Устройство для получения ультрахолодных нейтронов

Устройство для получения ультрахолодных нейтронов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ, содержащееLнейтроноводы, электромагниты для создания стационарного магнитного поля на участках замедления нейтроноводов, нарастающего на входе в указанный участок и спадающего на выходе из него, и резонансные петли для создания осциллирующего поля, отличающееся тем, что, с целью повьшения эффективности, указанные электромагниты выполнены в виде источников монотонно изменяющегося по величине между входной и выходной частями упомянутых участков замедления магнитного поля.?</)с»-* »•«елСОоО5 4^

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.Я0„„519064

- ш 4 Н 05 Н 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 .7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2077838/25 (22) 02.12.74 (46) 30.06.87. Бюл. Ф 24 (71) Объединенный институт ядерных. исследований (72) Ю.В.Таран (53) 621.386.083(088.8) (56) Егоров А.И., Лобашев В.М.Ядерная физика, т.19, вып.2, с.300-310.

Дробнин Г.М, Житников P.À. ЖЭТФ, т.38, вып.3, 1960, с.1013-1014. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ, содержащее нейтроноводы, электромагниты для создания стационарного магнитного поля ,на участках замедления нейтроноводов, нарастающего на входе в указанный участок и спадающего на выходе иэ него, и резонансные петли для создания осциллирующего поля, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности, указанные электромагниты выполнены в виде источников монотонно изменяющегося по величине между входной и выходной частями упомянутых участков замедления магнитного поля.

519064

Изобретение относится к экспериментальной нейтронной физике и может быть использовано в исследованиях, требующих пучки ультрахолодных нейтронов (УХН). 5

Известны устройства, в которых

УХН извлекают из замедлителя, окружающего источник нейтронов, например, ядерный реактор.

Однако в силу большого сечения поглощения УХН конструкционными материалами эффективность их извлече ния в этих устройствах довольно низка.

Известно также устройство для получения УХН, содержащее нейтроноводы, электромагниты для создания стационарного магнитного поля на участках замедления нейтроноводов, нарастающего на входе в указанный участок и спадающего на выходе из него, и резонансные петли для создания осциллирующего поля °

Принцип работы известного устройства состоит в следующем.

Нейтрбн с магнитным моментом находящийся в магнитном поле Й, имеет потенциальную энергию W=-(pH)=

«Ь «

=2p(Sh)Н, где S — спин нейтрона; h— единичный вектор вдоль Й. Здесь учтено, что S и и антипараллельны. Сила, действующая на нейтрон в данной точке поля, равна F= -gradW = -2 и.(Sh)gradH. Выберем для определенности направление вектора gradH вдоль скорости нейтрона.V и обозначим эту ось Х. Тогда сила F действу-, I

ВН ет вдоль оси Х и равна F=ip-40

-1 ЗН для S= -2. Если — — .0, например, при входе нейтрона в магнитное поле, то нейтрон с проекцией спина вдоль

1 45 поля S + — будет тормозиться полем .2

1 (F с О), а нейтрон с S = — — будет

ЗН ускоряться. При — — (О, например, 50 на выходе из поля, ситуация будет обратной.

Таким образом, если нейтрон при входе в поле замедлится (ускорится), то на выходе из него он в той же степени ускорится (замедлится) и его энергия в конечном счете не изменитСЯ °

В рассматриваемом устройстве электромагниты создают в центральной части участка замедления однородное магнитное поле. Кроме того, в этой части с помощью резонансных петель создается переменное магнитное поле Н.„, перпендикулярное основному полю Н, такой частоты и амплитуды, чтобы происходил резонансный переворот спинов нейтронов со скоростью V на 180О. Поэтому нейтроны, замедлившиеся на входе в магнитном поле, будут замедляться и на выходе из него. Создавая на пути нейтронов цепочку таких участков, можно замедлить нейтроны до любой заданной скорости. Например, для замедления нейтронов с начальной скоростью 50 м/сек до УХН требуется 50 таких участков с максимальным значением магнитного поля . 20 кЭ.

Невысокая эффективность известного устройства обусловлена тем, что эффективный интервал скоростей нейтронов, участвующих в замедлении, довольно узок. Действительно, вероятность переворота в методе спинового резонанса равна

2Н2 . Zl

P(t)= — ----- — -sin — (ы -ш)" + -Н t .(„, < )+ 2H2 2 о У 1 т где ы — частота осциллирующего поля;

ы — ларморовская частота;

2 — гиромагнитное отношение нейтрона;

t=e/V — время нахождения нейтрона со скоростью V в области действия осциллирующего поля длиной 1.

При точном резонансе ы,= ы и .

21

P (t) =sin — H„ t=si n — у Н„- . Условием для P(t}=I является уН,,! =и. Так

1 V как Н„ и 1 должны быть фиксированы для определенного V, то для других скоростей условие полного переворота спина нарушается.

Таким образом, в процессе замедления участвуют нейтроны, имеющие скорости в узком интервале вблизи некоторого значения V.

Цель изобретения — повышение эффективности устройства путем расширения начального интервала скоростей замедляющихся нейтронов.

Достигается это за счет того,что указанные электромагниты выполнены в виде источников монотонно изменяющегося по величине между входной и выВНИИПИ Заказ 2690/3 Тираж 801 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 3 5190 ходной частями упомянуТых участков замедления магнитного поля.

На чертеже изображено устройство для получения ультрахолодных нейтронов.

Оно содержит шиммы 1, полюса электромагнита 2 и резонансную петлю 3.

Монотонное изменение магнитного поля по величине между входной и выходной частями участков замедления достигнуто с помощью съемных шимм 1, наложенных на полюса .электромагнита

2. Приемлемыми являются и любые другие способы получения магнитного поля с монотонно изменяющейся поперек 15 основного его направления величиной, например, применение дополнительных обмоток и т.д.

Работает устройство следующим образом. 20

Если на вход участка замедления поступают нейтроны, то значительно большая их часть, чем в известном устройстве, замедлившись во входной части участка замедления, будет за- 25 медляться и в выходной части. Наличие изменения величины Н в центральной части участка замедления обеспе-чит условие переворота спинов всех нейтронов со скоростями ниже опреде- 30 ленной.

Действительно, пусть нейтрон летит вдоль оси Х в магнитном поле с градиентом 3Н,/3 Х. Приложим на пути нейтрона перпендикулярное величине Н осциллирующее магнитное поле

Н„ с частотой . Если теперь перейти во вращающуюся с частотой д систему координат, то получим эффективЯ «О,О О 40 ное поле Нр =(Н, — — -)K + Н„ i, где у

-в

К и — единичные векторы вдоль Н

Ь О и Н . Так как Но зависит от Х, то в какой-то точке поля выполняется ра«м 45 венство Н = — и Ь =Н и при дальо ° е нейшем изменении координаты Х поле.Йеизменяет направление на противоположное. Если величина Н изменяется достаточно медленно, то спин ней- 50 трона будет следить за H, и тем са64 4 мым относительно лабораторной системы испытывает поворот.

Услов е адиабатичности есть.

ИН /dx ((E Н .

Если эта условие выполнить для некоторой максимальной скорости „„„ то оно автоматически будет выполняться и для нейтронов с меньшими скоростями, тем самым обеспечивается переворот спинов замедляющихся нейтронов независимо от их скорости.

Интервал скоростей нейтронов, участвующих в замедлении, при этом сильно расширится, что приведет к увеличению числа ультрахолодных нейтронов и тем самым эффективность установки увеличится.

Увеличение эффективности установки следующее.

В первом электромагните нейтроны с начальной энергией в интервале от

Згр Згр

Е„ до Е + 2рН замедляются до гр энергии в интервале от Е -2pH до

3гр гр О

3гр

Е . После второго электромагнита в

УХН переходят нейтроны с начальной энергией от Е р +2р Н до Е;гр +4рН и т.д. После й-участка в УХЙ переходят нейтроны с начальной энергией,от rp +2(п-1)ðÍð до, Е +2прНр. . Кратность увеличения 11 в числе

УХН с помощью этого устройства по сравнению с устройством — прототипом 3

9гр Гр

Ег +2 Кф Егр +2 1(Нф

Ed Е EdE Зер E3cP (-() 1аН

CP

Эгр

Eгр + >PHD

= tl г (2 1 е "о

При n=l имеет y=l . При п» 1 и достаточно больших Н, (20-30 кЭ) хорошим приближением является следующее п выражение — . Например, для 50 электромагнитов получаем 25-кратное увеличение эффективности устройства.