Источник ультрахолодных нейтронов на основе сверхтекучего гелия для реакторного комплекса ПИК

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ создают высокоинтенсивный источник ультрахолодных нейтронов на основе сверхтекучего гелия для научных исследований в области фундаментальной физики. Источник ультрахолодных нейтронов спроектирован для установки на самый большой из имеющихся экспериментальных каналов реакторного комплекса ПИК — горизонтальный экспериментальный канал ГЭК-4. Плотность потока тепловых нейтронов на выходе из канала составляет, согласно расчетам, 3 × 1010 см–2с–1. В новом источнике ультрахолодных нейтронов станет возможным достигнуть плотности ультрахолодных нейтронов 3.5 × 103 см–3 на выходе из каземата реактора и 200 см–3 в спектрометре, предназначенном для измерения электрического дипольного момента нейтронов. Разработанная нейтроноводная система ультрахолодных нейтронов сможет поочередно обслуживать пять экспериментальных установок. На начальном этапе источник ультрахолодных нейтронов запланировано оснастить экспериментальными установками: спектрометром электрического дипольного момента нейтронов и двумя установками по измерению времени жизни нейтронов (с гравитационной и магнитной ловушками). Для данного источника ультрахолодных нейтронов был спроектирован и реализован уникальный технологический криогенный комплекс для работы со сверхтекучим гелием в условиях реакторной установки. Комплекс включает в себя оборудование для получения температур вплоть до 1 К и отвод тепла от сверхтекучего гелия в количестве до 60 Вт.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. А. Лямкин

НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ

Автор, ответственный за переписку.
Email: lyamkin_va@pnpi.nrcki.ru
Россия, Гатчина, 188300

А. П. Серебров

НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ

Email: lyamkin_va@pnpi.nrcki.ru
Россия, Гатчина, 188300

А. О. Коптюхов

НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ

Email: lyamkin_va@pnpi.nrcki.ru
Россия, Гатчина, 188300

С. Н. Иванов

НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ

Email: lyamkin_va@pnpi.nrcki.ru
Россия, Гатчина, 188300

Э. А. Коломенский

НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ

Email: lyamkin_va@pnpi.nrcki.ru
Россия, Гатчина, 188300

А. В. Васильев

НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ

Email: lyamkin_va@pnpi.nrcki.ru
Россия, Гатчина, 188300

Список литературы

  1. Зельдович Я.Б. // ЖЭТФ. 1959. Т. 36. С. 1952.
  2. Владимирский В.В. // ЖЭТФ. 1960. Т. 39. С. 1062.
  3. Базаров Б.А., Ежов В.Ф., Коврижных Н.А., Рябов В.Л., Андреев А.З., Глушков А.Г., Князьков В.А., Крыгин Г.Б. // Письма в ЖТФ. 2016. Т. 42. В. 13. С. 1.
  4. Serebrov A.P., Lyamkin V.A. // J. Neutron Res. 2022. V. 24. № 2. P. 145. https://www.doi.org/10.3233/JNR-220007
  5. А.с. 1178243 (СССР). Устройство для получения холодных и ультрахолодных нейтронов. / Ленинградский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова. Алтарев И.С., Ефимов Н.А., Лобашев В.М., Серебров А.П. // 1983. С. 4.
  6. А.с. 1414197 (СССР). Устройство для получения холодных и ультрахолодных нейтронов. / Ленинградский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова. Алтарев И.С., Ерозолимский Б.Г., Кирсанов С.Г., Кузнецов И.А., Серебров А.П. // 1986. С. 4.
  7. Алтарев И.С., Боровикина Н.В., Булкин А.П., Весна В.А., Гарусов Е.А., Григорьева Л.А., Егоров А.И., Ерозолимский Б.Г., Ерыкалов А.И., Захаров А.А., Иванов С.Н., Кезерашвили В.Я., Кирсанов С.Г., Коломенский Э.А., Коноплев К.А., Кузнецов И.А., Лобашев В.М., Маслов Н.Ф., Митюхляев В.А., Окунев И.С., Песков Б.Г., Петров Ю.В., Пикулик Р.Г., Пирожков А.Н., Порсев Г.Д., Серебров A.П., Соболев Ю.В., Тальдаев Р.Р., Шустов В.А., Щебетов А.Ф. // Письма в ЖЭТФ. 1986. T. 44. В. 6. С. 269.
  8. Steyerl A., Nagel H., Schreiber F.X., Steinhauser K.A., Gähler R., Gläser W., Ageron P., Astruc J.M., Drexel W., Gervais G., Mampe W. // Phys. Lett. A. 1986. V. 116. № 7. P. 347. https://www.doi.org/10.1016/0375-9601(86)90587-6
  9. Swenson C. // Phys. Rev. 1950. V. 79. № 4. P. 626. https://www.doi.org/10.1103/PhysRev.79.626
  10. Ахиезер A.И., Померанчук И.Я. // ЖЭТФ. 1945. Т. 16. С. 391.
  11. Golub R., Pendlebury J.M. // Phys. Lett. A. 1977. V. 62. P. 337. https://www.doi.org/10.1016/0375-9601(77)90434-0
  12. McClintock P.V. // Cryogenics. 1978. V. 18. P. 201. https://www.doi.org/10.1016/0011-2275(78)90002-4
  13. Yoshiki H., Nakai H., Gutsmiedl E. // Cryogenics. 2005. V. 45. P. 399. https://www.doi.org/10.1016/j.cryogenics.2005.01.007
  14. Zimmer O. // Europ. Phys. J. C. 2010. V. 67. P. 589. https://www.doi.org/10.1140/epjc/s10052-010-1327-1
  15. Martin J., Franke B., Hatanaka K., Kawasaki S., Picker R. // Nucl. Phys. News. 2021. V. 31. № 2. P. 19. https://www.doi.org/10.1080/10619127.2021.1881367
  16. Piegsa F.M., Fertl M., Ivanov S.N., Kreuz M., Leung K.K.H., Schmidt-Wellenburg P., Soldner T., Zimmer O. // Phys. Rev. C. 2014. V. 90. P. 015501. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevC.90.015501
  17. Leung K.K.H., Muhrer G., Hügle T., Ito T.M., Lutz E.M., Makela M., Morris C.L., Pattie Jr. R.W., Saunders A., Young A.R. // J. Appl. Phys. 2019. V. 126. P. 224901. https://www.doi.org/10.1063/1.5109879
  18. Kawasaki S., Okamura T. // EPJ Web of Conf. 2019. V. 219. P. 10001. https://www.doi.org/10.1051/epjconf/201921910001
  19. Ковальчук М.В., Воронин В.В., Григорьев С.В., Серебров А.П. // Кристаллография. 2021. Т. 66. № 2. С. 191. https://www.doi.org/10.31857/S0023476121020065
  20. Leung K.K.H, Ivanov S., Piegsa F.M., Simson M., Zimmer O. // Phys. Rev. C. 2016. V. 93. P. 025501. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevC.93.025501
  21. Серебров А.П., Лямкин В.А., Прудников Д.В., Кешишев К.О., Болдарев С.Т., Васильев А.В. // ЖТФ. 2017. Т. 87. Вып. 2. С. 301. https://www.doi.org/10.21883/JTF.2017.02.44142.1941
  22. Серебров А.П., Лямкин В.А., Фомин А.К., Онегин М.С. // ЖТФ. 2022. Т. 92. Вып. 6. С. 327. https://www.doi.org/10.21883/JTF.2022.06.52522.21-22
  23. Altarev I.S., Borisov Yu.V., Brandin A.B., Egorov A.I., Ezhov V.F., Ivanov S.N., Lobashov V.M., Nazarenko V.A., Porsev G.D., Ryabov V.L., Serebrov A.P., Taldaev R.R. // Nucl. Phys. A. 1980. V. 341. P. 269. https://www.doi.org/10.1016/0375-9474(80)90313-9
  24. Фомин А.К., Серебров А.П. // ЖТФ. 2022. Т. 92. Вып. 2. С. 15. https://www.doi.org/10.21883/JTF.2022.02. 52025.261-21
  25. Abel C., Afach S., Ayres N.J., Baker C.A., Ban G., Bison G., Bodek K., Bondar V., Burghoff M., Chanel E., Chowdhuri Z., Chiu P.J., Clement B., Crawford C.B., Daum M., Emmenegger S., et al // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 124. P. 081803. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.081803

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Эволюция плотности УХН с течением времени в различных источниках УХН: ● — ПИЯФ; ▲ — другие; пустые фигуры — на основе сверхтекучего гелия; фигуры с точкой внутри — на основе твердого дейтерия (s-D2); полностью залитые черным фигуры — другие методы получения УХН. Текущий проект ПИЯФ источника УХН на основе сверхтекучего гелия отмечен точкой в кружке.

Скачать (34KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости энергии возбуждения фонона (дисперсионые кривые) от волнового вектора в сверхтекучем гелии: для свободного нейтрона (1) и кривая Ландау (2).

Скачать (20KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Расположение источника УХН со сверхтекучим гелием на реакторе ПИК. Слева –реализация на канале ГЭК-4. Справа — схема источника УХН: 1 — изотопно-чистый сверхтекучий 4Не; 2 — природный гелий в теплообменнике при температуре 1 К; 3 — предзамедлитель (жидкий D2); 4 — графит; 5 — свинцовый экран; 6 — биологическая защита источника УХН; 7, 8 — многослойная биологическая защита реакторного комплекса; 9 — канал ГЭК-4.

Скачать (20KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Принципиальная схема расположения источника УХН.

Скачать (51KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Общий вид оборудования технологического комплекса источника УХН на реакторном комплексе ПИК. A — защитный каземат канала ГЭК-4, B — зона криогенного оборудования источника УХН, C — зона экспериментальных установок на пучках УХН, D — мастерская для экспериментов на пучках УХН, E — комната оператора источника УХН. 1 — внутриказематная часть источника УХН, 2 — сосуды с изотопно-чистым 4Не, 3 — система вакуумной откачки паров гелия, 4 — гелиевые и дейтериевые трубопроводы.

Скачать (67KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Конструктивная схема источника УХН (описание узлов далее по тексту).

Скачать (32KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Прогресс в понижения верхнего предела величины электрического дипольного момента нейтрона dn. ▼ — ORNL-Harvard, ● — ORNL-ILL, ■ — ILL-sussex-RAL, ♦ — PSI, ▲ — ПИЯФ. Результаты до 1980 года получены с использованием холодных нейтронов. Последняя точка — прогноз результата, который будет получен к 2025 году на новом источнике УХН на реакторе ПИК.

Скачать (12KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024