения частиц в энергичных астрофизических источниках, таких как источниках, таких как активные ядра галактикактивные ядра галактик ии вспышки гамма-излучениявспышки гамма-излучения;;

проблема проблема порога ГЗКпорога ГЗК;;

осцилляции нейтриноосцилляции нейтрино: : проблема массы нейтринопроблема массы нейтрино;;

возможная роль нейтрино ввозможная роль нейтрино в Темной материи,Темной материи, и др. и др.

Почему именно нейтрино?Почему именно нейтрино?

10 10 GeVGeV 1 1 TeV TeV 1 1 PeV PeV 1 1 EeV 1 ZeVEeV 1 ZeV (10(1021 21 eV)eV)

Особые свойства нейтриноОсобые свойства нейтрино

малое сечение взаимодействиямалое сечение взаимодействия нейтрино с веществом нейтрино с веществом

нулевой электрический заряднулевой электрический заряд

++

СложностиСложности: :

малое сечение взаимодействиямалое сечение взаимодействия малые потоки при высоких энергияхмалые потоки при высоких энергиях

Необходимы детекторы больших объемовНеобходимы детекторы больших объемов

––

Два метода детектированияДва метода детектирования

ЧеренковскийЧеренковскийДетектирование черенковского излученияДетектирование черенковского излучениявторичных мюоноввторичных мюонов11АкустическийАкустическийДетектирование звуковых волн от Детектирование звуковых волн от каскадных ливнейкаскадных ливней22

The telescope will be equippedwith 4000 light detectors

Черенковский методЧеренковский метод

µ

νµ

Акустический методАкустический метод

Высокие энергииВысокие энергии малые потокималые потокиНеобходимы большие объемы детекторовНеобходимы большие объемы детекторов

Длина затухания звукаДлина затухания звука ~ ~ 1 1 кмкм ((нана 10 10 кГцкГц))Длина затухания светаДлина затухания света ~ ~ 50 50 мм

EEνν > 10 > 101515 эВэВ

Механизм генерации звукаМеханизм генерации звука

µ

νµ

В результате взаимодействия В результате взаимодействия

нейтрино в воде возникаютнейтрино в воде возникают

электромагнитно-адронные электромагнитно-адронные

ливниливни

Мгновенное выделение теплоты в Мгновенное выделение теплоты в

ограниченном объемеограниченном объеме дает дает

начало импульсу давления, начало импульсу давления,

имеющемуимеющему биполярную формубиполярную форму

Акустическое излучение Акустическое излучение

распространяется в области, распространяется в области,

имеющей форму имеющей форму сплюснутого сплюснутого

цилиндрацилиндра

• SAUNDSAUND ( (Stanford University, California)Stanford University, California)

• NEMONEMO ((INFN Genova, ItalyINFN Genova, Italy))

• ANTARESANTARES ( (University of Erlangen,University of Erlangen, GermanyGermany))

• ACORNEACORNE (University of Sheffield, UK) (University of Sheffield, UK)

• HT-200HT-200 ( (Байкал)Байкал)

• НИИЯФ МГУНИИЯФ МГУ

Научные группыНаучные группы

Акустические эксперименты на ускорителяхАкустические эксперименты на ускорителях

• Явление генерации звука каскадами частиц можноЯвление генерации звука каскадами частиц можно

смоделировать в лабораторных условиях смоделировать в лабораторных условиях – –

эксперименты на ускорителях в интенсивных пучках эксперименты на ускорителях в интенсивных пучках p p и и ēē

• НИИЯФ МГУ: изучение акустических эффектов, возникающихНИИЯФ МГУ: изучение акустических эффектов, возникающих

в воде при прохождении пучка электронов в воде при прохождении пучка электронов

Ускоритель электронов Ускоритель электронов RTMRTM 7070

Импульсный разрезной микротрон Импульсный разрезной микротрон RTM 70RTM 70, НИИЯФ МГУ, НИИЯФ МГУ

Параметры пучка в экспериментеПараметры пучка в эксперименте

Энергия электроновЭнергия электронов 50 МэВ50 МэВ

Длительность импульсаДлительность импульса 8 мкс8 мкс

Частота повторения импульсовЧастота повторения импульсов 10 Гц10 Гц

Пространственные размеры Пространственные размеры сечения пучкасечения пучка

Средний ток пучкаСредний ток пучка 2 мА2 мА

Суммарное энерговыделениеСуммарное энерговыделениев импульсев импульсе 5·105·101818 эВ эВ

2,5 мм2,5 мм

5 мм5 мм

МоделированиеМоделированиеXX

, m

m,

mm

ZZ, mm, mm

4040

2020

00

-20-20

-40-40

00 10100 0 200 200 300 300 400 400 500 500

Пространственное распределение средних потерь энергииПространственное распределение средних потерь энергиина единицу объемана единицу объема

2.52.5e+08e+08

2e+082e+08

1.5e+081.5e+08

1e+081e+08

0.5e+080.5e+08

00

Энерговыделение, МэВ/мм3

Параметры пучка:d = 4 ммE = 50 МэВN = 1011

МоделированиеМоделирование

Поперечное распределение средних потерь энергииПоперечное распределение средних потерь энергиидля нескольких сечений пучкадля нескольких сечений пучка

-20-20 -1-10 0 0 0 10 10 20 20

dE(X

)d

E(X

) , , M

eV

/M

eV

/ mm

mm

33

XX, mm, mm

3e+083e+08

2.52.5e+08e+08

2e+082e+08

1.5e+081.5e+08

1e+081e+08

0.5e+080.5e+08

00

Схема экспериментаСхема эксперимента

945 мм

пучок

гидрофон

Y

Z

ЭМ ливень

Гидрофон перемещался вдоль линейных трасс с шагом 4.5 мм. Далее Гидрофон перемещался вдоль линейных трасс с шагом 4.5 мм. Далее представлены результаты измерений на трассе, проходящей на расстоянии представлены результаты измерений на трассе, проходящей на расстоянии X X = 6= 6.5 .5 см см от оси пучкаот оси пучка

508 ммZ

x

65 мм65 мм

523

мм

Схема экспериментаСхема эксперимента

пучок

Сканер(шаг = 4.5 мм)

Бассейн 100x50x50 cm3

Широкополосный (Широкополосный (до 160 кГцдо 160 кГц) высокочувствительный () высокочувствительный (> 1> 1мВ/ПамВ/Па) ) гидрофон на основе пьезокерамики с тангенциальной гидрофон на основе пьезокерамики с тангенциальной поляризациейполяризацией

ГидрофонГидрофон

3,5 см

Блок-схема экспериментаБлок-схема эксперимента

Усилитель Robotron

50 dB 20 - 200 kHzгидрофон

Датчик тока пучка

Усилитель У7-1

10 dB 10 - 100 kHz

Осциллоскоп• Время наблюдения: 1 мс• Частота оцифровки: 10 МГц

Синхроимпульс

1 2Компьютер

Сигнал на Сигнал на расстояниирасстоянииXX = 6.5 = 6.5 см от см от оси пучка, оси пучка, измеренный измеренный вблизи вблизи заглушкизаглушки

Результаты экспериментаРезультаты эксперимента

Амплитуда сигнала, В

Время, мкс

40 мксR = 6 см


Вычисление тока пучка для Вычисление тока пучка для каждого измерениякаждого измерения

Нормировка сигналов на 1 мА Нормировка сигналов на 1 мА тока пучкатока пучка

Временные зависимости Временные зависимости сигналов построены друг под сигналов построены друг под

другом с шагом, равным другом с шагом, равным расстоянию между точками расстоянию между точками

измеренийизмерений


0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5Расстояние от гидрофона до источника звука,

(время*1500 м/с), м

Расстояние вдоль трассы, см

пу

чо

к





ABAB::сигнал от сигнал от ближайшей точки ближайшей точки излучающей излучающей акустической акустической антенныантенны

А

Впу

чо

к





ABAB::сигнал от сигнал от ближайшей точки ближайшей точки излучающей излучающей акустической акустической антенныантенны

А

В

CDCD::источник – источник – область заглушки, область заглушки, через которую через которую пучок входит пучок входит в водув воду

D

C

пу

чо

к


RR = = VtVt + + rr00

VV = = (1435 ± 12) м/сек (1435 ± 12) м/сек

VV = = (1461 ± 15) м/сек(1461 ± 15) м/сек(измерено в калибровочном опыте с (измерено в калибровочном опыте с пьезоэлектрическим излучателем в пьезоэлектрическим излучателем в

качестве источника звука)качестве источника звука)

• Зарегистрировано акустическое излучение от Зарегистрировано акустическое излучение от электронно-фотонного ливня, создаваемого пучком электронно-фотонного ливня, создаваемого пучком электронов в воде;электронов в воде;

• получена детальная пространственно-временная получена детальная пространственно-временная зависимость акустического поля;зависимость акустического поля;

• разделены сигналы из области выделения разделены сигналы из области выделения энергии электромагнитным ливнем и из области энергии электромагнитным ливнем и из области заглушки, через которую пучок входит в воду.заглушки, через которую пучок входит в воду.


Дальнейшие планы и задачиДальнейшие планы и задачи

• Получение количественных данных; Получение количественных данных;

• реконструкция формы излучающей области и параметров каскада по реконструкция формы излучающей области и параметров каскада по зарегистрированным сигналам;зарегистрированным сигналам;

• измерения при разных значениях диаметра пучка, энергии частиц, измерения при разных значениях диаметра пучка, энергии частиц, длительности импульса. Изучение зависимости характеристик поля от длительности импульса. Изучение зависимости характеристик поля от этих параметров;этих параметров;

• подтверждение теплового механизма генерации звука как безусловно подтверждение теплового механизма генерации звука как безусловно доминирующего, изучение возможного вклада других механизмов;доминирующего, изучение возможного вклада других механизмов;

• усовершенствование алгоритмов обработки сигналов.усовершенствование алгоритмов обработки сигналов.

Исследование акустического поля, создаваемого в воде...

Documents