Monte Karlo simulacija transporta pozitrona u realnim sistemima ispunjenim gasom

Abstract

Napredak uređaja za akumulaciju i skladištenje pozitrona omogućava sve preciznija merenja preseka za interakciju pozitrona sa atomima i molekulima. Nedavno kompletirani setovi sudarnih podataka za molekule koji se najčešće javljaju u pozitronskim uređajima i primenama (najpre N2, CF4 i H2O ali i drugi) omogućili su detaljne simulacije transporta pozitrona u takvim sredinama, kao i detaljan opis uređaja koji se na njima baziraju. Osnovni cilj ove disertacije jeste da na osnovu izmerenih sudarnih podataka, pomoću računarskih Monte Karlo simulacija, detaljno analizira realne uređaje i sisteme ispunjene gasom koji svoju funkciju baziraju na elementarnim procesima u kojima učestvuju pozitroni. Disertacija se fokusira na tri konkretna sistema: pozitronski trap, kompresiju snopa pozitrona rotirajućim poljem i termalizaciju pozitrona u biološki relevantnoj sredini. Otkriće i razvoj pozitronskog (Surko) trapa početkom devedesetih godina, predstavlja prekretnicu u polju fizike niskoenergijskih pozitrona i dovelo je do velikog napretka u razumevanju interakcije niskoenergijskih pozitrona sa atomima i molekulima. Trapovi su omogućili akumulaciju velikog broja pozitrona (106-108), niske energije sa energijskom raspodelom koja odgovara sobnoj temperaturi ( <50 meV ) što omogućava formiranje intenzivnih snopova pozitrona sa precizno definisanom energijom. Kao takvi, pozitronski trapovi predstavljaju osnovi alat u brojnim eksperimentima poput merenja preseka za interakciju, proizvodnje antivodonika, proizvodnje i proučavanja pozitronijuma, pozitronske anihilacione spektroskopije i slično. Od trenutka kada je prvi put primenjen, princip rada i dizajn pozitronskog trapa se nije značajnije menjao i standardno je obezbeđivao efikasnost trapovanja od 10-20%. U zavisnosti od konkretne primene trapa, kroz empirijske pokušaje su optimizovani različiti parametri rada, kao što su: efikasnost trapovanja, vreme života akumuliranih pozitrona, maksimalna koncentracija pozitrona ili broj emitovanih sporih pozitrona u sekundi. U disertaciji koristimo preseke koji su izmereni zahvaljujući ovakvim trapovima, kako bismo kroz simulaciju analizirali njihov rad, identifikovali procese koji utiču na performanse trapa i našli način da se performanse optimizuju. Ujedno, simulacija omogućava lakše menjanje osobina trapa koje nije lako promeniti u eksperimentu, kao što su geometrija trapa, ili sastav gasa. Kako simulacija identifikuje proces formiranja pozitronijuma na molekulima N2 kao glavni ograničavajući faktor za ostvarivanje veće efikasnosti, predložen je model, i urađena je detaljna simulacija alternativnog načina trapovanja pozitrona koja kao glavni radni gas umesto N2, za trapovanje koristi vibracione eksitacije molekula CF4, u energijskom opsegu daleko ispod praga za formiranje pozitronijuma. U saradnji sa kolegama sa University College London, iz Grupe za atomsku, molekulsku, optičku i pozitronsku fiziku, pokušana je konverzija standardnog pozitronskog trapa u predloženu CF4 konfiguraciju i utvrđeni su, kroz eksperiment i simulaciju, konstrukcijski nedostaci koji onemogućavaju konverziju najvećeg broja postojećih trapova, kao i aspekti koji bi trebalo da se uzmu u obzir prilikom konstrukcije budućih trapova...

Development and advancement of positron accumulation and storage devices has enabled increaesingly accurate measurements of cross-sections for positron interaction with atoms and molecules...