Семинары

Новый эксперимент в ИЛЛ обсудили в Дубне

17 июня в ЛНФ в онлайн-формате состоялся общелабораторный семинар. С докладом "Источник ультрахолодных нейтронов, замедляемых магнитной или материальной ловушкой" выступил В.В.Несвижевский (Институт Лауэ - Ланжевена, Гренобль, Франция).

Сначала докладчик напомнил о том, что ультрахолодные нейтроны (УХН) были открыты в Дубне в 1969 году, и об их основном свойстве полного упругого отражения от материальных и магнитных стенок, позволяющем хранить их в замкнутой ловушке в течение длительного времени. Именно поэтому УХН стали чувствительным инструментом для измерения малых эффектов и слабых взаимодействий, а, следовательно, успешно используются в физике элементарных частиц. Валерий Викторович рассказал о получении УХН - реализованных проектах и теоретических способах. У них у всех есть особенность: существует огромная разница между проектируемой плотностью УХН и реальной - в сотни и даже тысячи раз. Причина этого, заметил докладчик, кроется, по-видимому, в трудности извлечения произведенных УХН из источника.

"Мы предлагаем не делать источник УХН, чтобы не сталкиваться с проблемой извлечения. Мы предлагаем производить очень холодные нейтроны (ОХН) в нейтронном источнике, в месте максимального потока нейтронов, окруженном наноалмазным отражателем, прозрачным для тепловых и холодных нейтронов, но целиком отражающим ОХН. Длинный (около 20 м) нейтроновод, в котором происходит охлаждение ОХН до УХН, заканчивается ловушкой - объемом накопления УХН". Он напомнил авторов предложений или уже реализованных идей, на которых основано новое предложение (и большинство из них - бывшие или нынешние сотрудники лаборатории): Ф.Л.Шапиро (работа 1972 года), известный коллегам из ЛНФ А.Штайерл (1975), А.В.Стрелков (публикации 1999 и 2002 годов), А.И.Франк (2000), В.К.Игнатович (2002). В качестве конвертора ОХН предлагается твердый дейтерий, который хорошо изучен теоретически и экспериментально в качестве конвертора УХН, его использование в этом качестве конвертора ОХН авторам представляется естественным. "В рамках проекта CREMLIN+ наша группа изучает генерацию ОХН в твердом дейтерии как теоретически, так и экспериментально. Удаляющаяся, замедляющаяся ловушка ОХН может быть основана на отражении нейтронов от материальной поверхности (ловушкой может стать хотя бы банка из-под "Пепси-колы" с отрезанной крышкой) или от градиента магнитного поля. Возможна комбинация этих двух способов. После остановки ловушки, если банку не трясти и не поворачивать, ОХН превращаются... в УХН практически с той же плотностью в фазовом пространстве! Вариант с изменением магнитного поля нам нравится больше, поскольку реализовать надежную механическую систему - задача нетривиальная." Магнитная ловушка основана на методе сильных импульсных магнитных полей от тока в медных проводниках, охлажденных до температуры жидкого азота, предложенном еще Петром Леонидовичем Капицей. Автор привел пример схемы фокусировки ОХН во времени. "Мы знаем, в каком месте окажутся ОХН, какой скорости в каждый момент времени, поэтому плотность нейтронов в фазовом пространстве не потеряна!"

Автор рассмотрел эффективный потенциал, запирающий сгусток нейтронов в системе координат, связанных с убегающей, замедляющейся ловушкой. Он оценил возможные потери в 20 процентов. Ловушка способна замедлить нейтроны любой начальной скорости. Нейтроны, находящиеся в возбужденном состоянии в потенциальной яме, совершают колебательные движения, а это в терминах ускорительной техники автофокусировка.

Ловушку можно делать на любом источнике нейтронов. В случае импульсных источников (ИБР-2, ESS) можно заполнить объем порядка 0,3 м³ газом УХН с плотностью в фазовом пространстве всего в 2-3 раза меньшей, чем плотность ОХН в фазовом пространстве конвертора. В идеале можно создать столько ловушек, сколько надо (оптимально - от двух до семи), чтобы захватить все нейтроны. В.В.Несвижевский рассказал и о дополнительных возможностях метода. Он увеличивает полное количество произведенных УХН. Это требует увеличения токов и магнитных полей, которые и так уже очень велики, а значит, влечет и рост энергопотребления. Совместное использование магнитной и материальной ловушки может быть компромиссом. Вторая возможность - увеличение плотности за счет сложения УХН с противоположной поляризацией. Как отметил автор, принципиально это возможно, но никогда не проверялось. И третье - возможность получения монохроматических нейтронов с высокой плотностью в фазовом пространстве.

Рассмотрел он и возможности практической реализации. Наиболее эффективное преобразование ОХН в УХН - на источнике ИЛЛ, наиболее простая реализация в случае импульсных источников - на ESS, а на ИБР-2 и будущем новом источнике ЛНФ - наибольший потенциальный выигрыш из-за более короткой вспышки. По прикидочным оценкам автора, плотность на первом источнике составит 500 УХН/см³, на втором - 5000, на третьем - более 5000. Ожидаемая трудность: нужно научиться резко менять магнитные поля и, возможно, использовать другой конвертор. Как преимущества метода В.В.Несвижевский отметил то, что он основан на известных физических принципах, реальных оценках, отсутствие проблемы неизвестного фактора потерь. Также важная особенность - возможность использования импульсных источников. Преимущество Дубны среди других источников нейтронов в том, что здесь уже рассматривали получение УХН на импульсном источнике. А для варианта материальной ловушки пока нет технологического решения.

Вопросы по предложению самого докладчика задавались по ходу семинара. Все они оказались, по его мнению, полезными - "Очень хорошие, правильные вопросы. Не зря я первый семинар делаю в Дубне!". В корень проблемы смотрели А.И.Франк, В.И.Фурман, М.А.Захаров, Г.В.Кулин, А.Ю.Музычка. Последний вопрос-уточнение задал С.В.Миронов: почему в соавторах А.О.Сидорин? - Он предложил метод автофазировки.

Ольга ТАРАНТИНА