к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Поляризованные нейтроны

  1. Экспериментальные методы. Поляризатор
  2. Метод полного отражения
  3. Поляризующий нейтроновод
  4. Анализатор поляризованных нейтронов
  5. Применение поляризованных нейтронов
  6. Литература по поляризованным нейтронам
  7. Поляризация среды
  8. Вектор поляризации
  9. Нелинейная поляризация среды
  10. Поляризация волн
  11. Поляризация света
  12. Поляризация оптического излучения
  13. Деполяризация света
  14. Вращение плоскости поляризации света
  15. Интерференция поляризованных лучей
  16. Отражение света
  17. Поляризованная люминесценция
  18. Межзвездная поляризация
  19. Поляризуемость частиц, атомов, молекул
  20. Рентгеновская поляризуемость
  21. Поляризованные ядра
  22. Поляризационные эффекты в ядерных реакциях
  23. Поляризационно-оптический метод
  24. Поляризационные приборы
  25. Поляризационные призмы
  26. Поляризационный светофильтр
  27. Поляризатор
  28. Поляроид
  29. Поляриметр
  30. Полярископ
  31. Поляриметрия
  32. Поляризационная микроскопия
  33. Поляризационная голография
  34. Терминология оптики
Поляризованные нейтроны - совокупность нейтронов (пучок), спины которых s имеют преимуществ, ориентацию вдоль к--л. выделенного направления в пространстве (оси квантования), обычно - направления магн. поля Н. Нейтрон обладает спином4007-197.jpg(в единицах постоянной Планка4007-198.jpg), поэтому возможны только 2 проекции спина на ось квантования вдоль и против неё.

Пучок поляризованных нейтронов характеризуется вектором поляризации Р, который равен удвоенному ср. значению (матем. ожиданию) проекции спина на Н:

4007-199.jpg

Здесь s - Паули матрицы .Степень поляризации пучка нейтронов определяется выражением

4007-200.jpg

где 4007-201.jpg- числа частиц в пучке с проекциями спинов вдоль (+) и против (-) направления поля Н. Если пучок не поляризован, то4007-202.jpgи Р = 0. Для полностью поляризованного пучка нейтронов Р = 1. Полностью поляризованный пучок обладает чистым спиновым состоянием; спиновая часть волновой функции такого состояния имеет вид

4007-203.jpg

Здесь 4007-204.jpg- полярные углы, характеризующие направление Р. Проекции Р в сферич. координатах:

4007-205.jpg

Реальные поляризов. пучки не обладают полной поляризацией. Частично поляризованный пучок нейтронов (0 < Р < 1) содержит некогерентную примесь др. спинового состояния. Неполяризов. пучок нейтронов (Р = 0) можно рассматривать как состоящий из 2 полностью поляризованных пучков одинаковой интенсивности с противоположными знаками поляризации, но независимых друг от друга (некогерентных). Спиновое состояние частично поляризованного пучка (смешанное спиновое состояние) описывается не волновой функцией (3), а спиновой (поляризац.) матрицей плотности:

4007-206.jpg

Здесь I - единичная матрица. Выражение (5) принимают в качестве строгого определения понятия поляризации пучка нейтронов, эквивалентного (1).

Энергия взаимодействия нейтронов с магнитным полем Н:

4007-207.jpg

где 4007-208.jpg- магн. момент нейтрона, 4007-209.jpg - ядерный магнетон,4007-210.jpg= -1,913 - магн. момент нейтрона, выраженный в ядерных магнетонах. Можно показать, что движение спина нейтрона в поле Н (в нерелятивистском случае) описывается ур-нием

4007-211.jpg

Уравнение (7) допускает классич. трактовку:4007-212.jpg- единичный вектор, направленный вдоль вектора Р. Согласно (7), вектор Р прецессирует вокруг направления Н с ларморовой частотой:

4007-213.jpg

Если напряжённость магн. поля H выражена в эрстедах, то 4007-214.jpg H·рад/с. Компоненты вектора Р описываются выражениями

4007-215.jpg

Решение ур-ния (7) показывает, что спин нейтрона s адиабатически следует за направлением поля Н, если скорость поворота поля H в пространстве (угловая скорость поворота H в системе отсчёта, связанной с нейтроном) 4008-1.jpg Наоборот, если4008-2.jpgто спин нейтрона "не успевает" следовать за полем и при повороте H на p изменяет свою ориентацию относительно H на противоположную, сохраняя свою ориентацию в пространстве. Такое изменение ориентации спина нейтрона относительно поля H представляет собой неадиабатич. процесс.

Экспериментальные методы. Поляризатор

Впервые поляризованные нейтроны были получены пропусканием тепловых нейтронов через намагниченную до насыщения железную пластину (мишень) в 1936 (Ф. Блох, F. Bloch), однако наиб. интенсивно этот метод использовался в кон. 40-х гг., когда появились ядерные реакторы. В основе метода лежит интерференция ядерного и магн. рассеяний нейтрона (см. Нейтронография ).Зависимость сечения рассеяния нейтронов в магнетике от ориентации спина относительно поля Н определяется т. н. магн. амплитудой рассеяния нейтронов. Полная амплитуда рассеяния нейтронов на атоме складывается из амплитуды рассеяния нейтронов на ядре4008-3.jpgкоторая не зависит от ориентации спина s нейтронов, если ядра мишени не поляризованы, и магн. амплитуды рассеяния4008-4.jpg(рассеяния нейтронов на атомных электронах). Последнее имеет место, если атом обладает отличным от 0 магн. моментом, и обусловлено взаимодействием магн. моментов нейтрона и атома. Суммарная амплитуда рассеяния4008-5.jpg+ +4008-6.jpg Знак магн. амплитуды4008-7.jpg зависит от взаимной ориентации магн. моментов (спинов) атома и нейтрона, поэтому полная амплитуда оказывается различной для 2 спиновых компонентов неполяризов. пучка, а следовательно различными являются и сечения рассеяния.

Т. к. сечения взаимодействия нейтронов с атомами мишени заметно отличаются для 2 спиновых состояний нейтронов, то при пропускании пучка через мишень выходящий пучок будет обогащён тем спиновым состоянием, сечение взаимодействия которого меньше, т. е. пучок нейтронов окажется частично поляризованным. Сечение взаимодействия нейтронов с атомами Fe больше, когда спины нейтронов параллельны направлению намагниченности Fe, такие нейтроны сильнее выводятся из пучка вследствие рассеяния, и прошедший через пластину пучок становится частично поляризованным в направлении, противоположном Н. Пропуская пучок тепловых нейтронов через пластину холоднокатаной стали толщиной4008-8.jpg2 см, намагниченной в направлении прокатки (выделенное направление), можно получить степень поляризации пучка P4008-9.jpg0,4. Использование больших толщин приводит к уменьшению интенсивности и даёт незначит. выигрыш в степени поляризации. Поэтому оптимизировать нужно не только степень поляризации Р, но и интенсивность пучка I, а в ряде случаев и время нахождения нейтрона в области взаимодействия. Точность измерений определяется величиной4008-10.jpgгде4008-11.jpg- длина волны нейтронов.

Более высокую степень поляризации (без потери в интенсивности) можно получить, используя железо, обогащённое изотопом4008-12.jpgНедостаток метода - ограниченность энергетич. диапазона, т. к. в области резонансных нейтронов метод неэффективен. В случае ультрахолодных нейтронов (УХН) в качестве поляризатора можно применять тонкую намагниченную ферро-магн. плёнку. Один из компонентов пучка будет испытывать полное отражение, а второй пройдёт через плёнку (см. Нейтронная оптика).

Для поляризации нейтронов используют также пропускание поляризов. пучка нейтронов через поляри-зов. ядерную мишень (см. Ориентированные ядра). Наиб. эфф. поляризатором является поляризов. водородная мишень (Ф. Л. Шапиро, 1964). При этом можно достигнуть широкого диапазона энергии - от холодных нейтронов до4008-13.jpg100 кэВ.

Монохроматич. Поляризованные нейтроны получают методом дифракции нейтронов на намагниченных ферромагн. монокристаллах. Создавая условия, при которых амплитуды ядерного и магн. рассеяний нейтронов равны по абс. величине, суммарную амплитуду рассеяния для одного из компонентов падающего на кристалл пучка нейтронов делают равной 0. В дифракции участвует др. компонент, поэтому дифракц. пучок оказывается практически полностью поляризованным: P4008-14.jpg0,98 (см. Магнитная нейтронография).

Метод полного отражения

Взаимная компенсация амплитуд ядерного и магн. рассеяний нейтронов лежит также в основе метода получения поляризованных нейтронов путём полного отражения от намагниченных ферромагных зеркал. Если4008-15.jpgи4008-16.jpg- ядерная и магнитная длины рассеяния нейтронов (длины рассеяния отличаются от амплитуд знаком), то можно показать, что длина магн. рассеяния равна

4008-17.jpg

где4008-18.jpg- индукция насыщения, Н - намагничивающее поле,4008-19.jpg- энергия нейтронов, l - длина волны нейтронов в вакууме, N - число ядер в единице объёма рассеивателя. Показатель преломления на границе вакуум - вещество зависит от суммарной длины рассеяния4008-20.jpg

4008-21.jpg

Верхний знак соответствует случаю параллельности направлений Н и спина нейтрона, нижний - антипараллельности. Критич. угол полного отражения нейтронов, падающих на зеркало, равен

4008-22.jpg

Если4008-23.jpgто, согласно (11) и (12), полное отражение возможно лишь для одного спинового компонента - отражённый пучок будет поляризован параллельно направлению намагничивания зеркала. Как и в случае дифракции, метод полного отражения позволяет получить высокую степень поляризации пучка нейтронов.

Для транспортировки пучков от нейтронного поляризатора к мишени используют т. н. ведущие магн. поля (магнитопроводы), в которых обеспечивают выполнение условия адиабатичности 4008-24.jpg (см. выше). При помощи таких полей можно изменять пространств. ориентацию P без потери степени поляризации Р. Напр., вертикальное направление P можно перевести в горизонтальное или наоборот.

4008-27.jpg

Рис. 2. Сечение многоканального поляризующего нейтроновода: 3 - пакет тонких зеркал, прижатый прокладками к базовой пластине; И - винт, изгибающий пластину.

Поляризующий нейтроновод

4008-25.jpg

Метод полного отражения нейтронов используется для создания поляризующих нейтроноводов (достаточно сделать поляризующим лишь один участок нейтроновода). Испытывая полное отражение от внутренних стенок нейтроновода, пучок нейтронов транспортируют на большие расстояния от источника нейтронов (ядерного реактора). При полном отражении нейтронная волна проникает внутрь материала стенки на очень небольшое расстояние, ввиду чего поглощение нейтронов сказывается слабо. Потери тепловых нейтронов при транспортировке по зеркальным нейтроноводам составляют ок. 1% на 1 погонный метр, что позволяет изготовлять нейтро-новоды длиной до 100 м.

Однощелевой (одноканальный) поляризующий нейтроновод (рис. 1) отличается от обычного нейтроновода тем, что на отражающую нейтроны стеклянную поверхность 3 методом распыления нанесён слой Со-Fe (сплав). Он легко намагничивается до насыщения и обеспечивает равенство величин магнитной и ядерной амплитуд рассеяния4008-26.jpgПри этом полное внутр. отражение возможно только для одного спинового компонента. Чтобы уменьшить влияние отражения нейтронов др. спинового состояния от стеклянной основы, на неё нанесён поглощающий подслой. Степень поляризации P достигает 97%.

Секция многощелевого (многоканального) поляризующего нейтроновода (рис. 2) содержит пакет тонких стеклянных пластин 3, покрытых с обеих сторон слоями смеси Со (60%) и Fe (40%) и разделённых прокладками. Ширина пучка нейтронов а = 3 см. Изгибая нейтроно-вод (винт), можно регулировать граничную длину волны нейтронов, способных испытывать полное отражение от стенок.

Анализатор поляризованных нейтронов

Степень поляризации P измеряют, используя анализаторы поляризации. Обычно анализатор устроен аналогично поляризатору. Если поляризатор - намагниченное ферромагн. зеркало со степенью поляризации отражённого пучка 4008-28.jpg то анализатор - также зеркало с поляризующими свойствами 4008-29.jpg Это степень поляризации пучка, отраженного от анализатора, если на него падает пучок, вышедший из поляризатора, но деполяризованный. В общем случае4008-30.jpg

В пространстве между поляризатором p анализатором помещают т. н. флиппер-устройство, в котором создаются условия для неадиабатич. спинового перехода 4008-31.jpg_ при котором направление поляризации пучка P реверсируется относительно направления ведущего поля. Таким устройством может служить плоская фольга (А1), через которую пропускают ток. Направление магн. поля, создаваемого током, изменяет ориентацию спина на малом расстоянии (на толщине фольги4008-32.jpg0,1 мм). Если флиппер выключен, в простран-сгве между поляризатором и анализатором выполняется условие 4008-33.jpg (адиабатичность). Если включается флиппер, то ведущие поля до флиппера и после него имеют противоположные направления. Неадиабатич, переход осуществляется только в самом флиппере. Пусть 4008-34.jpg - вероятность изменения ориентации спина нейтрона на противоположную относительно направления ведущего поля. В адиабатич. областях4008-35.jpg= 0. В неадиабатич. области 4008-36.jpg0. Полному реверсированию соответствует4008-37.jpg= 1. За анализатором устанавливается нейтронный детектор, чувствительность которого от состояния поляризации не зависит (рис. 3). Если I - скорость счёта детектора, когда флиппер выключен, т.е. изменения ориентации спина нейтронов относительно ведущего поля не происходит (4008-38.jpg= 0), а4008-39.jpg- скорость счёта при включённом флиппере4008-41.jpgто имеет место соотношение

4008-42.jpg

Здесь 4008-43.jpg наз. поляризационным отношением.

4008-40.jpg

Рис. 3.

Вместо флиппера можно использовать устройство, которое полностью деполяризует пучок нейтронов, в этом случае4008-44.jpg В качестве деполяризатора обычно применяют ненамагниченную железную фольгу (шим). Неупорядоченность направлений намагниченности доменов в шиме и соответственно направлений спиновой прецессии приводит к полной деполяризации пучка нейтронов при толщине шима 0,1-0,3 мм. В этом случае выполняется соотношение

4008-45.jpg

Зная4008-46.jpgи пользуясь выражениями (13) или (14), можно найти4008-47.jpg

Наиболее точный и при этом абсолютный метод измерения P основан на эффекте Штерна - Герлаха. Пучок нейтронов пропускают через область с неоднородным магн. полем, в результате чего он расщепляется на 2 пучка, обладающих противоположными направлениями поляризации P (см. Штерна - Герлаха опыт). Отношение интенсивностей этих пучков определяет степень поляризации падающего пучка нейтронов. Такое устройство применяют для создания полностью поляризованных пучков нейтронов, но светосила этого метода невелика, т. к. для полного разведения пучков в пространстве необходимо использовать узкие, сильно кол-лимированные пучки частиц.

Разработаны спец. анализаторы, позволяющие исследовать изменение как степени поляризации пучка нейтронов Р, так и направления его поляризации P после прохождения через образец.

Применение поляризованных нейтронов

Поляризованные нейтроны используются в ядерной физике для изучения спиновой зависимости нейтронных сечений, измерения амплитуд когерентного и некогерентного рассеяний нейтронов (см. Нейтронография структурная ),а также для исследования таких фундам. проблем, как несохранение пространственной чётности в ядерных реакциях, поиск нарушения временной инвариантности, определение угловой корреляций в бета-распаде свободных нейтронов, поиске электрич. заряда и электрического дипольного момента нейтрона и т. д. В физике твёрдого тела поляризованные нейтроны позволяют изучать магн. структуры, конфигурации неспаренных электронов (спиновую плотность) в магнетиках (см. Магнитная нейтронография ),измерять магн. моменты отд. компонентов в сплавах, исследовать кинетику фазовых переходов, ядерных релаксационных процессов, миграцию спинового возбуждения, в т. ч. в неупорядоченных спиновых системах, идентифицировать короткоживущие дефекты в кристаллах, исследовать спиновые волны в магнетиках и т. д.

Литература по поляризованным нейтронам

  1. Абов Ю. Г., Гулько А. Д., Крупчицкий П. А., Поляризованные медленные нейтроны, М., 1966;
  2. Кемпфер Ф., Основные положения квантовой механики, [пер. с англ.], М., 1967;
  3. Окороков А. И. и др., Определение пространственной ориентации поляризации нейтронов и исследование намагниченности вблизи точки фазового перехода, "ЖЭТФ", 1975, т. 69, в. 2, с. 590;
  4. Науter J. В., Polarized neutrons, в сб.: Neutron diffraction, В.- [а.о.], 1978;
  5. Щебетов А. Ф., Создание и исследование серии поляризующих нейтронов на базе зеркал CoFe с подслоем TiGd, М., 1978 (автореф. дис.);
  6. Крупчицкий П. А., Фундаментальные исследования с поляризованными медленными нейтронами, М., 1985.

Ю. Г. Абов

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 14.10.2019 - 03:09: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Марины Мелиховой - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 18:09: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 08:25: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 08:05: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 08:03: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биохимия мозга от проф. С.В. Савельева и не только - Карим_Хайдаров.
12.10.2019 - 07:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Константина Сёмина - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 08:59: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 06:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 03:57: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 03:33: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 03:22: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Глобальное потепление - миф или... миф? - Карим_Хайдаров.
09.10.2019 - 19:01: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution