Новый способ измерения потерь в накопителе холодных нейтронов
В ОИЯИ разработан волновой резонатор для измерений вероятности поглощения и рассеяния нейтронов в накопителе холодных нейтронов на разрабатываемом в Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ новом исследовательском реакторе НЕПТУН (ИБР-3). Устройство, представляющее собой трехслойную планарную структуру, увеличивает чувствительность измерений до 1000 раз. Это, в свою очередь, позволяет проводить проектирование накопителя на качественно новом уровне. Нейтроны широко используются в самых разнообразных исследованиях материи: от строения ядер и фундаментальных взаимодействий до структуры и динамики конденсированных сред, включая кристаллические состояния, жидкости и мягкую материю. Открытые в 1968 г. в ЛНФ ОИЯИ ультрахолодные нейтроны находят применение в фундаментальных исследованиях. К ним относятся, например, измерение времени жизни нейтрона, определение электрического дипольного момента нейтрона и вероятности трансформации нейтрона в зеркальный нейтрон. В настоящее время ученые все больше проявляют интерес и к использованию холодных нейтронов — “более энергичных” по сравнению с ультрахолодными. В процессе исследования холодные нейтроны накапливаются в специальных кольцевых накопителях. Возможность установки накопителя нейтронов такого рода рассматривается на новом импульсном реакторе периодического действия НЕПТУН (ИБР-3), разрабатываемом в Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ. Холодные нейтроны могут удерживаться в кольцевом накопителе продолжительное время, достаточное для регистрации трансформации нейтрона в зеркальный нейтрон. Однако время жизни нейтрона в накопителе ограничено их поглощением и рассеянием на стенках накопителя. В этой связи важным является определение вероятностей поглощения и рассеяния нейтронов при их практически полном отражении от поверхности материала, когда кинетическая энергия нейтронов не превышает потенциальной энергии взаимодействия. Известно, что для используемых материалов вероятности поглощения и рассеяния составляют чрезвычайно малые значения ~10-4 — 10-6. Для измерения столь малых величин предложено использовать волновой резонатор, представляющий собой трехслойную структуру. В этой структуре слои по краям выполнены из исследуемого материала, а средний слой имеет сравнительно небольшой потенциал взаимодействия по сравнению с крайними слоями. Нейтроны в резонаторе находятся в потенциальной яме и многократно отражаются от исследуемых крайних слоев. В результате, вероятности поглощения и рассеяния нейтронов увеличиваются в 100 — 1000 раз, что делает возможным их измерение. Такой резонатор был разработан Юрием Васильевичем Никитенко, ведущим научным сотрудником ЛНФ ОИЯИ, получившим патент № 2761053 на изобретение «Способ измерения вероятности поглощения нейтронов при их подбарьерном отражении от поверхности и структура для его осуществления». В рамках развития таких резонаторов в настоящее время проводится исследование слоистых резонаторных структур Cu(30 нм)/Al(40нм)/Cu(100 нм). Первые данные указывают на то, что значения вероятностей поглощения и рассеяния нейтронов для слоев из меди увеличиваются до ~10-3. Предстоит проведение дальнейших исследований с другими материалами, а также совершенствование технологии изготовления резонаторных структур. Одновременно в настоящее время разрабатывается проект модели кольцевого накопителя. Исследования на модели позволят в реальных условиях уточнить характеристики отражающей нейтроны поверхности накопителя.