Monografie naukowe (Scientific monographs)

Permanent URI for this collection

https://rifj.ifj.edu.pl/handle/item/6

Browse

Now showing 1 - 20 of 30

Przemiany strukturalne i magnetyczne wywołane absorpcją wodoru w związkach ziem rzadkich z manganem o strukturze typu faz Lavesa C14 i C15
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2012) Budziak, Andrzej
Measurements of final states with τ leptons in proton-proton collisions using the ATLAS detector at the LHC
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2013) Kaczmarska, Anna
This monograph describes first analyses of processes with τ leptons in final state that have been performed with proton-proton collision data at the centre-of-mass energy of √s = 7 TeV collected with the ATLAS detector at the LHC. Described studies are based on early data, recorded in 2010 and corresponding to an integrated luminosity of 35 pb−1. Presented Higgs boson(s) searches, requiring higher statistics samples, are based on more data, corresponding to an integrated luminosity of 1.06 fb−1 and collected in 2010 and the first half of 2011. The reconstruction algorithms and identification methods for hadronically decaying τ leptons in the ATLAS experiment are described in detail. Validation of those algorithms in data as well as the first attempts to estimate the rate of the mis-identification of Quantum Chromodynamics jets or electrons as τ candidates are also presented. A dedicated Chapter is devoted to the first measurements of Z → ττ and W → τν production cross sections. The use of the latter process for determination of the hadronic τ decay identification efficiency is also reported. The early analyses of Higgs boson(s) searches with τ leptons in final states, presented in this document, cover studies of both the Standard Model andMinimal Supersymmetric Standard Model neutral Higgs boson(s) decaying into the H → ττ final state as well as Minimal Supersymmetric Standard Model charged Higgs boson decays, H+ → τν. No significant excess over the expected background is observed in any of these studies. Nevertheless, even though performed on limited statistics, they provided improved exclusion limits as compared to those obtained by previous experiments.
Perturbed Angular Correlation method in materials science
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2013) Kulińska, Agnieszka
The nuclear solid state methods involve inter alia the detection of the particles or γ-radiation from the nuclear decays or nuclear reactions to investigate the properties of condensed matter. This extremely broad range of methods can be divided into two main groups: ion beam analysis (IBA) and hyperfine interaction (HFI) techniques. The various methods from the first group are very important for determination of the elemental composition of materials, and for atomic arrangement. The widely used and most well-known technique is the Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS), which is based on the elastic backscattering of charged particles by nuclei in solids. Hyperfine techniques such as the Mössbauer spectroscopy (MS), the Nuclear Magnetic Resonance (NMR), and the Perturbed Angular Correlation (PAC) have been extensively employed to investigate the structural, magnetic and electronic properties at atomic scale in the condensed matter [Sch96]. In this work, I present the use of the PAC method in fundamental research of the condensed matter as well as its application in the solid state and material physics. I give the results of the intensive studies on the intermetallic compounds, oxides, magnetic materials; thin films and nanocrystalline materials. I summarize the EFG parameters for Hf-Al and Zr-Al intermetallic systems.
Badanie kolektywnych własności jąder atomowych w funkcji temperatury i spinu
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2013) Kmiecik, Maria
Symetrie kształtów jądra atomowego i ich łamanie
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2013) Mazurek, Katarzyna
Badania struktury jąder neutrono-nadmiarowych produkowanych w głęboko nieelastycznych reakcjach ciężkich jonów na wiązkach stabilnych i radioaktywnych
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2013) Królas, Wojciech
A novel experimental method exploiting the production of neutron-rich fragments in deepinelastic heavy ion collisions was used to extend the in-beam γ-ray spectroscopic studies towards previously inaccessible neutron-rich nuclei. The γ-γ coincidence analysis of reaction products was used to obtain new information on the mechanism of deep-inelastic collisions, in particular on the neutron-to-proton ratio equilibration process. These results were compared to theoretical predictions based on a liquid-drop energy minimization model and a heavy ion phase space exploration model. Neutron-rich potassium isotopes were studied in the bombardments of thick 238U and 208Pb targets with the 48Ca beam. Excited states in the 48K and 49K isotopes were identified for the first time in experiments with the PRISMA-CLARA spectrometer. Based on those identifications the level schemes of predominantly yrast excited states were established from the analysis of GAMMASPHERE γ coincidence data collected for the same reactions. A new 5+ isomer was identified in 48K, the analog of the 7/2– isomer in 47K. Important information on the coupling of the proton-hole and neutron-particle states in the neutron-rich 48K and 49K isotopes was obtained. Systematics of lowest 1/2+, 3/2+, and 7/2– states in odd-odd potassium isotopes were extended beyond the N = 28 line. These results confirm a reordering of the s1/2 and d3/2 proton-hole orbitals for neutronrich potassium isotopes which was interpreted in terms of the evolution of single-particle energies caused by the monopole effect of the tensor force. Experimental efforts aimed at the establishing of the yrast excitations in the series of even neutron-rich nickel isotopes reaching toward the double closed-shell 78Ni isotope are described including the search for the missing 8+ isomeric state in 72Ni. In the analysis of the GAMMASPHERE γ coincidence data from experiments with the 76Ge beam the ground-state band in 72Ni was extended to the 8+ state concluding that this level has a half-life not longer than 20 ns. Based on the established level scheme a large enhancement of the B(E2) transition probability for the 8+ → 6+ transition in 72Ni compared to 70Ni was calculated. This effect is compatible with the predictions of the van Isacker model suggesting a significant lowering of the 6+ seniority υ = 4 level which is calculated to be near the 6+ υ = 2 state. Recent spectroscopic results for less exotic even-even nickel isotopes 64, 66, 68Ni are presented including new spin and parity assignments based on the analysis of angular correlations of γ rays emitted from fragments produced in deep-inelastic collisions with the 64Ni beam. Prospects of new studies of neutron-rich nuclei produced in deep-inelastic collisions using radioactive ion beams of fission fragments are also discussed. Basic technical aspects of the production of such beams are described based on the Holifield Radioactive Ion Beam Facility RIB project. The design and construction details of the Isomer-scope detection setup for the identification and spectroscopy of the isomeric decays in fragments produced in deep-inelastic collisions are presented. Results of the test experiment with a stable 71Ga beam performed at HRIBF are shown. Plans for an upgrade of the Isomer-scope device and its future application for experiment at Oak Ridge and elsewhere are discussed.
Experimental and Theoretical Studies of Proton Induced Nuclear Spallation
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2015) Pysz, Krzysztof
Progress in the understanding of the proton induced disintegration of the atomic nuclei at the GeV incident energy range related to the achievements of the PISA (Proton Induced SpAllation) experiment is reported. The scientific motivation of the spallation research is given. Experimental technique as well as the measured distributions of the double differential cross section (d2σ / dΩdE) for spallation products in broad range of bombarding energies and for target nuclei of various masses are presented. Interpretation of obtained results in the frame of a classical two step model utilizing the mechanism of intranuclear cascade for the first phase of the reaction and the statistical evaporation from the thermalized target-like remnant for a second step is described. Significant deficiencies of two step approach in reproducing of the experimental observables related to the dynamic stage of the reaction is indicated. Search for the features of alternatives scenarios of spallation process with the use of phenomenological models is undertaken and the conclusion indicating the need of inclusion to the theoretical description of the reaction the intermediate compound and excited fragments is derived. A new microscopical model (Spallation Model with Cascade++) of the first dynamical phase of a pA reaction is developed. Besides of the binary nuclear interactions a mechanism consisting in a Dynamic Clustering in Nuclear Medium (DCNM) is postulated. The resulting improvement in the theoretical description of the distributions of the Light Charged Particles (LCP) in comparison to the models where only binary interactions are considered is shown.
Pomiar funkcji struktury protonu w obszarze małych przekazów czteropędu Q2 na akceleratorze HERA
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2015) Łobodzińska, Ewelina
Zastosowanie techniki μSR w badaniach własnosci magnetycznych wybranych magnetyków molekularnych
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2015) Zieliński, Piotr M.
The subject of this paper is an application of the muon spin research (μSR) in study of critical properties of molecule-based magnetic materials, particularly the novel cyano-bridged molecular networks. Among several elementary particles commonly used in condensed matter science, the positive muon is fast establishing itself alongside the electron, the positron and the neutron. Although it would be an exaggeration to describe the muon as a universal microscopic probe, but only a few restrictions exist as to the suitability of the examined material. Research involving muons provides a wealth of structural and dynamical information on the atomic scale on metallic systems, on magnetic materials, on semiconductors and on insulators, including organic and molecular materials. μSR spectroscopy makes use of implanted muons to probe properties of matter at the microscopic level. According to one of the earliest definition of μSR - appeared on the cover of the first issue of the μSR Newsletter in 1974 -: “μSR stands for Muon Spin Relaxation, Rotation, Resonance, Research or what have you”. Generally speaking, the abbreviation covers any study of the interactions of the muon’s magnetic moment with its surrounding following implantation in matter of choice. μSR is a relatively new nuclear method, that can be classified in between NMR and diffraction techniques. .However, a key difference is the fact that in μSR one does not relay on internal nuclear spins, making use of the muon’s spin instead. Moreover, no radio-frequency technique alignment of the probing spin is required. Another clear distinction between the μSR technique and those involving neutrons or X-rays is that scattering is not involved. Neutron diffraction techniques, for example, use the change in energy and/or momentum of a scattered neutron to deduce the sample properties. In contrast to the neutron diffraction techniques, the implanted muons are not diffracted but remain in a sample until the time of their natural decay. A careful analysis of the decay positrons provides information about the interaction between the implanted muon and environment it is probing. The [M(CN)8]n− complexes, are universal building blocks for a moleculebased magnets, leading to various spatial structures, depending on the surrounding ligands and the choice of the metal ions. With these complexes many novel, functional magnetic compounds of different network dimensionality and unique physical properties have been recently developed. Research on functionality of organic and metalorganic systems receives still growing attention, since in case of molecular material it is possible to design it’s properties through careful preparation of the chemical synthesis path. Molecular magnets predominantly belong to the class of compounds involving well localized magnetic moments. Unprecedented properties of novel molecule-based magnetic materials are due to interplay of unique molecular network architectures and magnetic anisotropy induced by different coordination patterns. Such features together with the fact that the nature and symmetry of magnetic interactions is encrypted in the critical behaviour makes them a perfect testing ground of the existing theoretical spin models. The μSR experimental method allows to study magnetic properties of such materials in zero applied field. Therefore it is perfectly suited to study magnetic fluctuations and spin dynamics in the vicinity of phase transition, supplying complete set of static and dynamic critical exponents. Present dissertation concerns study of critical behaviour for six molecular magnets based on [M(CN)8]n− building blocks (M = WV,MoV, NbIV) and d-electron spin centres such as CuII,MnII, FeII. First part of this monograph provides a brief descrption of muon as a elementary particle and it’s interaction in condensed matter. The second part contains general introduction to the μSR experimental technique itself as well as it’s aplication in study of critical properties of magnetic materials. The second part was also meant to serve as a basic handbook, for students and possible new users, wishing to utylize this experimantal method in their research. Therefore author tried to make it possibly comprehensive. The third part of this monography is devoted to analysis of μSR data obtained for six compounds exhibiting different dimensionalities of crystall and magnetic structures. The fourth and last part of this paper summarizes main conclusions presented in this habilitation thesis. This dissertation intends to be an example of application of the μSR technique in study of critical phenomena in molecule-based magnetic materials. The author’s intention was, that this work could be a handy guide for those, (students, researchers) wishing to use μSR method for the first time.
Plasma-Focus and controlled nuclear fusion
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2016) Scholz, Marek
The dependence of the binding energy per nucleon on the nucleus mass number known in nuclear physics shows that nuclear energy can be produced (emitted) not only in the fission reactions of heavy nuclei, but also in the fusion reactions of light nuclei. In both cases, the production (emission) of energy is equal to the increment of the total binding energy. Thus nuclear fusion reactions, in addition to fission reactions, may be the second major source of energy production on Earth.
Efekty systematyczne w obserwacjach promieni kosmicznych najwyższych energii – wielokrotne rozpraszanie światła
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2016) Pękala, Jan
Od chwili odkrycia podczas lotu balonowego przez Victora Hessa, promienie kosmiczne nieustanie są przedmiotem badań. Liczne eksperymenty zostały przeprowadzone dla zbadania tych cząstek przybywających do Ziemi z głębi kosmosu. Eksperymenty te z jednej strony poszerzały wiedzę o promieniach kosmicznych, z drugiej zaś, odkrywając część tajemnicy, otwierały pole do dalszych badań. Dziś, po ponad stuleciu od odkrycia, pochodzenie i własności promieni kosmicznych, szczególnie najwyższych energii, ciągle stanowią jedną z największych zagadek astroﬁzyki. Zakres energii cząstek promieniowania kosmicznego docierającego do Ziemi obejmuje wiele rzędów wielkości: od najniższych energii, rzędu 10 7 eV, aż do najwyższych dotychczas zaobserwowanych, przekraczających 10 20 eV. Ze wzrostem energii cząstek obserwujemy potęgowy spadek ich strumienia (rys. 1), co czyni obserwacje promieniowania kosmicznego o najwyższych energiach szczególnie trudnym. Dzięki atmosferze powierzchnia Ziemi jest chroniona przed ciągłym bombardowaniem wysokoenergetycznymi cząstkami - oznacza to jednak, że bezpośrednia obserwacja promieniowania kosmicznego wymaga wyniesienia detektorów ponad gęste warstwy atmosfery, przy użyciu balonów lub satelitów. Dzięki takim właśnie eksperymentom własności promieniowania kosmicznego, takie jak skład i wielkość strumienia, zostały określone z dużą dokładnością przy niższych energiach. Jednak ograniczone rozmiary i czas działania detektorów jakie mogą być wyniesione ponad atmosferę, w połączeniu z malejącym strumieniem cząstek, narzucają granice możliwości badań takimi metodami do energii poniżej ∼ 10 15 eV. Detekcja promieniowania kosmicznego o wyższych energiach możliwa jest natomiast pośrednio, poprzez obserwacje kaskad cząstek wtórnych, czyli tak zwanych wielkich pęków atmosferycznych, wywoływanych przez cząstki pierwotne.
Wpływ kontrolowanej modyfikacji struktury i morfologii planarnych i liniowych nanostruktur metalicznych na ich własności magnetyczne na przykładzie wielowarstw Fe/Cr i nanodrutów Co
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2017) Kąc, Małgorzata
In this monography, we have demonstrated the results of an investigation of the influence of controlled modification of the morphology and structure on magnetic and magnetotransport properties of Fe/Cr multilayers representing planar nanostructures. Moreover, the structural and magnetic properties of cobalt nanowires being an example of linear objects were studied. The aim of the multilayer studies was to learn about the interface structure between Fe and Cr layers and then analyse the impact of this parameter on the giant magnetoresistance effect. Samples were prepared by vapor deposition in ultrahigh vacuum conditions. The layer morphology and interface structure were analyzed using the techniques of high resolution transmission electron microscopy on a cross section of the sample (HRTEM) also operated in the scanning mode (STEM), low energy electron diffraction (LEED), energy dispersive spectroscopy (EDS), Auger electron spectroscopy (AES), X-ray reflectometry (XRR) and conversion electron Mossbauer spectroscopy (CEMS). The results confirmed the slight interface roughness in the area of up to 2 - 3 atomic layers and layer continuity in all samples. An analysis of the magnetic properties carried out based on measurements of magnetooptical Kerr effect or SQUID magnetometer, indicated the antiferromagnetic coupling of Fe layers. In order to analyse the impact of interface roughness on the giant magnetoresistance value, the multilayer systems have been subjected to the controlled modification by the introduction of Bi, Pb or In surfactants as well by gold or iodine swift heavy ion irradiation. The used modification methods, depending on the type and intensity, caused the interface smoothing, which is preferably influenced by the presence of the buffer layer, the introduction of bismuth atoms as surfactant, as well as Au and I ion irradiation of polycrystalline trilayers with low fluences. In addition, we have observed changes in the magnetic arrangement of Fe layers, manifested by a decrease of antiferromagnetic coupling fraction in multilayers modified by In surfactant and in the majority of irradiated samples. The increase of the antiferromagnetic coupling fraction was observed for trilayers irradiated with low fluences, for which interface smoothening was reported. It has been demonstrated that the positive effect of the buffer layer caused the stabilisation of the antiparallel arrangement of magnetization vector in iron layers. These changes affected the giant magnetoresistance effect, which increased with increasing interface roughness caused by interface corrugation and less by interdiffusion, with kept antiferromagnetic coupling of Fe layers. An increase of interface roughness resulted mainly from interdiffusion, and it was responsible for magnetoresistance effect decrease amplified by decrease of antiferromagnetic coupling fraction. Modification of interfaces with swift heavy ions showed that irradiation with small ion fluences gives the best chance of interface smoothing and keeping antiferromagnetic ordering of the systems. The aim of investigation of the structural and magnetic properties of cobalt nanowires was to optimise their morphology, as well as electrodeposition parameters leading to the achievement of nanoobjects showing a magnetic anisotropy with an easy axis of magnetization along the nanowire and characterised by the high values of coercivity and squareness of the hysteresis loop. Cobalt nanowires were electrodeposited in the polycarbonate membranes with a diameter in the range of 30 nm to 200 nm. The nanowire length varied from 1.5 μm to 6 μm. The impact of electrodeposition parameters, such as temperature and pH of the electrolyte and the cathodic voltage on the properties of the nanowires, was also investigated. It was observed that the optimal to achieve magnetic arrangement along nanowire axis and the greatest values of the coercive field, are: small diameters (30 nm ÷ 50 nm) and small length of the nanowires (1.5 μm), low electrolyte temperature (20 °C - 25 °C), low cathodic voltage (-0.9 ÷ V - 1.0 V) and moderate pH value (3.2) with a tendency to increase in order to reduce hydrogen evolution (3.8). These observations provide the basis for ongoing studies of composed nanowires made from alternating electrodeposited layers of Co and Cu, Fe and Cu as well as Fe and Cr layers.
Searches for New Physics effects in b →sl-sl+ transitions
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2017) Chrząszcz, Marcin
The dissertation aims at presenting the current situation in the measurements of electroweak penguin diagrams dominated decays: b → sl−l+1 . These decays have been a smoking gun for hunting for New Physics eﬀects over many years, but in the last three years the research on these phenomena has intensiﬁed due to new measurements. Enormous progress has been made both on the theoretical and the experimental sides to understand the measured deviations from the current Standard Model predictions, referred to in what follows as “anomalies”. The author of this dissertation has been one of the main authors of the angular analysis of B0→ K∗ 0µ+µ− decay in the LHCb experiment, which has been widely regarded as one of the most important results of the ﬂavour physics sector in recent years. He has proposed a method called “the method of moments” to measure the angular terms of this decay, which he has later successfully applied in the measurement itself. Moreover, he has been the driving force behind the two other important analyses in LHCb: the measurement of the angular distribution and branching ratio of the B0→ K∗ 0 (1430)µ+µ− decay, where again the method of moments has been used to obtain the angular coeﬃcients, and the search for the light scalar particle that can be produced in the b → s transitions and that decays to a dimuon pair. In this case no signal has been observed and the upper limits on the branching fraction have been set, later to be used for constraining the inﬂaton model. The dissertation is organized as follows: the brief introduction is followed by, the second chapter devoted to a theoretical description of rare B decays, where the eﬀective ﬁeld theory formalism is introduced. Furthermore, the author discusses the current theoretical problems in calculating the Standard Model predictions for the b → sl−l+ processes. Last but not least, the optimised angular observables that are less dependent on the form factors uncertainness are derived. The third chapter describes the experimental apparatus used in the b → sl−l+ measurements. Special focus is put on the sub-detectors that play an important role in the studies of b → sl−l+ transitions. Chapters 4, 5, 6 are devoted to describing the data analyses performed by the author in the LHCb experiment. In Chapter 7 the global analysis of electroweak penguin decays is presented. This kind of global analysis has become extremely popular in the past few years as it helps to constrain and pin down those New Physics models that are likely to be responsible for the observed anomalies. The author of this monograph is involved in one of the biggest collaborations performing New Physics ﬁts, where he is the convenor of the Flavour Working group. Furthermore, the author presents his own study on separating the long distance eﬀects in the B0→ K∗ 0µ+µ−decay. This is the state of the art way of determining those contributions. The chapter ends with a description of possible New Physics models that can explain the observed discrepancies.
Commissioning, operations and monitoring of the large scale tracking system for the ATLAS experiment
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2017) Stanecka, Ewa
This monograph describes the control, operation and performance as- pects of the ATLAS Inner Detector at the Large Hadron Collider at CERN. The Inner Detector is a large system with almost 90 mil- lion readout channels. It combines semiconductor devices (pixels and silicon strip) and straw gaseous detectors to measure trajectories of the charged particles emerging from proton-proton collisions and to reconstruct vertices of the interactions. A specialised Detector Con- trol System designed to allow robust and safe operations of the Inner Detector is described. The details of the environmental management projects as well as the tools for monitoring of the radiation levels inside the Inner Detector volume and protection against beam induced acci- dents are given. The improvements done in the Inner Detector during the long technical stop at the LHC to prepare for proton bunches col- lisions every 25 ns, with the energy √ s =14 TeV and instantaneous luminosity ∼ 1 × 10 34 cm− 2 s− 1 are mentioned. Finally, the combined Inner Detector tracking performance at the beginning of the second season of data taking at LHC is presented.
From Classical to Plasma Tomography
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2018) Bielecki, Jakub
This monograph is an attempt at a comprehensive treatment of tomographic reconstruction methods with the special emphasis on the application in fusion research. Therefore, the main volume of the book is devoted to tomographic inversion methods that are either commonly used in the fusion research or they have just been developed and published by me or other researchers. However, detailed explanation and discussion of plasma tomography principles would not have been possible without giving an introduction to classical tomographic reconstruction methods. By these classical methods, I mean here analytical and algebraic methods commonly applied not only in medicine but also in many different fields such as geophysics, bioscience or material science. Inversion methods applied in plasma tomography significantly differ from classical ones. This is mostly due to the nature of the data collected in tomographic experiments carried out with fusion devices. The algebraic reconstruction method, shortly described in Chapter 5, can be considered as a link between classical tomographic methods described in the preceding part of the book and reconstruction methods that are specific to fusion research. In fact, most of the reconstruction methods used in fusion science belong indeed to the class of algebraic methods. However, due to the fact that measured data sets are sparse and the reconstruction problem is strongly ill-posed, specific methods that include a regularisation are required. This is shown and discussed in Chapter 6. My main motivation in publishing this work was a desire to share, with the widest possible readership, a comprehensive monograph on plasma tomography. I would expect the target audience to be primarily academics, with a special emphasis on graduate and PhD students from plasma physics and fusion research community. I hope that this book can serve as a self-contained resource for PhD students wishing to extend their knowledge on plasma tomography. I tried to present as many practical applications as possible, focusing mostly on the recent advances made with tokamak devices. I assume the Reader is familiar with the basic concepts of plasma physics and thermonuclear fusion, as well as with basic mathematical apparatus such as linear algebra. The introductory chapters and proofs of presented theorems should help the Reader to immerse into the ideas presented through the book. For the sake of clarity, some detailed information and additional proofs are postponed to the appendices.
Zastosowanie modelowania i symulacji komputerowych do rozwoju metod pomiarowych jądrowej geofizyki otworowej wykorzystujących profilowania neutronowe
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2018) Wiącek, Urszula
Geofizyczne profilowania otworowe, wykorzystujące metody jądrowe, są powszechnie wykonywanymi pomiarami w odwiertach zlokalizowanych w typowych konwencjonalnych formacjach węglowodorów. Są to metody dobrze rozpoznane i spełniające oczekiwania interpretacyjne, stosowane od lat zarówno w Polsce, jak i na świecie, zwłaszcza, jeśli mamy do czynienia z warstwami jednorodnymi o znacznej miąższości. Wymagania dla geofizycznych metod poszukiwawczych rosną jednak wraz z koniecznością prowadzenia pomiarów w warunkach złóż niekonwencjonalnych, cienkowarstwowych, czy nisko-porowatych, do których można zaliczyć pokłady skał łupkowych [Zorski i in., 2013]. Sytuacja ta stała się powodem przeprowadzenia szczegółowych badań nad możliwościami pomiarów sondami neutronowymi dla cienkich warstw i wpływem parametrów neutronowych ośrodków skalnych na przebieg rejestrowanych odpowiedzi (anomalii), zwłaszcza w pobliżu ich granic. Niniejsza monografia stanowi podsumowanie tych badań. Geofizyczne, jądrowe metody poszukiwawcze opierają się na wykorzystywaniu zjawisk oddziaływania neutronów i promieniowania gamma z badanym ośrodkiem skalnym. W tym celu wyposaża się sondę otworową w źródło promieniowania gamma lub źródło neutronów oraz w odpowiednie układy detekcji. Kwanty gamma, w stosowanym w sondach geofizycznych zakresie energii, oddziałują z ośrodkiem głównie poprzez fotoefekt i zjawisko Comptona. Oddziaływanie neutronów polega na ich rozpraszaniu i absorpcji przez jądra pierwiastków. Powyższe zjawiska fizyczne stanowią podstawy odpowiednich typów jądrowych sond otworowych: - Sonda gamma do pomiaru naturalnej promieniotwórczości, wyposażona w odpowiedni spektrometryczny detektor kwantów gamma służy do wyznaczania koncentracji pierwiastków promieniotwórczych uranu (235U), toru (232Th) i potasu (40K) w ośrodku skalnym [Zorski i in., 2013]. - Sonda gamma-gamma jest aparaturą wyposażoną w źródło kwantów gamma (np.: 137Cs) i dwa detektory umieszczone w różnych odległościach od źródła, np.: liczniki scyntylacyjne NaJ(Tl). Odpowiedź detektorów można skalibrować z gęstością elektronową ośrodka (sonda gęstościowa) i tzw. indeksem absorpcji fotoelektrycznej (spektrometryczna sonda litologiczno-gęstościowa). Gęstość elektronowa służy do wyznaczenie gęstości objętościowej ośrodka skalnego [Jarzyna i in., 1997], a wartość indeksu absorpcji, zależna od liczb atomowych pierwiastków występujących w ośrodku, pozwala na identyfikację różnych minerałów budujących matryce skalną [Bała i Waliczek, 2012]. Informacje dostarczane z pomiarów gamma – gamma służą przede wszystkim do wyznaczania porowatości, a także do wstępnej identyfikacji litologicznej, w tym określania zailenia oraz do korelacji między-otworowej. W otworach kierunkowych przy pomiarach na przewodzie wiertniczym (LWD) pomiary gamma – gamma służą także do obrazowania kątowego strefy przyotworowej. Przykłady takich prac można znaleźć w specjalistycznej literaturze, np.: [Holenka i in., 1995], [Radtke i in., 2003], [Spross i in., 1995], [Moake i in., 1996], [Spross i in., 1993]. - Sonda neutron-neutron jest wyposażona w źródło neutronów, które może być źródłem izotopowym (np.: Am-Be) albo źródłem akceleratorowym (generator neutronów o ciągłym lub impulsowym trybie pracy). Sonda zazwyczaj wyposażona jest w układ detektorów neutronów umieszczonych w różnych odległościach od źródła, które mogą rejestrować zarówno neutrony termiczne jak i epitermiczne. Metody neutronowe są dobrze opisane w wydawnictwach książkowych, np.: [Ellis i Singer, 2008], licznych pracach publikowanych w materiałach prestiżowych konferencji Society of Petrophysicists and Well Log Analysts (SPWLA), a także w pracach polskich, np.: [Czubek, 1992], [Zorski i in., 2013]. Transport neutronów od źródła do detektora ma złożony charakter: neutron traci początkową energię w procesie spowalniania, następnie podlega dyfuzji i absorpcji przez jądra pierwiastków budujących dane medium. W ośrodku skalnym proces spowalniania zależy głównie od zawartości wodoru; im jest go więcej tym bardziej efektywnie neutrony wytracają energię. Zakładając, że źródłem wodoru w skale są głównie pory wypełnione wodą lub węglowodorami, to wskazania sondy neutron-neutron można kalibrować z porowatością ośrodka skalnego. Kalibracja sondy neutronowej jest procesem skomplikowanym i wymaga uwzględnienia wielu czynników, w tym obecności silnych absorbentów neutronów (jak bor, chlor czy ziemie rzadkie) obecnych w ośrodku skalnym. Niektóre konstrukcje sond neutronowych, zawierające złożony zestaw detektorów, albo impulsowy generator neutronów, np.: [Flanagan i in., 1991], [Neuman, 1993] pozwalają na dodatkowy pomiar przekroju czynnego na absorpcję neutronów. Taką sondą, wyposażoną w źródło izotopowe, jest skonstruowana przez firmę Geofizyka Kraków sonda NNTE [Drabina i in., 2003], [Drabina i Zorski, 2006], która stanowi odnośnik do rozważań zawartych w niniejszej monografii. Sonda wyposażona w źródło neutronowe i odpowiedni spektrometryczny detektor kwantów gamma daje możliwość realizacji profilowania geochemicznego służącego do jednoznacznej identyfikacji szeregu pierwiastków w zawartych w ośrodku skalnym [Zorski i in., 2013]. Wykorzystuje się tu zjawisko reakcji jądrowych pomiędzy prędkimi lub termicznymi neutronami i jądrami takich pierwiastków jak O, C, Si, Ca, Fe, H, S, Cl, Al, K i in., w wyniku których emitowane jest promieniowanie gamma o określonej, charakterystycznej dla danego pierwiastka energii. Profilowania geochemiczne wykorzystujące źródła neutronowe należą do kluczowych pomiarów w geofizyce otworowej wykonywanych na potrzeby poszukiwań gazu w skałach łupkowych. Niniejsza monografia zawiera szczegółowe opracowania zjawiska transportu neutronów w ośrodkach skalnych od źródła umieszczonego w geofizycznej sondzie otworowej. W przypadku sondy typu neutron-neutron wielkością mierzoną przez detektor jest liczba neutronów termicznych lub epitermicznych, które nie zostały zaabsorbowane w ośrodku skalnym i dotarły do detektora. W przypadku sondy neutronowej do profilowania geochemicznego zachodzi analogiczne zjawisko transportu neutronów od źródła do punktu, w którym neutron reaguje z jądrem ośrodka (zostaje zaabsorbowany), co powoduje wyemitowanie kwantu gamma rejestrowanego przez detektor. Modelowania numeryczne transportu neutronów zawarte w monografii odnoszą się do sondy neutronowej NNTE, ponieważ była możliwość przedstawienia rzetelnego porównania wyników modelowania komputerowego z rzeczywistymi pomiarami zrealizowanymi tą sondą. Jednakowoż, zaobserwowane efekty rozkładów pól neutronowych w pobliżu granic ośrodków, wpływ miąższości cienkich warstw, pojawianie się artefaktów wynikających z różnic w parametrach neutronowych graniczących warstw mają charakter ogólny, które są obecne czy to w przypadku profilowania porowatości czy geochemicznego. Obecność granic różnych elementów układu pomiarowego powoduje powstawanie licznych niejednorodności pola neutronowego, co wpływa na odpowiedź sondy neutronowej. Najprostsze przykłady takich niejednorodności na granicy otwór-warstwa, wyznaczone w warunkach laboratoryjnych, były opublikowane już w latach 50-tych ubiegłego wieku, np.: [Tittle i in., 1951]. Obliczenia symulacyjne metodą Monte Carlo stanowią już od wielu lat istotne uzupełnienie dla rozwiązywania zagadnień transportu neutronów w układach, które są zbyt trudne do rozwiązania w ścisły analityczny sposób lub zbyt kosztowne czy też zbyt skomplikowane do osiągnięcia w drodze eksperymentu fizycznego. Ze względu na uzyskiwanie na drodze symulacji wyników bardzo zbliżonych do rzeczywistych, coraz częściej traktowane są jako odrębne narzędzie – eksperyment numeryczny, a nie tylko wspomagające rzeczywisty eksperyment. Tutaj eksperyment numeryczny sprowadza się do symulacji komputerowej zjawiska transportu neutronów w zadanym ośrodku materialnym – skalnym, z uwzględnieniem układu geometrycznego, otworu i sondy pomiarowej. Do obliczeń, rozważań ilościowych zjawiska transportu, stosowana jest metoda statystyczna Monte Carlo. W metodzie tej, korzystając ze znanych z doświadczenia i/lub teorii rozkładów prawdopodobieństwa możliwych zdarzeń i reakcji fizycznych (np.: reakcji rozpraszania i absorpcji neutronów w materii), o wyborze zjawiska, które w danym momencie zajdzie, decyduje się w sposób losowy. Możliwość ta wynika ze stochastycznego charakteru transportu neutronów w ośrodku. Metoda ta umożliwia zaprojektowanie i wykonanie symulacji pomiarów otworową sondą neutronową. Symulacje przeprowadza się w środowisku całkowicie zdefiniowanym poprzez skład pierwiastkowy skały, porowatość, granice warstw, budowę i położenie sondy, średnicę i wypełnienie otworu. W niniejszym opracowaniu przedstawiono szereg przykładów zastosowań symulacji Monte Carlo przy wykorzystaniu kodu MCNP (Monte Carlo N-Particle transport Code), [MCNP Team, 2008] do zagadnień geofizyki jądrowej, związanych z wykorzystaniem źródeł neutronowych. Na przykładzie sondy neutronowej NNTE (Neutron-Neutron Termiczne-Epitermiczne) pokazana została bardzo dobra zgodność wyników odpowiedzi jej detektorów, otrzymanych metodą symulacji numerycznych Monte Carlo, z wynikami z rzeczywistych pomiarów wykonanych tą sondą na stanowisku kalibracyjnym w Zielonej Górze [Zorski, 1996]. To daje przekonanie o wiarygodności wszystkich dalszych wyników numerycznych eksperymentów prezentowanych w tej pracy. Rozdział 2 stanowi wprowadzenie do fizyki zagadnienia transportu neutronów i promieniowania gamma w ośrodkach materialnych. Obejmuje także podstawowe założenia symulacji tych procesów metodami Monte Carlo. Przedstawiono, w jaki sposób można numerycznie symulować historię transportu (przemieszczania się) pojedynczego neutronu w ośrodku od momentu wyemitowania go ze źródła do momentu absorpcji w ośrodku. To wprowadzenie wyjaśnia, dlaczego podstawowymi danymi do prowadzenia takich obliczeń jest skład pierwiastkowy ośrodka i jego szczegółowy układ geometryczny. Rozdział 3 przedstawia w skrócie zagadnienie kalibracji sond neutronowych, wiążące odpowiedź detektorów sondy z porowatością ośrodka. Przytoczono metodę Czubka półempirycznej kalibracji sond neutronowych [Czubek, 1990], [Czubek, 1994], której elementy są wykorzystywane w dalszej części pracy. Na drodze eksperymentów numerycznych wykazano, że metoda Czubka sprawdza się w szerszym zakresie zmienności parametrów, oraz przedstawiono nowe możliwości wykorzystania, wprowadzonego przez Czubka, generalnego parametru neutronowego, GNP, do analizy amplitudy anomalii cienkich warstw. Celem Rozdziału 4 było wykazanie zgodności eksperymentu numerycznego – symulacji komputerowej – z rzeczywistym eksperymentem wykonanym w warunkach stanowiska kalibracyjnego. Wykazano, że uzyskanie pełnej zgodności wymagało zastosowania odpowiednio zweryfikowanych bibliotek danych jądrowych, oraz szczegółowych danych składu pierwiastkowego wzorców skalnych stanowiska kalibracyjnego. W tym Rozdziale przedstawiono model numeryczny sondy otworowej NNTE, który był wykorzystywany w większości symulacji komputerowych zawartych w pracy. W końcowej części rozdziału pokazano, że wymodelowana numerycznie krzywa kalibracji sondy neutronowej w postaci zależności częstości zliczeń detektorów od generalnego parametru neutronowego GNP jest zgodna z wynikami metody półempirycznej Czubka. Rozdział 5 zawiera analizę rozkładów energetyczno-przestrzennych neutronów (pól neutronowych) generowanych w przez źródło sondy w jednorodnych ośrodkach wokół otworu. Opracowane przez autorkę pracy procedury numeryczne pozwoliły na szczegółowe zobrazowanie pól neutronowych w modelowych ośrodkach skalnych o różnych parametrach neutronowych, a także na przedstawienie rozkładów energetycznych neutronów w objętościach czynnych detektorów. Pokazano, jaki wpływ ma asymetryczne położenie źródła neutronów w sondzie, w stosunku do położenia detektorów, na kształtowanie się odpowiedzi detektorów od jednorodnych formacji. Odpowiedzi sondy od jednorodnych ośrodków, o wymiarach znacznie przekraczających drogi transportu neutronów w materii, stanowią dane bazowe do interpretacji tych pomiarów, dlatego szczegółowa analiza transportu neutronów, na którą pozwala eksperyment numeryczny, jest niezwykle istotna. Rozdział 6 dotyczy zagadnienia odpowiedzi sondy neutronowej od cienkich warstw. Z punktu widzenia transportu neutronów, określenie warstwa cienka oznacza, że amplituda jej anomalii jest mniejsza od odpowiedzi sondy w ośrodku jednorodnym nieskończonym. Zostały obliczone numerycznie odpowiedzi sondy neutronowej i wyznaczone anomalie dla warstw o różnych parametrach neutronowych oraz różnych grubościach i nachyleniach w stosunku do osi otworu. Przeprowadzono analizę wpływu ww. parametrów na kształt i amplitudę anomalii. Wykazano, że wielkość obniżenia amplitudy anomalii można korelować ze zmiennością generalnego parametru neutronowego, GNP, graniczących warstw. Zostały przedstawione charakterystyczne przykłady rozkładów energetyczno-przestrzennych pól neutronowych w obszarach granic warstw, a także znaczącego wpływu asymetrii sondy na formowanie się odpowiedzi detektorów. Zagadnieniom odpowiedzi sondy neutronowej w cienkich warstwach poświęcony jest również Rozdział 7, w którym zaprezentowano symulacje numeryczne dla eksperymentalnego zestawu wzorców zbudowanych z kształtek ceramicznych do badania wpływu porowatości i cienkich warstw na wyniki profilowań neutronowych. Wzorce te były zbudowane na stanowisku kalibracyjnym w Zielonej Górze. Wykonane obliczenia numeryczne dla profilu obejmującego cienkie warstwy z kształtek o różnej porowatości potwierdziły wnioski z poprzedniego rozdziału, iż zaniżenie amplitudy anomalii od cienkiej warstwy można korelować ze zmiennością parametru GNP graniczących warstw. Dostępne dane eksperymentalne ze stanowiska w Zielonej Górze pozwoliły na stwierdzenie zgodności wyników symulacji komputerowych z rzeczywistym pomiarem. Rozdział 8 przedstawia przykład możliwości modelowania odpowiedzi sondy neutronowej dla aktualnych problemów badawczych. Przedstawiono wyniki symulacji komputerowych dla grubych warstw zawierających skały łupkowe o niskich, ale różniących się porowatościach. Celem tych symulacji było sprawdzenie, czy tego typu warstwy są rozróżnialne przez detektory sondy neutronowej. Wysymulowane odpowiedzi sondy wskazują, że uzyskane anomalie są wyraźne, nawet jeśli graniczą ze sobą warstwy o małej porowatości 2% i 5%. Rozdział 9 przedstawia inny przykład możliwości modelowania numerycznego. Przedstawiono trzy warianty konstrukcyjne sondy neutronowej, dla których wymodelowano odpowiedzi detektorów wzdłuż złożonego profilu składającego się z warstw o różnych porowatościach i różniących się wartościami przekroju czynnego absorpcji neutronów termicznych. Tego typu modelownia mogą być przydatne zarówno do analizy wpływu budowy sondy na jakość odpowiedzi detektorów, jak i do prac projektowych nad nowymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi. Przy wyznaczaniu anomalii dla profilu łupkowego (Rozdział 8) napotkano na przykład powstawania artefaktu zniekształcającego przebieg anomalii, charakteryzującego się amplitudą o kierunku przeciwnym do przebiegu anomalii. Podobny przykład zarejestrowano przy modelowaniu anomalii od warstw modelowych opisanych w Rozdziale 6. Zarejestrowane przypadki artefaktów, przejawiające się w postaci jakby dodatkowych anomalii w pobliżu granicy warstw, są odzwierciedleniem znacznego, nietypowego zaburzenia pola neutronowego w tym ograniczonym obszarze. Wyjaśnienie fizyczne tego zjawiska wymagało przeprowadzenia szczegółowych dodatkowych obliczeń. Aby nie zaburzać ciągłości pracy, wyjaśnienie zjawiska powstawania artefaktów zostało przedstawione po Rozdziale 9, w oddzielnym Uzupełnieniu. Całą sekwencję obliczeń numerycznych i analizę tego efektu przedstawiono na przykładzie graniczących ze sobą warstw o silnie różniących się parametrach neutronowych i różnej porowatości. Pewne szczegółowe zagadnienia związane z obliczeniami Monte Carlo dla profilowań sondą neutronową poruszane są w publikacjach autorów zagranicznych, np.: [Mendoza, 2005], [Mendoza i in., 2010a, 2010b], [Ijasan i in., 2013] czy [Tian i in., 2018]. Na uwagę zasługuje praca [Gardner i Sood, 2010], która przedstawia w skondensowany sposób przegląd zastosowania metod Monte Carlo pod kątem jądrowych metod geofizyki otworowej (nie tylko pod kątem profilowań sondą neutronową). Problemy związane z profilowaniami kątowymi omówione zostały między innymi w pracach: [Xu i in., 2007], [Passey i in., 2005] i [Badruzzaman i in., 2007]. Ostatnia z tych prac porusza dodatkowo problem związany z profilowaniem w cienkich warstwach. Wśród nielicznych prac, w których pokazany jest (wymodelowany numerycznie) wpływ granicy ośrodków o różnych parametrach neutronowych na kształt anomalii rejestrowanej sondą typu neutron-neutron można wymienić dwie pozycje: [Mimoun in., 2011], oraz [Gardner i in., 2007]. Efekt ten omówiony jest znacznie szerzej w niniejszej pracy (Rozdział 6 i 7). W drugiej z wymienionych prac [Gardner i in., 2007] autorzy twierdzą że obserwowane na wymodelowanej krzywej odpowiedzi detektora bliskiego termicznego efekty w pobliżu granicy warstw (zaniżenie/zawyżenie odpowiedzi detektora w stosunku do wartości spodziewanej, czyli tzw. artefakty) są związane ze statystyką obliczeń MCNP. W niniejszej monografii zostało wykazane, że w rzeczywistości tego typu efekty są odzwierciedleniem znacznego, nietypowego zaburzenia pola neutronowego w tym ograniczonym obszarze co zostało szczegółowo omówione w Uzupełnieniu.
Study of the Quark-Gluon Plasma with Hard Probes at the LHC
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2018) Otwinowski, Jacek
Matter that surrounds us comes in a variety of phases that can be transformed into each other by a change of external conditions such as temperature, pressure, and composition. A good example is water that besides the liquid and gaseous phases, features a variety of solid phases [1]. Transitions from one phase to another are often accompanied by drastic changes in the physical properties of the matter, such as its electrical and thermal conductivity, elasticity, or transmittance. One may ask what happens when matter is under extreme conditions of high temperature and/or density. This question is of relevance for the early stage of the Universe as we go backwards in the cosmic evolution. It is also important in understanding of the properties of the inner core of neutron stars, the densest cosmic objects. Here the main players are no longer forces of electromagnetic origin but the strong interaction, which is responsible for the binding of protons and neutrons into nuclei and of quarks and gluons into the hadrons. The first realistic picture of the hadronic matter at high temperature was proposed by Hagedorn in the statistical bootstrap model of hadron production [2], well before the discovery of the Quantum Chromodynamics (QCD) [3]. In this model, hadrons are considered as composite particles (resonances of lighter hadrons), which results in the exponential increase in the density of mass states, r(mh) µ mmh-5=2 h emh=TH, where mh is the mass of a given hadronic state and TH is the Hagedorn temperature. This formula is well verified by summing up the measured hadronic states [4]. A fit to the data yields TH _ 170 MeV. An immediate consequence of the model is that the logarithm of the partition function of such hadron resonance gas and, thus, all thermodynamical quantities diverge at the limiting temperature T = TH. In 1973, Politzer [5], Gross and Wilczek [6] discovered that the QCD has properties of asymptotic freedom, i.e. the interaction between quarks and gluons weakens as they get closer to one another. It implies that at sufficiently high temperature and/or density, a new phase of deconfied quarks and gluons, referred to as quark-gluon plasma (QGP) [7–11], can be formed. The existence of a new phase was later confirmed in the calculations using the lattice formulation of QCD [12, 13]. Within this picture, the limiting temperature TH is close to the critical temperature for the phase transition between hadrons and quarks and gluons. Moreover, with point-like quarks and gluons the temperature can grow beyond any limits. These results inspired the community to explore the possibility to create and study the quark-gluon plasma by colliding heavy nuclei at high energy. In these collisions, the initial energy density and temperature should be sufficient to create the QGP for a short time. Experimental programmes started simultaneously in 1986 at the Alternating Gradient Synchrotron at the Brookhaven National Laboratory (BNL) and at the Super Proton Synchrotron (SPS) at CERN. Since 2000, the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) at BNL has been colliding heavy-ions at psNN = 20–200 GeV. A new era of experimental search for the QGP started in 2009, when the Large Hadron Collided (LHC) at CERN became operational. The LHC was designed to collide heavy nuclei up to that of Pb at energy of psNN = 5:5 TeV, which is about 30 times larger than that at RHIC. Author joined A Large Ion Collider Experiment (ALICE) at the LHC in 2007. ALICE is a dedicated heavy-ion detector, which was designed to exploit the unique potential of nucleusnucleus interactions at the LHC energies. The main goal of ALICE is to study the physics of strongly interaction matter at extreme density and temperature, where the formation of the quark-gluon plasma is expected. Author has contributed to these studies using high momentum and/or high mass particles and jets (hard probes) to characterize the thermodynamic and transport properties of the QGP. Author is a key person in the ALICE Collaboration participating in measurements of transverse momentum spectra (pT) and nuclear modification factors of hard probes. This habilitation thesis is based on the results [14–28] obtained by the author in 2010-2018. It consists of 13 chapters, list of figures, list of tables and references. An introduction to the strongly interacting matter at extreme conditions is presented in Chap 1. The experimental apparatus, including ALICE and LHC, is described in Chap. 2. Production of hard probes in high energy nuclear collisions and their interaction with the hot and dense QCD matter in theoretical models is discussed in Chap. 3. The results on the production of hard probes at RHIC are shown in Chap. 4. Properties of QCD matter produced at the LHC determined using measurements of low energy (soft) particles are discussed in Chap. 5. The following chapters contain the results obtained by the author. The pT spectra of charged particles, charged pions, kaons and (anti)protons, D mesons, and charged jets, are presented in Chaps. 6, 7, 8, 9, respectively. The nuclear modification factors determined for charged particles, identified hadrons and jets, are discussed in Chaps. 10, 11 and 12, respectively. A summary is given in Chap. 13.
Heat Transfer in High Field Superconducting Accelerator Magnets
(Institute of Nuclear Physics Polish Acadmy of Sciences, 2019) Bocian, Dariusz
This monograph comprehensively describes the problem of heat transfer in superconducting accelerator magnets, which generate high magnetic fields and are cooled with superfluid helium at temperature of 1.9 K or normal fluid helium at a temperature of 4.2 K. The main objective of the research presented in the monography was to optimize the heat transfer in superconducting magnets in terms of their operation in accelerators. The magnets are affected by the shower of secondary particles generated by the particles lost from the beam or particle debris from experiments. The optimization of heat transfer in the superconducting magnets is essential for accelerator efficiency during the collection of the data for physics analyses. The quench of magnets stops accelerator operation and affects the integrated luminosity The superconductors are characterized by the critical surface determined by three parameters: the critical temperature (Tc), the critical current density (Jc) and the critical magnetic field (Bc). The particles lost from the beams or coming from the collision debris are hitting the vacuum pipe and generating a shower of secondary particles, which deposits energy in the magnets coils causing increase of the conductor temperature above a critical one and in consequence provokes the quench of magnets. A quench is the transition of a conductor from the superconducting to the normal conducting state which occurs irreversibly in the superconducting magnets if one of the three parameters: the magnetic field, the current density or the temperature exceeds a critical value. In the research described in this monography the studied critical parameter is the temperature and the figure of merit is the energy deposited in the conductor volume at which the quench occurs. This monograph contains the historical background and the overview of existing methods of solving of the heat transfer problem in multilayer systems, for example in the superconducting magnets. An essential part of the monography is the presentation of the original approach to the problem of optimizing the heat flow in superconducting magnets, designed and developed by the author of this monography and the experimental validation of this method carried out in the form of mini-experiments, planned and executed by the author at CERN. In the monograph the details of calculations and measurements for the superconducting magnets currently installed and operating in the LHC are described as well as the status and analysis of superconducting magnets developed for the LHC upgrade in ~2025. The monograph focuses on the heat transfer from the superconductor to the heat exchanger through a multilayer structure made of solid elements and channels occupied by the normal fluid or the superfluid helium. This monography summarizes many years of the author’s work and experience in this field and includes: the description of the model, the summary of the results obtained for the superconducting magnets installed in the LHC, the results of mini-experiments carried out at CERN and FERMILAB and a description of applications of the developed model in the process of design of a new superconducting magnets for the LHC upgrade. The examples of alternative numeric calculations and measurements are briefly discussed and extended bibliography is presented.
Selected measurements of final states with third-generation fermions in proton – proton collisions using the ATLAS detector at the LHC
(Institute of Nuclear Physics Polish Acadmy of Sciences, 2019) Malecki, Paweł
This monograph is focused on the measurements performed by the ATLAS experiment using final states containing third-generation fermions in the recent years and covers both the Run-1 and early Run-2 data taking periods of proton – proton collisions at ps = 7, 8 and 13 TeV centre-of-mass energies. The ATLAS algorithms for reconstructing and identifying the hadronically-decaying τ leptons and hadronic jets containing b-hadrons are described in detail, covering both the end-of-Run-1 status and Run-2 developments. In addition, experimental measurements of the efficiencies of these algorithms are presented together with the results on their misidentification rates in background objects. Selected measurements (and derived conclusions) in the Standard Model sector are presented, including the measurement of τ polarisation in Z-boson decays and measurements in the SM Higgs sector with both ττ and bb final states. This is followed by a presentation of selected searches for non-Standard-Model Higgs bosons, including the heavy neutral one in di-τ and di-b decays as well as the searches for the charged Higgs boson in τυ and tb channels. No deviation from Standard-Model predictions is observed in any of the presented analyses and no hint of non-SM Higgs boson existence was found. Exclusion limits are presented instead.
Photoproduction cross section measurements in ultra-peripheral Pb-Pb and p-Pb collisions at the LHC with ALICE
(Institute of Nuclear Physics Polish Acadmy of Sciences, 2019) Mayer, Christoph
Ultra-peripheral collisions of ultra-relativistic lead ions are a tool for studying g-nucleus or gg interactions at the LHC. Beams of lead ions at the LHC are a source of intense photon fluxes with very high energies, due to the effect of Lorentz contraction and the fact that the equivalent flux of almost real photons around lead ions is proportional to the square of their charge. Since in ultra-peripheral collisions the impact parameter is greater than the sum of the nuclear radii, hadronic interactions are suppressed and electromagnetic interactions dominate. Experimentally, ultra-peripheral collision events are characterized by very low multiplicities in the central rapidity region and rapidity gaps outside central rapidity. In this thesis, photoproduction cross section measurements performed by ALICE (A Large Ion Collider Experiment) in ultra-peripheral collisions are summarized. After a review of ultraperipheral physics in this section, the sub-detectors of ALICE used in ultra-peripheral analyses are described in section 2. Section 3 contains a review of ALICE measurements of r0 photoproduction in Pb-Pb collisions at psNN = 2:76 and 5:02 TeV, and section 4 summarizes ALICE measurements of continuum γγ → e+e- photoproduction in Pb-Pb collisions at psNN = 2:76 TeV. ALICE measurements of J/y photoproduction in Pb-Pb collisions at psNN = 2:76 TeV and in p-Pb collisions at psNN = 5:02 TeV are discussed in section 5. In section 6 detector upgrades for LHC run 3 and 4, and prospects for ultra-peripheral measurements in run 3 and 4 are described. The last section contains a summary and conclusions.

Browse

Browsing by Issue Date

Results Per Page

Sort Options