X-ray and neutron measurement of alpha-sticking probability in muon catalyzed dt fusion at the RIKEN-RAL Muon Facility

Abstract

The muon to alpha sticking probability (omega(sub s)) is the main component of muon loss in muon catalyzed fusion. However, the measurements so far, mainly by fusion neutron detection, have always shown smaller value of omega(sub s) than that by theoretical calculations. To solve this problem, measurements of X rays from the (alpha mu)(+) ion, which is a direct product of the sticking, were made for liquid and solid D(1-x)T(x) mixtures. With the use of the world strongest pulsed muon beam at the RIKEN (Institute of Physical and Chemical Research)-RAL (Rutherford Appleton Laboratory) muon facility, a clear Doppler broadened X ray peak was successfully observed above the bremsstrahlung background from tritium beta decay. The measured value of Y(K(sub alpha)), which is the K(sub alpha) X ray yield per d-t (deuterium-tritium) fusion, was smaller than the most of the theoretical calculations, but the deviation was not so significant as the case for the effective sticking omega(sub s). This suggests that there might be some unknown factor in alpha muon atomic process that makes the regeneration probability R larger than expected. This X ray result, in combination with additional finding for the K(sub beta)/K(sub alpha) intensity ratio, will be used to solve the puzzle of muon to alpha sticking.

ミューオンのαへの固着確率ω(sub s)はミューオン媒介融合におけるミューオン損失の主要成分であるが、主として融合中性子の検出による従来の測定では、ω(sub s)は理論計算値よりも常に小さな値を示してきた。この問題を解決するために、固着の直接生成物である(αμ)(+)イオンからのX線の測定を、液体および固体のD(1-x)T(x)に対して行った。RIKEN(理化学研究所)-RAL(ラザフォード・アップルトン研究所)ミューオン装置における世界最強のパルス化ミューオンビームを使用することにより、ドップラー効果を示す明確なX線ピークを三重水素β崩壊からの背景放射ノイズを超えて観測することに成功した。d-t(重水素-三重水素)融合当たりのK(sub α)X線収量であるY(K(sub α))の測定値は理論計算の大多数の値より小さかったが、その偏差は有効固着ω(sub s)の場合の様に著しくはなかった。このことは、αμ原子プロセスにおいて再生成確率Rを期待より大きくする何らかの未知要因が存在する可能性を示唆している。このX線からの結果は、K(sub β)/K(sub α)強度比に関する更なる発見と結びついて、今後、ミューオンα固着の謎を解くために使用される。