Ультрахолодные нейтроны. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Эфф. потенциал связан с показателем преломления n нейтронной волны в веществе соотношением

Оба способа описания взаимодействия нейтронов со средой- через эфф. потенциал или с помощью показателя преломления нейтронной волны - эквивалентны. Так, полное отражение У. н. при

аналогично отражению света от металлич. зеркала (показатель преломления мнимый). Практически, однако, поведение У. н. удобнее рассматривать, решая Шрёдингера уравнение с потенциалом U_эфф(r), учитывая также часто существенные для столь медленных нейтронов потенциалы гравитационного

(z - высота) и магнитного

- магн. момент нейтрона, В-магн. индукция) полей. В частности, У. н. в гравитац. поле не могут преодолеть перепад высот >2 м.

Конечная величина U_эфф приводит к тому, что отражение У. н. сопровождается их частичным проникновением в среду на глубину

Находясь внутри материала, ультрахолодные нейтроны могут либо быть захвачены ядрами, либо приобрести дополнит. энергию порядка

за счёт процессов неупругого рассеяния нейтронов на фононах. Возникающие при этих процессах потери нейтронов описываются добавлением к эфф. потенциалу малой мнимой части, к-рую принято выражать безразмерным параметром (см. табл.)

Эффективные потенциалы, граничные скорости и де-бройлевские длины волн [l_А = h/(mv_гр)] для некоторых материалов

где s_полн- полное сечение взаимодействия нейтронов с материалом. При малых скоростях нейтронов доминирующими процессами являются захват и неупругое рассеяние нейтронов, сечения к-рых следуют т.н. з а к о н у 1/u. Поэтому параметр h не зависит от скорости У. н. и для большинства материалов равен 10^-4-10^-5. Вероятность поглощения или нагрева У. н. при однократном отражении от поверхности материала

hu/u_гр, т.е. до своего исчезновения У. н. могут испытать более 10⁵ столкновений со стенкой (границей).

Получение ультрахолодных нейтронов

Получение ультрахолодных нейтронов осуществляют путем выделения медленной компоненты максвелловского спектра тепловых нейтронов, выходящих из замедлителя ядерного реактора. В таком спектре поток У. н. с энергией составляет

Здесь F-полный поток нейтронов из замедлителя, T- установившаяся в замедлителе темп-pa нейтронного газа. При T= 300 К и

= 1,7 · 10^-7 эВ (для меди) Ф_yн = 0,6^.10^-11 Ф, т.е. У. н. составляют крайне малую часть полного потока нейтронов из реактора. Впервые У. н. были выделены Ф. Л. Шапиро в 1968 т. н. методом времени пролёта на импульсном реакторе.

При полном потоке нейтронов Ф=10¹⁴ нейтрон/см²·с, характерном для обычного исследовательского ядерного реактора, поток У. н. составит 600 нейтрон/см²·с, а их плотность в установленной рядом с замедлителем ловушке r= 16Ф_ун/3u=0,54 нейтрон/см³. В медной ловушке объёмом ~ 1 л может быть накоплено ок. 500 нейтронов, после чего ловушку можно вынуть из реактора и зарегистрировать накопленные нейтроны в низкофоновом помещении. Такой способ получения У. н. носит демонстрац. характер и при своей реализации наталкивается на техн. трудности, связанные с созданием механич. затворов и высокой активацией ловушки вблизи активной зоны реактора.

Рис. 2. Получение ультрахолодных нейтронов (горизонтальные каналы): 1-активная зона реактора; 2-конвертор внутри нейтроновода 3; 4 - изогнутые участки нейтроновода; 5 - детектор нейтронов; 6-защита. Внизу показано расположение кон вертора в нейтроноводе.

Более простой способ извлечения ультрахолодных нейтронов из реактора - их вывод от замедлителя за биол. защиту реактора по изогнутому вакуумированному нейтроноводу (рис. 2). В нач. части нейтроновода устанавливается дополнит. замедлитель-конвертор У. н., назначение к-рого состоит в регенерации У.н. из тепловых нейтронов, облучающих конвертор, поскольку непосредственно из внеш. осн. замедлителя внутрь герметичного нейтроновода У. н. пройти не могут. Для регенерации У. н. необходим конвертор из материала с

и толщиной порядка длины свободного пробега У. н. в материале конвертора:

где N-плотность ядер в конверторе. Для водородосодер-жащих веществ

Поэтому конвертор представляет собой пластину толщиной ~ 1 мм. Небольшие размеры конвертора позволяют охлаждать его до азотной (77 К) или даже гелиевой (4,2 К) температуры, тем самым увеличивая выход У. н. в десятки раз. Выбор материала для конвертора представляет особую задачу, поскольку этот материал должен удовлетворять ряду требований: иметь малый эфф. потенциал, низкое сечение захвата нейтронов, высокую радиационную стойкость материалов. Хорошими материалами для конверторов являются гидрид Zr, тяжёлый лёд, а также жидкие водород и дейтерий.

Изогнутая форма нейтроновода, изготовляемого из электрополированных медных или нержавеющих стальных труб диам. ~ 100 мм, позволяет отфильтровывать У.н. от высокого фона быстрых и тепловых нейтронов реактора. Необходимый вакуум в нейтроноводе составляет 10^-4 мм рт. ст. Можно получить нейтроновод с пропусканием нейтронов 10-30% при полной длине ~10 м. Хорошо полированные нейтроноводы с высокой зеркальностью (0,99) необходимы для вертикальных или наклонных каналов У. н., в к-рых используется частичное замедление нейтронов гравитац. полем или замедление очень холодных нейтронов (со скоростями 50-100 м/с) спец. механич. системами (турбинами).

Время хранения ультрахолодных нейтронов

Время хранения ультрахолодных нейтронов в замкнутых сосудах ограничено временем жизни свободного нейтрона до b-распада

с; см. Бета-распад нейтрона ),а также процессами радиационного захвата и неупругого рассеяния нейтронов при отражении от стенок сосуда. Практически в сосуде объёмом 50 л можно накопить 10⁵ нейтронов и получить время хранения ~500-800 с.

Рис. 3. Схема эксперимента по поиску электрического дипольного момента нейтрона: 1-клапаны впуска и выпуска нейтронов; 2 - поляризатор; 3 - контур спинового ротатора; 4-камера хранения; 5-детектор.

У.н. используются для исследования ряда характеристик свободного нейтрона: времени жизни до b-распада, измерения корреляций при распаде нейтрона, поиска элек-трич. дипольного момента и возможного электрич. заряда нейтрона .На рис. 3 приведена схема установки для поиска электрич. дипольного момента нейтрона. У. н. последовательно проходят через поляризатор (см. Поляризованные нейтроны), радиочастотный спиновый ротатор, поворачивающий спины нейтронов на 90^o, и попадают в камеру хранения, где прецессируют с ларморовской частотой

в приложенном магн. поле Н(m-магн. момент нейтрона). Параллельно магн. полю накладывается и электрич. поле E. При наличии у нейтрона электрич. дипольного момента d_e частота прецессии должна измениться на величину

в зависимости от знака приложенного электрич. поля. За время T хранения нейтронов в камере дополнит. фазовый сдвиг угла прецессии составит

Выходя из камеры, нейтроны снова проходят через спиновый ротатор и поляризатор, после чего регистрируются детектором. Кол-во зарегистрированных нейтронов зависит от величины фазового сдвига dj и будет максимальным при совпадении частоты спинового ротатора с частотой прецессии нейтронов в камере. Точность определения частоты прецессии обратно пропорциональна времени пребывания нейтронов в камере, к-рое для У.н. может достигать времени жизни нейтрона до бета-распада. Полученный с помощью У. н. верх. предел возможного дипольного момента нейтрона составляет

(е - заряд электрона). Др. областями применения У.н. являются изучение свойств поверхностей разл. материалов, а также создание нейтронного микроскопа (см. Нейтронная оптика).

Литература по ультрахолодным нейтронам

Знаете ли Вы, что такое "Большой Взрыв"?
Согласно рупору релятивистской идеологии Википедии "Большой взрыв (англ. Big Bang) - это космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно - начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии. Обычно сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового излучения..."
В этой тираде количество нонсенсов (бессмыслиц) больше, чем количество предложений, иначе просто трудно запутать сознание обывателя до такой степени, чтобы он поверил в эту ахинею.
На самом деле взорваться что-либо может только в уже имеющемся пространстве.
Без этого никакого взрыва в принципе быть не может, так как "взрыв" - понятие, применимое только внутри уже имеющегося пространства. А раз так, то есть, если пространство вселенной уже было до БВ, то БВ не может быть началом Вселенной в принципе. Это во-первых.
Во-вторых, Вселенная - это не обычный конечный объект с границами, это сама бесконечность во времени и пространстве. У нее нет начала и конца, а также пространственных границ уже по ее определению: она есть всё (потому и называется Вселенной).
В третьих, фраза "представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва" тоже есть сплошной нонсенс.
Что могло быть "вблизи Большого взрыва", если самой Вселенной там еще не было? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

Ультрахолодные нейтроны

Эффективный потенциал

Получение ультрахолодных нейтронов

Время хранения ультрахолодных нейтронов

Литература по ультрахолодным нейтронам