Поиск резонансного поглощения аксионов, излучаемых при М1-переходе 57Fe на Солнце

Рис. 21. Зависимость ч² и Р(ч²) от площади пика с энергией 14.4 кэВ

В соответствии с выражением (29) для числа ядер ⁵⁷Fe в мишени N_57Fe = 1.40^.10²⁰, времени измерений Т = 2.57^.10⁶ c, эффективности регистрации е=2.19^.10^-2, вероятности выхода излучения из мишени Р = 0.189 и коэффициента внутренней конверсии з=0.105 имеем:

(32)

откуда верхний предел на массу аксиона составляет: m_А ? 360 эВ (90% у.д.). Данный результат является в два раза более строгим, чем полученный в работе [⁵¹].

6.4 Использование рентгеновских линий Fe для получения ограничения на вероятность резонансного поглощения аксиона

Изучаемый М1-переход имеет большой коэффициент электронной конверсии, поэтому существует другая возможность установить верхний предел на количество резонансных поглощений, основанная на регистрации характеристического рентгеновского излучения железа.

Рис. 22. Линии характеристического рентгеновского излучения меди и железа, зарегистрированные в энергетическом интервале (4 - 11) кэВ спектра 1

Полный коэффициент конверсии составляет е/г=8.5, a вероятности появления конверсионного электрона с L и М оболочек равны K/L = 8.7 и L/M = 7.5. В результате, при 14.4кэВ М1-переходе с вероятностью 0.79 на К-оболочке образуется вакансия. При заполнении излучаются кванты с энергиями К_б12=6.40 кэВ и К_в=7.06 кэВ и с вероятностями равными 0.304 и 0.036, соответственно. Коэффициент ослабления данных линий в мишени м = 69.1 см²/г и м = 52.5 см²/г практически не отличаются от коэффициента ослабления для гамма-квантов с энергией 14.4 кэВ (м = 63.1 см²/г). В результате, число квантов с энергией 6.4 кэВ, выходящих из мишени, в 2.2 раза превышает число гамма-квантов с энергией 14.4 кэВ.

Энергетический интервал (411) кэВ спектра сигналов, зарегистрированных в антисовпадении с сигналом активной защиты, в котором должны наблюдаться линии железа К_б12 и К_в, показан на рис. 22. Наиболее интенсивный пик с энергией К_б12=8.04 кэВ связан с рентгеновским излучением меди, из которой была изготовлена оправка детектора. Определенная интенсивность пика с энергией 6.4 кэВ составила (100±40) событий, что соответствует верхнему пределу S_lim=150 событий для 90% у.д. Используя выражение (32) можно получить предел на массу аксиона m_А ? 550 эВ. Данный предел в 1.5 слабее, чем полученный из отсутствия пика с энергией 14.4 кэВ, что связано с более высоким уровнем фона. Поскольку около 90% фона при низких энергиях связано с комптоновским рассеянием квантов ²⁴¹Am с энергией 59.6 кэВ, поиск пика с энергией 6.4 кэВ может привести к большей чувствительности к массе аксиона при работе с установкой свободной от данного источника фона.

Заключение

Основные результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Создана экспериментальная установка с Si(Li) - детекторами и мишенью из изотопа ⁵⁷Fe. Низкофоновая установка включает в себя пассивную и активную защиту от космического излучения, а также регистрирующую аппаратуру.

2. Создана программа накопления данных с Si(Li) - детекторов, позволяющая проводить длительные измерения и контролирующая работу детекторов и активной защиты.

3. Проведен поиск резонансного поглощения солнечных аксионов ядрами ⁵⁷Fe, приводящего к возбуждению первого ядерного уровня ⁵⁷Fe: А + ⁵⁷Fe ⁵⁷Fe* ⁵⁷Fe + . В измеренном за 30 суток энергетическом спектре Si(Li) - детектора пик 14.4 кэВ, соответствующий энергии первого возбужденного уровня ⁵⁷Fe, статистически не проявился, что позволило установить новое верхнее ограничение на массу аксиона m_A 360 эВ (90% у.д.). Данный результат является в два раза более строгим, чем полученные в предыдущих работах.

Размещено на Allbest.ru