RU101846U1 - DEVICE FOR FORMING MONO-ENERGY NEUTRON BEAMS OF LOW ENERGIES - Google Patents

DEVICE FOR FORMING MONO-ENERGY NEUTRON BEAMS OF LOW ENERGIES Download PDF

Info

Publication number
RU101846U1
RU101846U1 RU2010129778/28U RU2010129778U RU101846U1 RU 101846 U1 RU101846 U1 RU 101846U1 RU 2010129778/28 U RU2010129778/28 U RU 2010129778/28U RU 2010129778 U RU2010129778 U RU 2010129778U RU 101846 U1 RU101846 U1 RU 101846U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
neutron
neutrons
confinement chamber
energy
ultracold
Prior art date
Application number
RU2010129778/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Иванович Морозов
Original Assignee
Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2010129778/28U priority Critical patent/RU101846U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU101846U1 publication Critical patent/RU101846U1/en

Links

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

Устройство для формирования моноэнергетических нейтронных пучков низких энергий, включающее камеру удержания ультрахолодных нейтронов с входным и выходным отверстиями, установленное с возможностью перемещения внутри камеры удержания средство взаимодействия с нейтронами, включающее полиэтиленовый элемент, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено подключенным к выходному отверстию камеры удержания выводящим нейтроны каналом, имеющим выходное окно из алюминиевой фольги, средство взаимодействия с нейтронами выполнено в виде полиэтиленового диска-поглотителя, дно камеры удержания ультрахолодных нейтронов выполнено с искусственной макрошероховатостью поверхности, стенки камеры удержания ультрахолодных нейтронов и стенки выводящего нейтроны канала покрыты жидким фторополимером. A device for generating monoenergetic neutron beams of low energy, including an ultracold neutron confinement chamber with inlet and outlet openings, a means for interacting with neutrons mounted inside the confinement chamber, comprising a polyethylene element, characterized in that it is further provided with an output connected to the outlet of the confinement chamber neutrons by a channel having an exit window of aluminum foil, the means of interaction with neutrons is made in the form a polyethylene disk-absorber, the bottom of the ultracold neutron confinement chamber is made with artificial macro-roughness of the surface, the walls of the ultracold neutron confinement chamber and the walls of the neutron-emitting channel are coated with a liquid fluoropolymer.

Description

Предложенное техническое решение, полезная модель, предназначено для формирования моноэнергетических нейтронных пучков из газа ультрахолодных нейтронов (УХН), в частности, для формирования моноэнергетических нейтронных пучков ускорением нейтронов в поле тяжести при падении их в вертикальном нейтроноводе с жидкостными зеркальными стенками. Устройство может быть эффективно использовано на любом источнике УХН с широким спектром по энергии. Потребность в пучках моноэнергетических нейтронов низких энергий высока и обусловлена активно развивающимися исследованиями по применению холодных и ультрахолодных нейтронов для ядерной физики и в нейтронно-физических исследованиях твердого тела.The proposed technical solution, a utility model, is intended for the formation of monoenergetic neutron beams from ultracold neutron gas (UCN), in particular, for the formation of monoenergetic neutron beams by acceleration of neutrons in the gravitational field when they fall in a vertical neutron guide with liquid mirror walls. The device can be effectively used on any UCN source with a wide energy spectrum. The need for monoenergetic low-energy neutron beams is high and is due to actively developing research on the use of cold and ultracold neutrons for nuclear physics and in neutron-physical studies of solids.

Задача получения монохроматических нейтронных пучков низких энергий обычно решалась применением дорогостоящих время - пролетных селекторов с механическими прерывателями, которые устанавливались на горизонтальных или вертикальных нейтроноводах реакторов. Устройства такого типа описаны, например, в работах [1, 2]. Недостатком устройств такого типа является сравнительно низкое энергетическое разрешение выделяемых пучков. Так спектрометр, описанный в [2], имеет разрешающую способность по энергии порядка 20% для нейтронов с скоростью в интервале (1-100) м.с.-1 The task of obtaining low-energy monochromatic neutron beams was usually solved by the use of expensive time-of-flight selectors with mechanical breakers, which were installed on horizontal or vertical neutron leads of reactors. Devices of this type are described, for example, in [1, 2]. A disadvantage of devices of this type is the relatively low energy resolution of the emitted beams. So the spectrometer described in [2] has an energy resolution of about 20% for neutrons with a speed in the range of (1-100) ms. -one

Известно устройство [3] для получения моноэнергетических пучков в диапазоне энергий УХН (скорость нейтронов от 0 до 7 м.с-1) на основе интерференционного фильтра, выделяющего из изотропного потока УХН нейтроны с заданной параметрами фильтра компонентой скорости нейтронов. Таким образом, интерференционный фильтр пропускает нейтроны не с заданной энергией, а с определенной компонентой скорости нейтронов по направлению к поверхности фильтра. Поэтому применение фильтра требует дополнительной коллимации выделенного потока УХН для получения моноэнергетического пучка, что приводит к потере интенсивности. Кроме того, для изменения энергии нейтронов необходимо изготовление нового фильтра, что возможно только для ограниченного набора энергий нейтронов. При этом формирование пучков интерференционными фильтрами реально только в ограниченном диапазоне энергий УХН. (масштаба 10-7 эВ.)A device [3] is known for producing monoenergetic beams in the UCN energy range (neutron velocity from 0 to 7 ms -1 ) based on an interference filter that extracts neutrons from an isotropic UCN flux with a neutron velocity component specified by the filter parameters. Thus, the interference filter passes neutrons not with a given energy, but with a certain component of the neutron velocity towards the filter surface. Therefore, the use of a filter requires additional collimation of the selected UCN flow to produce a monoenergetic beam, which leads to a loss of intensity. In addition, to change the neutron energy, it is necessary to manufacture a new filter, which is possible only for a limited set of neutron energies. Moreover, the formation of beams by interference filters is real only in a limited range of UCN energies. (scale 10 -7 eV.)

Также, известно техническое решение SU 1083793, МПК G01T 3/00 "УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТОКА УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ ВДОЛЬ НЕЙТРОВОДА".Also, the technical solution SU 1083793, IPC G01T 3/00 "DEVICE FOR DETERMINING THE DISTRIBUTION OF THE FLOW OF ULTRA-COLD NEUTRONS ALONG A NEUTROGEN" is known.

Устройство для определения распределения потока ультрахолодных нейтронов вдоль нейтроновода, содержащее нейтроновод и детектор нейтронов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения распределения потока нейтронов, оно снабжено цилиндром из ферромагнитного материала с высокой граничной энергией, который размещен в нейтроноводе, диском, изготовленным из водородосодержащего материала с нулевой граничной энергией и прикрепленным к торцу цилиндра, магнитом, снабженным средством перемещения, помещенным возле цилиндра и образующим с ним замкнутый магнитный контур, при этом детектор нейтронов расположен вне нейтроновода с возможностью перемещения относительно него. Причем указанный диск изготовлен из полиэтилена.A device for determining the distribution of ultracold neutron flux along a neutron guide, containing a neutron guide and a neutron detector, characterized in that, in order to improve the accuracy of determining the distribution of the neutron flux, it is equipped with a cylinder made of ferromagnetic material with high boundary energy, which is placed in the neutron guide, a disk made of a hydrogen-containing material with zero boundary energy and attached to the end of the cylinder, a magnet equipped with a means of movement, placed near the cylinder form therewith a closed magnetic circuit, wherein the neutron detector located outside the neutron movable relative thereto. Moreover, the specified disk is made of polyethylene.

Однако, предложенное решение не формирует моноэнергетическую линию, не все нейтроны с энергией большей mgh (где m - масса нейтрона, g - ускорение свободного падения, h - высота), успевают достигнуть поглотителя и покинуть камеру, поскольку для поглощения необходимо, чтобы вертикальная компонента скорости нейтрона после какого-то соударения оказалась достаточной для подъема на высоту h. Соответственно, не обеспечено получение моноэнергетических пучков нейтронов, как ультрахолодного диапазона, так и более высоких скоростей (диапазон очень холодных нейтронов с энергией больше 2.0×10-7 эВ). В этом диапазоне устройство не работаетHowever, the proposed solution does not form a monoenergetic line, not all neutrons with energies higher than mgh (where m is the neutron mass, g is the gravitational acceleration, h is the height) have time to reach the absorber and leave the chamber, since absorption requires the vertical velocity component the neutron after some collision was sufficient to rise to a height h. Accordingly, the production of monoenergetic neutron beams, both of the ultracold range and of higher speeds (the range of very cold neutrons with energies greater than 2.0 × 10 -7 eV) is not ensured. The device does not work in this range

Наиболее близким к заявляемому устройству, является решение SU 1074260 МПК G01T 3/00, G01T 1/36, «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ, НАКОПЛЕННЫХ В СОСУДЕ».Closest to the claimed device is the solution SU 1074260 IPC G01T 3/00, G01T 1/36, "DEVICE FOR DETERMINING THE ENERGY DISTRIBUTION OF ULTRA-COLD NEUTRONS ACCUMULATED IN THE VESSEL".

Устройство содержит сосуд хранения, снабженный входным и выходным патрубками с заслонками и запирающей заслонкой, детектор ультрахолодных нейтронов, присоединенный к выходному патрубку, и шток, введенный внутрь сосуда, причем устройство снабжено детектором тепловых нейтронов, помещенным внутри сосуда хранения и заключенным в контейнер, на котором установлен нагреватель ультрахолодных нейтронов, при этом контейнер соединен со штоком,The device comprises a storage vessel equipped with inlet and outlet nozzles with shutters and a shutter shutter, an ultracold neutron detector connected to the output nozzle, and a rod inserted into the vessel, the device being equipped with a thermal neutron detector placed inside the storage vessel and enclosed in a container on which an ultracold neutron heater is installed, while the container is connected to the rod,

причем в качестве нагревателя ультрахолодных нейтронов использован слой полиэтилена.moreover, a polyethylene layer is used as a heater for ultracold neutrons.

Однако, известное решение имеет следующие недостатки.However, the known solution has the following disadvantages.

Устройство не формирует моноэнергетическую линию, не все нейтроны с энергией большей mgh, успевают достигнуть поглотителя и покинуть камеру, поскольку для поглощения необходимо, чтобы вертикальная компонента скорости нейтрона после какого-то соударения оказалась достаточной для подъема на высоту h. Поэтому формируемый спектр имеет примесь нейтронов с энергией большей mgh. Для уменьшения этой примеси необходимо увеличение времени пребывания нейтронов в объеме устройства. Однако увеличение времени пребывания приводит к большему поглощению нейтронов при ударах о стенки и уменьшению интенсивности получаемого потока.The device does not form a monoenergetic line, not all neutrons with energies higher than mgh have time to reach the absorber and leave the chamber, since absorption requires that the vertical component of the neutron velocity after some collision is sufficient to rise to a height h. Therefore, the formed spectrum has an admixture of neutrons with an energy higher than mgh. To reduce this impurity, it is necessary to increase the residence time of neutrons in the volume of the device. However, an increase in the residence time leads to a greater absorption of neutrons upon impacts on the walls and a decrease in the intensity of the resulting flux.

Современные источники УХН на реакторах и ускорителях обеспечивают спектр потока УХН в интервале (0-2×10-7) эВ. Устройство обеспечивает формирование спектров только в этом диапазоне энергий. Однако для большого количества экспериментов необходимы моноэнергетические пучки нейтронов, как ультрахолодного диапазона, так и более высоких скоростей (диапазон очень холодных нейтронов с энергией больше 2×10-7 эВ). В этом диапазоне устройство не работает.Modern sources of UCNs in reactors and accelerators provide a spectrum of UCN flux in the range (0-2 × 10 -7 ) eV. The device provides the formation of spectra only in this energy range. However, for a large number of experiments, monoenergetic neutron beams, both of the ultracold range and higher speeds (the range of very cold neutrons with energies greater than 2 × 10 -7 eV) are needed. The device does not work in this range.

Технической задачей предложенного решения является формирование моноэнергетической линии, чтобы все нейтроны с энергией большей mgh, успевали достигнуть поглотителя и покинуть камеру, получение моноэнергетических пучков нейтронов, как ультрахолодного диапазона, так и более высоких скоростей (диапазон очень холодных нейтронов с энергией больше 2.0×10-7 эВ).The technical task of the proposed solution is to form a monoenergetic line so that all neutrons with energies higher than mgh have time to reach the absorber and leave the chamber, receive monoenergetic neutron beams of both the ultracold range and higher speeds (the range of very cold neutrons with energies greater than 2.0 × 10 - 7 eV).

Указанная техническая задача обеспечена использованием предложенной совокупности существенных признаков.The specified technical problem is provided by using the proposed combination of essential features.

Устройство для формирования моноэнергетических нейтронных пучков низких энергий, включающее камеру удержания ультрахолодных нейтронов с входным и выходным отверстиями, установленное с возможностью перемещения внутри камеры удержания средство взаимодействия с нейтронами, включающее полиэтиленовый элемент, причем, оно дополнительно снабжено подключенным к выходному отверстию камеры удержания выводящим нейтроны каналом, имеющим выходное окно из Аl-фольги, средство взаимодействия с нейтронами выполнено в виде полиэтиленового диска-поглотителя, дно камеры удержания ультрахолодных нейтронов выполнено с искусственной макрошероховатостью поверхности, стенки камеры удержания ультрахолодных нейтронов и стенки выводящего нейтроны канала покрыты жидким фторополимером.A device for forming monoenergetic neutron beams of low energy, including an ultracold neutron confinement chamber with inlet and outlet openings, a means for interacting with neutrons mounted inside the confinement chamber, including a polyethylene element, moreover, it is additionally equipped with a channel that outputs neutrons to the confinement chamber having an exit window of Al-foil, the means of interaction with neutrons is made in the form of a polyethylene disk the absorber, the bottom of the ultracold neutron confinement chamber is made with artificial macro-roughness of the surface, the walls of the ultracold neutron confinement chamber and the walls of the neutron-emitting channel are coated with a liquid fluoropolymer.

Описание предложенного решенияDescription of the proposed solution

Указанные недостатки отсутствуют в предлагаемом устройстве для формирования моноэнергетических пучков УХН или очень холодных нейтронов методом ускорения нейтронов сверхмалых энергий в поле тяжести Земли.These disadvantages are absent in the proposed device for the formation of monoenergetic beams of UCNs or very cold neutrons by the method of accelerating neutrons of ultra-low energies in the Earth's gravitational field.

Устройство поясняется графически.The device is illustrated graphically.

На фиг.1 представлена схема устройства для формирования моноэнергетических нейтронных пучков ускорением нейтронов в поле тяжести при падении их в вертикальном канале с жидкостными зеркальными стенками.Figure 1 presents a diagram of a device for the formation of monoenergetic neutron beams by acceleration of neutrons in a gravitational field when they fall in a vertical channel with liquid mirror walls.

На фиг.1 позициями обозначены:.In figure 1, the positions indicated :.

1 - патрубок источника УХН;1 - pipe source UCN;

2 - входной нейтроновод;2 - input neutron guide;

3 - входное регулируемое отверстие;3 - input adjustable hole;

4 - камера удержания УХН;4 - UCN retention chamber;

5 - шток диска-поглотителя;5 - stock disk absorber;

6 - диск-поглотитель;6 - disk-absorber;

7 - выходное регулируемое отверстие;7 - output adjustable hole;

8 - слой сферических шариков для создания макрошероховатости дна камеры;8 - a layer of spherical balls to create macro-roughness of the bottom of the chamber;

9 - вертикальный канал;9 - vertical channel;

10 - выходное окно из алюминиевой фольги.10 - an output window of aluminum foil.

Как показано на фиг.1, устройство состоит из входного нейтроновода 2, подсоединяемого к патрубку 1 источника УХН, камеры 4 удержания УХН с входным 3 и выходным 7 регулируемыми отверстиями, перемещаемого полиэтиленового диска-поглотителя 6 и вертикального (в рабочем положении, при использовании устройства) канала 9 для ускорения нейтронов в поле тяжести, снабженного выходным окном 10 из алюминиевой фольги. Устройство работает следующим образом. УХН с широким спектром по энергии поступают в виде нейтронного газа через входное отверстие 3 в камеру удержания 4 нейтронов. Двигаясь в камере удержания, нейтроны испытывают множество соударений с ее стенками, прежде чем попадут в выходное отверстие 7. Поэтому в камере удержания, после многократных отражений от стенок и изменения направления движения остаются только нейтроны с небольшой энергией в интервале от 0 до ΔЕ<mgΔH, где ΔH - высота диска-поглотителя относительно дна камеры удержания. Эти нейтроны не могут достигнуть диска. Нейтроны с более высокой энергией, попадая на полиэтиленовый диск, неупруго рассеиваются в нем, становятся тепловыми и уходят из системы. Изменяя положение диска по высоте ΔH, можно изменять ширину ΔЕ стартового спектра нейтронов, попадающих через выходное отверстие в вертикальный ускорительный канал.As shown in figure 1, the device consists of an input neutron guide 2 connected to the pipe 1 of the UCN source, the UCN retention chamber 4 with the input 3 and output 7 adjustable holes, a movable polyethylene disk-absorber 6 and vertical (in the working position, when using the device ) channel 9 for accelerating neutrons in a gravitational field, equipped with an output window 10 of aluminum foil. The device operates as follows. UCNs with a wide energy spectrum come in the form of a neutron gas through an inlet 3 into a neutron confinement chamber 4. Moving in the confinement chamber, neutrons experience many collisions with its walls before they enter the outlet 7. Therefore, in the confinement chamber, after multiple reflections from the walls and a change in direction of movement, only neutrons with a small energy in the range from 0 to ΔЕ <mgΔH remain where ΔH is the height of the absorber disk relative to the bottom of the containment chamber. These neutrons cannot reach the disk. Higher-energy neutrons, falling on a polyethylene disk, inelastically scatter in it, become thermal and leave the system. By changing the position of the disk in height ΔH, it is possible to change the width ΔE of the starting spectrum of neutrons entering the vertical accelerating channel through the outlet.

На фиг.2 в более крупном масштабе представлена схема камеры удержания для формирования стартового спектра УХН.Figure 2 on a larger scale presents a diagram of the confinement chamber to form the starting UCN spectrum.

Изогнутыми линиями на фиг.2 обозначены параболические траектории нейтронов. Камера снабжена двумя диафрагмами на входном и выходном патрубках. Изменением отверстий диафрагм можно изменять входной и выходной поток УХН. Поверхность камеры удержания покрыта жидким фторополимером в виде тонкого вязкого слоя. Фторополимер обеспечивает малый коэффициент поглощения нейтронов при соударениях со стенками камеры (вероятность примерно 3×10-5 при одном соударении), вследствие чего нейтроны длительное время остаются в объеме, прежде чем поглотятся в диске или вытекут из него через отверстия диафрагм. На нижней поверхности камеры создан слой с макрошероховатостью поверхности. Слой представляет собой сферические шарики (железную или свинцовую дробь), покрытые вязким фторополимером. Слой предназначен для непрерывного и случайного изменения направления скорости нейтронов при отражении от дна камеры. При этом вероятность того, что энергия нейтрона окажется сосредоточенной в вертикальной компоненте его скорости существенно возрастает. Постановка слоя является существенной особенностью устройства, поскольку при высокой зеркальности стенок камеры отраженный нейтрон не меняет вертикальную составляющую скорости. Этот эффект приводит к тому, что нейтроны с энергией большей ΔЕ, но недостаточной для подъема к диску вертикальной компонентой скорости, могут попасть в выходное отверстие. Макрошероховатость дна камеры подавляет этот эффект. Изменяя входное и выходное отверстие камеры можно добиться нужной степени очистки выходного потока УХН от нейтронов с энергией большей, чем ΔЕ.Curved lines in figure 2 denote the parabolic trajectories of neutrons. The camera is equipped with two diaphragms at the inlet and outlet nozzles. By changing the aperture openings, the input and output UCN flow can be changed. The surface of the containment chamber is coated with a liquid fluoropolymer in the form of a thin viscous layer. The fluoropolymer provides a low coefficient of neutron absorption in collisions with the walls of the chamber (probability of about 3 × 10 -5 in a single collision), as a result of which neutrons remain in the volume for a long time before being absorbed into the disk or out of it through the openings of the diaphragms. A layer with macro roughness of the surface is created on the lower surface of the chamber. The layer is spherical balls (iron or lead shot) coated with a viscous fluoropolymer. The layer is designed for continuous and random changes in the direction of the velocity of neutrons when reflected from the bottom of the chamber. In this case, the probability that the neutron energy will be concentrated in the vertical component of its velocity increases significantly. The arrangement of the layer is an essential feature of the device, since with a high specularity of the chamber walls, the reflected neutron does not change the vertical velocity component. This effect leads to the fact that neutrons with an energy higher than ΔЕ, but insufficient for the vertical component of the velocity to rise to the disk, can get into the outlet. Macro roughness of the bottom of the chamber suppresses this effect. By changing the inlet and outlet of the chamber, it is possible to achieve the desired degree of purification of the UCN output stream from neutrons with an energy greater than ΔЕ.

В ускорительном канале нейтроны, падая в поле тяжести Земли и пройдя путь, определяемый длиной канала Н, получают дополнительную кинетическую энергию mgH и выходят из выходного патрубка 7 через разделительную фольгу узконаправленным пучком с энергией E=mgH и энергетическим размытием ΔE.<<mgH. Угловая расходимость пучка уменьшается с увеличением длины канала, поскольку вертикальная компонента скорости нейтрона нарастает при падении, а горизонтальная сохраняется. На каждый 1 метр длины канала нейтрон увеличивает свою энергию на 10-7 эВ.In the accelerator channel, neutrons falling in the Earth’s gravitational field and following the path determined by the channel length H receive additional kinetic energy mgH and exit the output pipe 7 through a separation foil with a narrow beam with energy E = mgH and energy blur ΔE. << mgH. The angular divergence of the beam decreases with increasing channel length, since the vertical component of the neutron velocity increases with incidence, and the horizontal component is preserved. For every 1 meter of channel length, a neutron increases its energy by 10 -7 eV.

Ключевым элементом формирователя является вертикальный ускорительный канал со стенками, обладающими высокой зеркальностью. В предлагаемом устройстве вертикальный ускорительный канал может быть выполнен из произвольного материала без специальной и дорогостоящей процедуры обработки его внутренней поверхности (анодно-механическое полирование и др.) до нужного класса чистоты поверхности. Степень шероховатости материала внутренней поверхности самого канала не имеет значения. Зеркальность его стенок обеспечивается тем, что внутренняя поверхность канала покрыта жидким фторополимером, например YL VAC18/8. Данный полимер - один из класса фторозамещенных жидких фторополимеров, обладающий низким давлением насыщенных паров (10-8 торр), малым коэффициентом поглощения нейтронов при отражении (3×10-5) и достаточно большой граничной энергией (1,05×10-7 эВ). Вязкий фторополимер при нанесении на поверхность любого металла создает гладкий зеркальный слой, обеспечивающий равенство углов падения и отражения нейтронов при ударах о стенки канала. Фторополимер легко наносится на поверхность металла.A key element of the shaper is a vertical accelerator channel with walls with high specularity. In the proposed device, the vertical accelerating channel can be made of arbitrary material without a special and expensive procedure for processing its inner surface (anode-mechanical polishing, etc.) to the desired class of surface cleanliness. The degree of roughness of the material on the inner surface of the channel itself does not matter. The mirroring of its walls is ensured by the fact that the inner surface of the channel is covered with a liquid fluoropolymer, for example, YL VAC18 / 8. This polymer is one of the class of fluoro-substituted liquid fluoropolymers with a low saturated vapor pressure (10 -8 Torr), a low reflection neutron absorption coefficient (3 × 10 -5 ) and a sufficiently large boundary energy (1.05 × 10 -7 eV) . Viscous fluoropolymer when applied to the surface of any metal creates a smooth mirror layer, ensuring the equality of the angles of incidence and reflection of neutrons upon impacts on the channel walls. The fluoropolymer is easily applied to the surface of the metal.

Зеркальность стенок канала обеспечивает сохранение горизонтальной компоненты скорости нейтрона в процессе падения. Последнее является очень важным, поскольку при диффузном отражении нейтрон, набравший большую энергию, может покинуть канал. Это происходит, когда значительная часть энергии нейтрона перераспределяется в горизонтальную компоненту скорости нейтрона. Если при этом нормальная к поверхности в точке падения компонента скорости превышает граничную скорость материала стенок канала, но нейтрон поглощается в стенке. Когда вероятность диффузного отражения высока, то падающий поток нейтронов сильно ослабляется по длине канала. Гладкий слой жидкого полимера из-за своего высокого поверхностного натяжения устойчив и обеспечивает сохранение горизонтальной компоненты скорости нейтронов при каждом столкновении со стенкой. В этом случае нейтрон не покидает пространство канала в процессе падения. Рост энергии нейтрона происходит только за счет увеличения вертикальной компоненты скорости нейтрона. Энергия нейтронов на выходе из такого ускорительного канала определяется только его длиной. Так, при ΔН=10 см и длине канала Н=5 м, энергия выводимого пучка будет составлять 5×10-7 эВ, относительное энергетическое разрешение 2%, скорость нейтронов 10±0.15 м/с.The mirroring of the channel walls ensures the preservation of the horizontal component of the neutron velocity during the fall. The latter is very important, since in diffuse reflection a neutron that has gained a lot of energy can leave the channel. This occurs when a significant portion of the neutron energy is redistributed into the horizontal component of the neutron velocity. If in this case the velocity component normal to the surface at the point of incidence exceeds the boundary velocity of the material of the channel walls, but the neutron is absorbed in the wall. When the probability of diffuse reflection is high, the incident neutron flux is greatly attenuated along the length of the channel. Due to its high surface tension, the smooth layer of liquid polymer is stable and ensures that the horizontal components of the neutron velocity are preserved during each collision with the wall. In this case, the neutron does not leave the channel space during the fall. The increase in neutron energy occurs only due to an increase in the vertical component of the neutron velocity. The neutron energy at the exit from such an accelerating channel is determined only by its length. So, with ΔН = 10 cm and a channel length of H = 5 m, the energy of the output beam will be 5 × 10 -7 eV, the relative energy resolution is 2%, and the neutron velocity is 10 ± 0.15 m / s.

Пример технической реализации.An example of technical implementation.

Описанное устройство было неоднократно использовано с ускоряющими каналами различной длины в Российскоv Научноv Центре «Курчатовский Институт». Источниками УХН являлись реакторы ИР-8 и высокопоточный реактор Института Лауэ-Ланжевена. Сформированные с помощью описанного устройства нейтронные моноэнергетические пучки применялись для исследования процессов диффузионного распространения холодных нейтронов в неоднородных средах, измерения полных сечений, сечений неупругого рассеяния и для других нейтронно-физических задач.The described device was repeatedly used with accelerating channels of various lengths at the Russian Research Center Kurchatov Institute. The sources of UCN were the IR-8 reactors and the high-flow reactor of the Laue-Langevin Institute. Monoenergetic neutron beams formed using the described device were used to study the diffusion propagation of cold neutrons in inhomogeneous media, measure the total cross sections, inelastic scattering cross sections, and other neutron physical problems.

Так, для измерения сечений неупругого рассеяния на источнике УХН реактора ИР-8 данное устройство было выполнено в виде секционированного вертикального нейтроновода диаметром 8 см из нержавеющей стали с полной длиной 4 м. Стенки канала были покрыты фторополимером YL VAC18/8. Камера для формирования стартового спектра УХН, выполненная из нержавеющей стали и тоже покрытая YL VAC18/8, имела диаметр 30 см и позволяла формировать начальный стартовый спектр УХН с энергией от нуля до (5-10)×10-9 эВ. В камере использовался полиэтиленовый диск диаметром 28 см. Для создания макрошероховатости на дне камеры применялась свинцовая дробь диаметром 3 мм. Устройство позволяло получать при различных длинах вертикального нейтроновода (0.5 м, 1.0 м, 1,5 м, 2.0 м, 3,0 м, 4,0 м) энергетические пучки с размытием 5×10-9 эВ и энергией соответственно (0.5×10-7 эВ, 1.0×10-7 эВ, 1.5.10-7 эВ, 2.0×10-7 эВ, 3.0×10-7 эВ, 4.0×10-7 эВ).So, to measure the inelastic scattering cross sections at the UCN source of the IR-8 reactor, this device was made in the form of a sectioned vertical neutron guide with a diameter of 8 cm made of stainless steel with a total length of 4 m. The channel walls were coated with YL VAC18 / 8 fluoropolymer. The chamber for the formation of the UCN start spectrum, made of stainless steel and also coated with YL VAC18 / 8, had a diameter of 30 cm and made it possible to form the initial UCN start spectrum with energies from zero to (5-10) × 10 -9 eV. A polyethylene disk with a diameter of 28 cm was used in the chamber. To create macro roughness, a lead fraction of 3 mm in diameter was used at the bottom of the chamber. The device allowed to obtain at different lengths of a vertical neutron guide (0.5 m, 1.0 m, 1.5 m, 2.0 m, 3.0 m, 4.0 m) energy beams with a blur of 5 × 10 -9 eV and energy, respectively (0.5 × 10 -7 eV, 1.0 × 10 -7 eV, 1.5.10 -7 eV, 2.0 × 10 -7 eV, 3.0 × 10 -7 eV, 4.0 × 10 -7 eV).

Предложенное устройство может быть использовано на действующих источниках УХН исследовательских реакторов, где ведутся исследования с ультрахолодными и холодными нейтронами по изучению процессов их взаимодействия с веществом: ПИЯФ (г.Гатчина), ОИЯИ (г.Дубна), NIST (США), PSI (Швейцария), ILL (Франция).The proposed device can be used on existing sources of UCN research reactors, where research is carried out with ultracold and cold neutrons to study the processes of their interaction with matter: PNPI (Gatchina), JINR (Dubna), NIST (USA), PSI (Switzerland) ), ILL (France).

Источники информацииInformation sources

[1] A. Steyerl. Nucl. Instr. and Meth. 101, 295 (1972).[1] A. Steyerl. Nucl. Instr. and Meth. 101, 295 (1972).

[2] А.А.Антонов и др. Краткие сообщения по физике. ФИАН., №10, (1977), с.10.[2] A.A. Antonov et al. Brief Communications on Physics. FIAN., No. 10, (1977), p.10.

[3] А.И.Франк и др. Сообщения ОИЯИ, Р3-2004-207, Дубна, 2004[3] A.I. Frank and other communications of JINR, R3-2004-207, Dubna, 2004

Claims (1)

Устройство для формирования моноэнергетических нейтронных пучков низких энергий, включающее камеру удержания ультрахолодных нейтронов с входным и выходным отверстиями, установленное с возможностью перемещения внутри камеры удержания средство взаимодействия с нейтронами, включающее полиэтиленовый элемент, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено подключенным к выходному отверстию камеры удержания выводящим нейтроны каналом, имеющим выходное окно из алюминиевой фольги, средство взаимодействия с нейтронами выполнено в виде полиэтиленового диска-поглотителя, дно камеры удержания ультрахолодных нейтронов выполнено с искусственной макрошероховатостью поверхности, стенки камеры удержания ультрахолодных нейтронов и стенки выводящего нейтроны канала покрыты жидким фторополимером.
Figure 00000001
A device for generating monoenergetic neutron beams of low energy, including an ultracold neutron confinement chamber with inlet and outlet openings, a means for interacting with neutrons mounted inside the confinement chamber, comprising a polyethylene element, characterized in that it is further provided with an output connected to the outlet of the confinement chamber neutrons by a channel having an exit window of aluminum foil, the means of interaction with neutrons is made in the form a polyethylene disk-absorber, the bottom of the ultracold neutron confinement chamber is made with artificial macro-roughness of the surface, the walls of the ultracold neutron confinement chamber and the walls of the neutron-emitting channel are coated with a liquid fluoropolymer.
Figure 00000001
RU2010129778/28U 2010-07-20 2010-07-20 DEVICE FOR FORMING MONO-ENERGY NEUTRON BEAMS OF LOW ENERGIES RU101846U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010129778/28U RU101846U1 (en) 2010-07-20 2010-07-20 DEVICE FOR FORMING MONO-ENERGY NEUTRON BEAMS OF LOW ENERGIES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010129778/28U RU101846U1 (en) 2010-07-20 2010-07-20 DEVICE FOR FORMING MONO-ENERGY NEUTRON BEAMS OF LOW ENERGIES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU101846U1 true RU101846U1 (en) 2011-01-27

Family

ID=46308865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010129778/28U RU101846U1 (en) 2010-07-20 2010-07-20 DEVICE FOR FORMING MONO-ENERGY NEUTRON BEAMS OF LOW ENERGIES

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU101846U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683576C1 (en) * 2018-04-12 2019-03-29 Виталий Евгеньевич Поляков Single-drive amplifier for monochromatic collimated polarized neutrons
RU2787744C1 (en) * 2022-05-23 2023-01-12 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Device for producing cold and ultracold neutrons

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683576C1 (en) * 2018-04-12 2019-03-29 Виталий Евгеньевич Поляков Single-drive amplifier for monochromatic collimated polarized neutrons
RU2787744C1 (en) * 2022-05-23 2023-01-12 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Device for producing cold and ultracold neutrons
RU2792202C1 (en) * 2022-07-12 2023-03-20 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Device for producing ultracold neutrons

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kalashev et al. PeV neutrinos from intergalactic interactions of cosmic rays emitted by active galactic nuclei
Bison et al. Comparison of ultracold neutron sources for fundamental physics measurements
Jing et al. Studies of back-streaming white neutrons at CSNS
Zhang et al. Cosmic-ray positrons from mature gamma-ray pulsars
Fernández et al. Laser-plasmas in the relativistic-transparency regime: Science and applications
Horikawa et al. Measurements for the energy and flux of laser Compton scattering γ-ray photons generated in an electron storage ring: NewSUBARU
JPS60162947A (en) Assembly of moderator and beam-port
Shen et al. Channeling and radiation of 855 MeV electrons and positrons in straight and bent tungsten (1 1 0) crystals
RU101846U1 (en) DEVICE FOR FORMING MONO-ENERGY NEUTRON BEAMS OF LOW ENERGIES
Zimmer et al. In-beam superfluid-helium ultracold neutron source for the ESS
Adamczak et al. Nuclear structure with radioactive muonic atoms
Blasi Recent developments in cosmic ray physics
Mishima et al. Production of ultra cold neutrons by a doppler shifter with pulsed neutrons at J-PARC
Malgin On the energy spectrum of cosmogenic neutrons
Kalinin et al. Characteristics of the DIN-2PI spectrometer with a neutron concentrator
Bystritsky et al. A method for investigation of the D (4He, γ) 6Li reaction in the Ultralow energy region under a high background
Anders S-factor measurement of the 2H (α, γ) 6Li reaction at energies relevant for Big-Bang nucleosynthesis
Arzumanov et al. A convergent neutron lens based on glass capillaries
Abramov et al. Single-spin asymmetry for charged hadrons produced in proton-nucleus collisions at 40 GeV for cm production angles in the range 40°–79°
Dar The origin of cosmic rays-A 96-year-old puzzle solved?
d’Humières Ion acceleration by high intensity short pulse lasers
Papa Nuclear structure with radioactive muonic atoms
Hasan Bent silicon crystals for the LHC collimation: studies with an ultrarelativistic proton beam
Hramco et al. Experimental setup for elemental analysis using prompt gamma rays at research reactor IBR-2
Gutknecht Sensitivity Studies of the Scintillating Active Transverse Energy Filter for the KATRIN Experiment

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20160721