Produkcja neutrin
Wiązka protonów, w krótkich impulsach po 8,7 μs co około 2,4 s każdy, jest rozpędzana w zespole akceleratorów w FermiLab'ie (rys. 3.1) do energii około 120 GeV [29], co odpowiada średniej mocy wiązki 0,4 MW [21]. Następnie wiązka zawierająca ok. 2,5 * 1013 protonów na jeden puls kierowana jest na długą na 95,4 cm i szeroką na 6,4 mm grafitową tarczę (rys. 3.2 i 3.3) (zwaną także z angielskiego target) chłodzoną wodą [20].
Rysunek 3.2: Schemat urządzeń produkujących wiązkę neutrin [10]
 |
Rysunek 3.3: Grafitowa tarcza używana do produkcji pionów i kaonów [10]
 |
W wyniku kolizji wiązki protonów z tarczą produkowany jest strumień różnych cząstek (głównie pionów i kaonów). Grafitowa tarcza jest ruchoma i może zmieniać swe położenie nawet o 2.5 m względem dwóch parabolicznych rogów magnetycznych (rys. 3.2 i 3.4) odległych od siebie o około 10 m [22]. Dzięki temu możliwe jest kontrolowane odchylanie toru produkowanych cząstek oraz wybieranie dodatnio naładowanych cząstek (głównie pionów) o energii do 15 GeV [21].
Rysunek 3.4: Jeden z rogów magnetycznych w trakcie konstrukcji. Widok w osi przyszłej wiązki. Widoczne jest podświetlone wnętrze rogu w dwóch ujęciach [10]
  |
Rysunek 3.5: Trzy możliwe widma wiązki neutrin w funkcji energii: nisko- (LE), średnio- (ME) i wysokoenergetyczna (HE) [12]
 |
Po opuszczeniu hali tarczy (target hall) strumień krótkożyciowych pionów kierowany jest do długiej na 675 m próżniowej komory rozpadowej (decay pipe) o średnicy ok. 2 m, gdzie następują rozpady tych cząstek. W wyniku rozpadów pionów powstają neutrina i miony, które również podlegają rozpadowi. Dwie podstawowe reakcje podane są poniżej. 
Za komorą rozpadową znajdują się: pochłaniacz hadronów, detektory mionowe i lita skała (rys. 3.2). Detektor hadronowy służy do monitorowania produktów, które nie uległy rozpadowi. Użycie aluminiowo-stalowego pochłaniacza za detektorem hadronowym ma na celu usuwanie z wiązki cięższych cząstek, aby zapobiec radiacji otaczających skał. Ponadto urządzenie to powinno pochłaniać protony, które z różnych przyczyn minęły tarczę grafitową [26]. Zadaniem detektorów mionowych jest monitorowanie tych mionów, które nie uległy rozpadowi albo nie zostały zatrzymane w pochłaniaczu. Ostateczna wiązka składać się musi wyłącznie z neutrin. Dlatego niezbędne jest całkowite wyeliminowanie wszystkich pozostałych cząstek - do tego celu służy 240 m litej skały, która pochłania pozostałe miony. Dzięki zastosowaniu takiej technologii ok. 1000 m za tarczą istnieje praktycznie czysta wiązka neutrin (tzw. wiązka NuMI) składająca się w 92% z νμ, w 6,5% z 
oraz około 1,5% z νe i 
. Dodatkowo dzięki możliwości zmiany względnego położenia tarczy i rogów magnetycznych, istnieje możliwość zmiany widma produkowanych neutrin (rys. 3.5). Jako podstawową wiązkę używa się niskoenergetyczną (ang. Low Energy, LE) mającą 3,1 GeV w maksimum rozkładu [21] [12] [10] [8] [22]. W dalszej kolejności neutrina biegną pod kątem 3,3° w głąb Ziemi do bliskiego i dalekiego detektora umieszczonych na osi wązki [12] [1].
komentarze
Copyright © 2008-2010 EPrace oraz autorzy prac.