RU2787744C1 - Device for producing cold and ultracold neutrons - Google Patents
Device for producing cold and ultracold neutrons Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787744C1 RU2787744C1 RU2022113781A RU2022113781A RU2787744C1 RU 2787744 C1 RU2787744 C1 RU 2787744C1 RU 2022113781 A RU2022113781 A RU 2022113781A RU 2022113781 A RU2022113781 A RU 2022113781A RU 2787744 C1 RU2787744 C1 RU 2787744C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- neutrons
- neutron
- ultracold
- cold
- velocity
- Prior art date
Links
- 230000000737 periodic Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002139 neutron reflectometry Methods 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000004940 Nucleus Anatomy 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium(0) Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003334 potential Effects 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области управления пучками частиц при помощи отражения от движущегося зеркала и может быть использовано для получения холодных и ультрахолодных нейтронов. The invention relates to the field of controlling particle beams by reflection from a moving mirror and can be used to produce cold and ultracold neutrons.
Известно устройство для получения холодных и тепловых нейтронов, реализованное в виде водяного замедлителя нейтронов, находящегося при комнатной температуре (https://ru.wikipedia.org/wiki/Замедление_нейтронов). Замедлитель имеет толщину порядка 5 см. В замедлителе устанавливается максвелловский спектр нейтронов, в котором доля холодных и ультрахолодных нейтронов мала.A device for producing cold and thermal neutrons is known, implemented in the form of a water neutron moderator located at room temperature (https://ru.wikipedia.org/wiki/Neutron moderation). The moderator has a thickness of about 5 cm. A Maxwellian neutron spectrum is established in the moderator, in which the fraction of cold and ultracold neutrons is small.
Известно устройство для получения холодных и ультрахолодных нейтронов, где замедлитель охлажден до более низкой, например, например, азотной или гелиевой температуры (А.П. Серебров, Разногласие между методом хранения ультрахолодных нейтронов и пучковым методом при измерении времени жизни нейтрона, Успехи физических наук, т. 189, вып. 6, стр. 635, 2019 г.). Однако охлаждение замедлителя большого объема требует затрат большой тепловой мощности. Учитывая, что выход холодных и ультрахолодных нейтронов из-за их захвата и нагрева происходит из тонкого слоя толщиной в несколько миллиметров, используют два замедлителя: один толстый при комнатной температуре и второй тонкий, охлаждение которого требует меньшей мощности, при низкой температуре. Холодные и ультрахолодные нейтроны извлекают из тонкого замедлителя.A device is known for producing cold and ultracold neutrons, where the moderator is cooled to a lower, for example, nitrogen or helium temperature (A.P. Serebrov, Disagreement between the ultracold neutron storage method and the beam method when measuring the neutron lifetime, Advances in Physical Sciences, vol. 189, issue 6, p. 635, 2019). However, cooling a large-volume moderator requires a large heat input. Taking into account that the release of cold and ultracold neutrons due to their capture and heating comes from a thin layer several millimeters thick, two moderators are used: one thick one at room temperature and the second thin one, the cooling of which requires less power at low temperature. Cold and ultracold neutrons are extracted from a thin moderator.
Альтернативным устройством для получения холодных и ультрахолодных нейтронов является система зеркал, где нейтроны отражаются от движущегося в направлении пучка нейтронов зеркала.An alternative device for obtaining cold and ultracold neutrons is a system of mirrors, where neutrons are reflected from a mirror moving in the direction of the neutron beam.
В качестве прототипа выбрано именно это устройство, предназначенное для получения ультрахолодных нейтронов (А.В. Антонов, Д.Е. Буль, М.В. Казарновский, Письма в ЖЭТФ, т. 9, вып. 5, стр. 307, 1969 г.).It was this device designed to produce ultracold neutrons that was chosen as a prototype (A.V. Antonov, D.E. Bul, M.V. Kazarnovsky, JETP Letters, vol. 9, issue 5, p. 307, 1969 .).
В устройстве - прототипе нейтроны падают на отражатели, выполненные в виде изогнутых сферических нейтроноводов (Фиг. 1), закрепленные на вращающемся колесе. При вращении колеса часть зеркал движется в направлении пучка нейтронов.In the prototype device, neutrons fall on reflectors made in the form of curved spherical neutron guides (Fig. 1) fixed on a rotating wheel. When the wheel rotates, part of the mirrors moves in the direction of the neutron beam.
После ряда отражений в отражателе нейтроны разворачиваются на 180°, и из их скорости вычитается удвоенная скорость зеркала, в результате чего скорость нейтронов уменьшается до значения vгр<6 м/с и они переходят в область ультрахолодных нейтронов.After a series of reflections in the reflector, the neutrons turn 180°, and the double velocity of the mirror is subtracted from their velocity, as a result of which the neutron velocity decreases to vgr <6 m/s and they pass into the region of ultracold neutrons.
Недостатками прототипа являются небольшой поток холодных или ультрахолодных нейтронов, а также сложность перестройки основанных на способе устройств при необходимости использования другого спектра начальной скорости нейтронов от источника и получения нужного спектра конечной скорости замедленных нейтронов.The disadvantages of the prototype are a small flux of cold or ultracold neutrons, as well as the complexity of restructuring devices based on the method if it is necessary to use a different spectrum of the initial neutron velocity from the source and obtain the desired spectrum of the final velocity of slow neutrons.
Небольшой поток нейтронов обусловлен тремя обстоятельствами. Первое, это небольшая приемная площадь отражателя. Второе, это небольшой используемый интервал скорости тепловых нейтронов, имеющий некую граничную скорость vгр, что соответственно дает очень малую часть потока тепловых нейтронов, равную 2(vгр/vТ)4≈2×10-6, где vТ=(2kT/m)1/2 - тепловая скорость нейтронов, Т - температура нейтронов, m - масса нейтрона. Третье, это использование многократного отражения, что ослабляет поток за счет диффузного рассеяния на шероховатостях и не идеальности кривизны зеркал, а также за счет захвата атомными ядрами поверхности зеркал. Потери нейтронов из-за рассеяния и поглощения нейтронов растут с увеличением числа отражений при увеличении разности начальной и конечной скорости нейтронов.The small neutron flux is due to three circumstances. The first is the small receiving area of the reflector. Secondly, this is a small used thermal neutron velocity interval, which has a certain boundary velocity v gr , which accordingly gives a very small part of the thermal neutron flux equal to 2(v gr /v T ) 4 ≈2×10 -6 , where v T =(2kT /m) 1/2 - neutron thermal velocity, Т - neutron temperature, m - neutron mass. Third, this is the use of multiple reflection, which weakens the flux due to diffuse scattering on the roughness and non-ideal curvature of the mirrors, as well as due to the capture of the surface of the mirrors by atomic nuclei. Losses of neutrons due to scattering and absorption of neutrons increase with an increase in the number of reflections with an increase in the difference between the initial and final neutron velocities.
Техническими задачами являются увеличение потока холодных или ультрахолодных нейтронов и расширение реализуемых интервалов начальной и конечной скорости (энергии) нейтронов.The technical tasks are to increase the flux of cold or ultracold neutrons and to expand the realizable intervals of the initial and final velocity (energy) of neutrons.
Технический результат достигается за счет того, что вылетающие из источника нейтроны отражают от движущейся слоистой структуры. Структуру выполняют в виде системы следующих друг за другом периодических структур с уменьшающимся пространственным периодом в направлении от поверхности. Отражатели нейтронов шарнирно, с возможностью вращения вокруг своей оси, присоединены к кронштейнам, расположенным на выносных спицах. Как вариант исполнения отражатели нейтронов имеют плоскую отражающую поверхность.The technical result is achieved due to the fact that the neutrons emitted from the source are reflected from the moving layered structure. The structure is made in the form of a system of successive periodic structures with a decreasing spatial period in the direction from the surface. Neutron reflectors are pivotally, with the possibility of rotation around its axis, attached to the brackets located on the outrigger spokes. As an embodiment, the neutron reflectors have a flat reflective surface.
Существенным и отличительным признаком является использование слоистой структуры.An essential and distinctive feature is the use of a layered structure.
Существенным и отличительным признаком является так же то, что слоистую структуру выполняют в виде системы следующих друг за другом периодических структур с уменьшающимся пространственным периодом в направлении от поверхности. От совокупности периодических структур реализуется Брэгговское отражение нейтронов в широком интервале изменения скорости нейтрона.An essential and distinguishing feature is also that the layered structure is made in the form of a system of successive periodic structures with a decreasing spatial period in the direction from the surface. Bragg reflection of neutrons is realized from a set of periodic structures in a wide range of neutron velocity variations.
Существенным и отличительным признаком является то, что отражатели вращаются относительно собственных осей синхронно с вращением колеса.An essential and distinctive feature is that the reflectors rotate about their own axes synchronously with the rotation of the wheel.
Существенным и отличительным признаком является то, что отражатели нейтронов имеют плоскую отражающую поверхность. Описание фигурAn essential and distinguishing feature is that the neutron reflectors have a flat reflective surface. Description of figures
На изображенной на Фиг. 1. схеме установки нейтроны падают слева на коаксиальные полусферические зеркала, вращающиеся по кругу с радиусом ρ. Символом Rm обозначен радиус полусфер. Символом δ обозначено расстояние между зеркалами: δ=Rm*(vгр/vn)2. Нейтроны разворачиваются на 180° только если угол падения на зеркала α<(vгр/vn)2. Для выбранных выше параметров vгр=6 м/с и vn=300 м/с этот угол равен: Ω=4*10-4.On the one shown in FIG. 1. In the installation scheme, neutrons fall from the left onto coaxial hemispherical mirrors rotating in a circle with a radius ρ. The symbol R m denotes the radius of the hemispheres. The symbol δ denotes the distance between the mirrors: δ=R m *(v gr /v n ) 2 . Neutrons turn 180° only if the angle of incidence on the mirrors α<(v gr /v n ) 2 . For the above parameters v gr =6 m/s and v n =300 m/s this angle is equal to: Ω=4*10 -4 .
Фиг. 2. Структура дифракционного отражателя, содержащего слои с положительным сечением когерентного рассеяния (Ni) и отрицательным сечением когерентного рассеяния (Ti). Величина перепада потенциала напрямую влияет на коэффициент отражения нейтронов от такой многослойной структуры.Fig. Fig. 2. Structure of a diffractive reflector containing layers with a positive coherent scattering cross section (Ni) and a negative coherent scattering cross section (Ti). The magnitude of the potential difference directly affects the neutron reflection coefficient from such a multilayer structure.
Фиг. 3. График зависимости коэффициента отражения нейтронов R(v) - ось Y, от скорости нейтронов v - ось X, для показанной на Фиг. 2 периодической слоистой структуры при величине периода равной 5 нм. Подробно показана структура пика для первого порядка отражения.Fig. 3. Plot of the neutron reflection coefficient R(v) - Y-axis versus the neutron velocity v - X-axis, for the one shown in FIG. 2 periodic layered structure with a period equal to 5 nm. The structure of the peak for the first order of reflection is shown in detail.
Фиг. 4. График зависимости коэффициента отражения нейтронов R(v) - ось Y от скорости нейтронов v - ось X. для показанной на Фиг. 2 периодической слоистой структуры при величине периода равной 5 нм. Показана величина коэффициента отражения для первого, второго и третьего порядков отражения нейтронов от слоистой структуры.Fig. 4. Plot of neutron reflectivity R(v) - Y-axis versus neutron velocity v - X-axis. 2 periodic layered structure with a period equal to 5 nm. The value of the reflection coefficient for the first, second, and third orders of neutron reflection from a layered structure is shown.
Фиг. 5. Зависимость коэффициента отражения нейтронов R(v) - ось Y от скорости нейтронов v - ось X от слоистой структуры, содержащей три периода. Видно значительное уширение диапазона скоростей нейтронов, которые отражаются от такой структуры.Fig. Fig. 5. Dependence of the neutron reflection coefficient R(v) - Y axis on the neutron velocity v - X axis on a layered structure containing three periods. One can see a significant broadening of the range of neutron velocities that are reflected from such a structure.
На изображенной на Фиг. 6. схеме установки, нейтроны падают слева на плоские дифракционные зеркала, расположенные на спицах колеса, вращающегося по часовой стрелке с круговой частотой ω. После отражения от зеркала нейтроны в лабораторной системе координат останавливаются. Если очередное зеркало, стоящее на пути потока нейтронов, отклонится от вертикальной оси на угол, больший, чем θр=vгр/2vn>10 мрад, то нейтроны, отразившиеся от зеркала, будут иметь горизонтальный угол, больший, чем 2θр. При скорости падающих нейтронов vn=300 м/с их вертикальная скорость будет больше, чем 6 м/с и они перестанут быть ультрахолодными. Поскольку для разворота скорости нейтронов на 180° требуется всего одно отражение от дифракционного зеркала, то этот способ получения ультрахолодных нейтронов дает значительный выигрыш в интенсивности по сравнению с отражением нейтронов от полусферических зеркал. Видно, что плоские дифракционные зеркала не позволят получить в накопителе значительную плотность ультрахолодных нейтронов, так они не фокусируют поток отраженных нейтронов на вход ловушки.On the one shown in FIG. 6. installation diagram, neutrons fall from the left onto flat diffractive mirrors located on the spokes of a wheel rotating clockwise with a circular frequency ω. After reflection from the mirror, the neutrons stop in the laboratory coordinate system. If the next mirror, standing in the way of the neutron flow, deviates from the vertical axis by an angle greater than θ р =v gr /2v n >10 mrad, then the neutrons reflected from the mirror will have a horizontal angle greater than 2θ р . At the velocity of incident neutrons v n =300 m/s, their vertical velocity will be greater than 6 m/s and they will no longer be ultracold. Since only one reflection from a diffractive mirror is required to turn the neutron velocity by 180°, this method of obtaining ultracold neutrons gives a significant gain in intensity compared to the reflection of neutrons from hemispherical mirrors. It can be seen that flat diffractive mirrors will not allow a significant density of ultracold neutrons to be obtained in the storage ring, since they do not focus the reflected neutron flux to the trap entrance.
Фиг. 7. Устройство, реализующее заявленный способ получения холодных и ультрахолодных нейтронов с креплением плоских зеркал к кронштейну, закрепленному на спицах колеса.Fig. 7. A device that implements the claimed method for producing cold and ultracold neutrons with mounting flat mirrors to a bracket mounted on the spokes of the wheel.
Фиг. 8. Устройство, реализующее заявленный способ получения холодных и ультрахолодных нейтронов с шарнирным креплением параболических дифракционных зеркал к кронштейну, позволяющее сфокусировать УХН на входную щель ловушки. (1) - система вращения зеркал, (2) - входная щель ловушки для УХН.Fig. 8. A device that implements the claimed method for producing cold and ultracold neutrons with parabolic diffraction mirrors hinged to the bracket, which makes it possible to focus UCN on the entrance slit of the trap. (1) - mirror rotation system, (2) - entrance slit of the UCN trap.
Физическая сущность данного предложения состоит в том, что от периодических структур реализуется так называемое Брэгговское отражение. На Фиг. 2. показан пространственный профиль потенциала взаимодействия нейтронов с периодической структурой, в которой слои попеременно имеют положительный +U1 и отрицательный -U2 потенциалы. Для примера в качестве элементов, из которых состоят слои периодической структуры, взяты никель с положительным потенциалом и титан - с отрицательным.The physical essence of this proposal is that the so-called Bragg reflection is realized from periodic structures. On FIG. 2. shows the spatial profile of the interaction potential of neutrons with a periodic structure, in which the layers alternately have positive +U1 and negative -U2 potentials. For example, nickel with a positive potential and titanium with a negative potential are taken as elements that make up the layers of a periodic structure.
При движении периодической структуры со скоростью Vr в направлении распространения нейтронов со скоростью Vb, скорость нейтронов относительно зеркала будет V=Vb-Vr. Такой нейтрон будет отражаться от периодической структуры, если ее период равен d=nh/2mV, где h - постоянная Планка, m - масса нейтрона, n - порядок отражения нейтронов. Как видно, отражается ряд нейтронов, имеющих скорость V=(2m/h)nd. В лабораторной системе координат нейтроны будут замедлены, соответствующий ряд замедленных скоростей есть Vf=2V-Vb=(4m/h)nd-Vb. Возьмем для примера d=1 нм и n=1-3, тогда в системе двигающего зеркала имеем ряд длин волн λ=2, 1, 2/3 нм и ряд скоростей V=200, 400, 600 м/с. Пусть скорость структуры 150 м/с. Тогда для начальной скорости нейтронов от источника имеем Vb=350, 550, 750 м/с и скорости замедленных нейтронов Vf=50, 250 и 450 м/с. Как видно, подбирая d и Vr можно легко подстраиваться под спектр нейтронов из источника и получать замедленные нейтроны в необходимом интервале скорости.When moving a periodic structure with a speed Vr in the direction of propagation of neutrons with a speed Vb, the speed of the neutrons relative to the mirror will be V=Vb-Vr. Such a neutron will be reflected from a periodic structure if its period is equal to d=nh/2mV, where h is Planck's constant, m is the neutron mass, n is the order of neutron reflection. As can be seen, a number of neutrons are reflected, having a velocity V=(2m/h)nd. In the laboratory coordinate system neutrons will be slowed down, the corresponding series of slowed down velocities is Vf=2V-Vb=(4m/h)nd-Vb. Let's take for example d=1 nm and n=1-3, then in the moving mirror system we have a number of wavelengths λ=2, 1, 2/3 nm and a number of velocities V=200, 400, 600 m/s. Let the speed of the structure be 150 m/s. Then for the initial velocity of neutrons from the source we have Vb=350, 550, 750 m/s and the velocity of slow neutrons Vf=50, 250 and 450 m/s. As can be seen, by choosing d and Vr, one can easily adjust to the spectrum of neutrons from the source and obtain slow neutrons in the required velocity range.
На Фиг. 3 приведена зависимость коэффициента отражения нейтронов R(v) для периодической структуры Ni/Ti с периодом равным Т=5 нм.On FIG. Figure 3 shows the dependence of the neutron reflection coefficient R(v) for a Ni/Ti periodic structure with a period of T=5 nm.
На Фиг. 4 приведена та же зависимость R(v), но в большем масштабе скоростей, так что на графике видна интенсивность отражения нейтронов не только для первого, но и для второго и третьего порядков отражения.On FIG. Figure 4 shows the same dependence R(v), but on a larger scale of velocities, so that the graph shows the intensity of neutron reflection not only for the first, but also for the second and third orders of reflection.
Как видно с увеличением скорости V коэффициент отражения нейтронов уменьшается, то есть, доля замедленных нейтронов для более высокой скорости становится меньше. В этой связи, для повышения выхода замедленных нейтронов, в заявке предложено слоистую структуру выполнить в виде системы из N периодических структур с отличающимся значением d. Причем величина d уменьшается для каждой последующей структуры в направлении от поверхности в глубину отражателя. В этом случае более энергичные нейтроны отражаются от периодической структуры, расположенной глубже (дальше от поверхности отражателя). В результате, мы будем иметь N сильных отражений первого порядка (n=1). Следует сказать, что на настоящем техническом уровне удается по сравнению с интервалом полного отражения увеличить интервал V в 12.5 раз, при том, что коэффициент отражения уменьшается только от 1 до 0.5. В этом случае расширение полосы скорости нейтронов приводит к увеличению потока замедленных нейтронов на порядок.As can be seen, with an increase in the velocity V, the neutron reflection coefficient decreases, that is, the proportion of slowed down neutrons for a higher velocity becomes smaller. In this regard, in order to increase the yield of slow neutrons, the application proposes to perform a layered structure in the form of a system of N periodic structures with a different value of d. Moreover, the value of d decreases for each subsequent structure in the direction from the surface to the depth of the reflector. In this case, more energetic neutrons are reflected from a periodic structure located deeper (farther from the reflector surface). As a result, we will have N strong first-order reflections (n=1). It should be said that at the present technical level, it is possible to increase the interval V by 12.5 times compared to the total reflection interval, while the reflection coefficient decreases only from 1 to 0.5. In this case, the expansion of the neutron velocity band leads to an increase in the slow neutron flux by an order of magnitude.
На Фиг. 5 в качестве примера приведена зависимость R(v) для Ni/Ti структуры, состоящей из трех периодических структур с конечным числом периодов.On FIG. Figure 5 shows the dependence R(v) for a Ni/Ti structure consisting of three periodic structures with a finite number of periods as an example.
В трех периодических структурах, если считать от поверхности, период Т и число периодов n составляют 4.9 нм и 23, 4.7 нм и 32, 4.5 нм и 60 нм, соответственно. Видно, что в случае трех периодических структур по сравнению с одной (Фиг. 4) ширина интервала скорости нейтронов увеличилась в 2 раза с 1 м/с до 2 м/с. При этом, максимум коэффициента отражения практически не изменился. Таким образом, с увеличением количества периодических структур в отражателе до трех интенсивность нейтронов возросла в 2 раза.In three periodic structures, if counted from the surface, the period T and the number of periods n are 4.9 nm and 23.4.7 nm and 32.4.5 nm and 60 nm, respectively. It can be seen that in the case of three periodic structures, compared with one (Fig. 4), the width of the neutron velocity interval increased by a factor of 2 from 1 m/s to 2 m/s. At the same time, the maximum reflection coefficient practically did not change. Thus, with an increase in the number of periodic structures in the reflector to three, the neutron intensity increased by a factor of 2.
Периодические структуры надо поместить на вращающееся колесо, Фиг. 6. Для того чтобы, получить требуемую (например, 150 м/с) линейную скорость вращения зеркал, расположенных на колесе, зеркало, при радиусе колеса ρ=1 м, должно вращаться с частотой:Periodic structures should be placed on a rotating wheel, Fig. 6. In order to obtain the required (for example, 150 m/s) linear speed of rotation of the mirrors located on the wheel, the mirror, with a wheel radius ρ = 1 m, must rotate with a frequency:
ω=v/ρ=150 радиан/с, f=ω/2π=22.8 Гц.ω=v/ρ=150 radians/s, f=ω/2π=22.8 Hz.
Зеркало, только часть из своего периода по времени способно производить ультрахолодные нейтроны. Это связано с тем, что зеркало при своем движении выходит из области падающего потока нейтронов.A mirror, only a part of its time period is capable of producing ultracold neutrons. This is due to the fact that the mirror moves out of the region of the incident neutron flux.
Оценим вероятность найти нейтроны в диапазоне скоростей 300 м/с<vn<306 м/с по формулеLet us estimate the probability of finding neutrons in the velocity range 300 m/s<v n <306 m/s using the formula
Член, стоящий перед интегралом мы уже вычисляли, он равен 10-13, величина экспоненты в данном случае равна 0.3, член 47πv3Δv в данном случае равен: 4*3*9*108*6*102=6.5*1012. В целом эта вероятность довольно-таки велика и равна: Р=0.2.We have already calculated the term in front of the integral, it is equal to 10 -13 , the value of the exponent in this case is 0.3, the term 47πv 3 Δv in this case is: 4*3*9*10 8 *6*10 2 =6.5*10 12 . In general, this probability is quite high and is equal to: Р=0.2.
Пусть по азимуту, на окружности у нас расположено 12 плоских зеркал, подвешенных шарнирно на кронштейне, Фиг. 7, каждое из которых отражает нейтроны так, что они становятся ультрахолодными в течение времени, пока их угол с вертикалью меньше θ<π/2. Площадь каждого зеркала пусть составляет 100 см2, в то время как площадь поперечного сечения нейтронного потока равна 1 м2. Тогда, отношение площади зеркала к площади нейтронного потока будет равно 10-2, в области нейтронного потока будет одновременно находиться 3 зеркала из 12, так что общий геометрический фактор G, будет равен:Let in azimuth, on a circle, we have 12 flat mirrors hinged on a bracket, Fig. 7, each of which reflects neutrons so that they become ultracold for a time while their angle with the vertical is less than θ<π/2. Let the area of each mirror be 100 cm 2 , while the cross-sectional area of the neutron flux is 1 m 2 . Then, the ratio of the area of the mirror to the area of the neutron flux will be equal to 10 -2 , in the region of the neutron flux there will be 3 mirrors out of 12 at the same time, so that the total geometric factor G will be equal to:
G=(l/4)*10-2=2.5*10-3.G \u003d (l / 4) * 10 -2 \u003d 2.5 * 10 -3 .
Общая же вероятность получить ультрахолодные нейтроны путем их отражения от движущегося зеркала равна Pt=0.2*2.5*10-3=5*10-4. Для полного использования отраженного потока нейтронов в случае плоских зеркал, диаметр входного окна ловушки должен быть меньше диаметра зеркал. В противном случае надо использовать фокусировку нейтронов на входном окне ловушки, то есть надо использовать изогнутые, параболические зеркала.The total probability of obtaining ultracold neutrons by their reflection from a moving mirror is P t =0.2*2.5*10 -3 =5*10 -4 . To make full use of the reflected neutron flux in the case of flat mirrors, the diameter of the entrance window of the trap must be smaller than the diameter of the mirrors. Otherwise, it is necessary to use the focusing of neutrons on the entrance window of the trap, that is, it is necessary to use curved, parabolic mirrors.
На Фиг. 8. показан возможный способ шарнирного крепления изогнутых дифракционных зеркал к кронштейну, закрепленному на спице колеса. В любой момент времени каждое из нескольких зеркал, фокусирует отраженные нейтроны на входную щель ловушки, предназначенной для накопления УХН. В случае, если реактор работает в импульсном режиме, входное окно ловушки должно открываться для падающих нейтронов только на этот промежуток времени.On FIG. 8. shows a possible way of hinged fastening of curved diffractive mirrors to a bracket fixed on a wheel spoke. At any time, each of several mirrors focuses the reflected neutrons onto the entrance slit of the trap, which is designed to accumulate UCN. If the reactor operates in a pulsed mode, the entrance window of the trap should be open for incident neutrons only for this period of time.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2787744C1 true RU2787744C1 (en) | 2023-01-12 |
Family
ID=
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU341091A1 (en) * | И. М. Матора Объединенный институт дерных исследований | ALL-UNION I! 1ДТ> &Ш64Е; Ш ^ пшМИЩ | ||
| US3914612A (en) * | 1974-08-26 | 1975-10-21 | Us Energy | Neutron source |
| SU548944A1 (en) * | 1974-11-01 | 1977-10-05 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Ultracold neutron accumulator |
| SU630647A1 (en) * | 1977-06-28 | 1978-10-30 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Method of storing ultracold neutrons |
| SU668010A1 (en) * | 1977-10-24 | 1979-06-15 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Ultracold neutron accumulator |
| SU1178243A1 (en) * | 1983-10-28 | 1986-11-23 | Ленинградский Институт Ядерной Физики Им.Б.П.Константинова | Device for producing cold and ultracold neutrons |
| RU2144709C1 (en) * | 1998-06-24 | 2000-01-20 | Петербургский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова РАН | Ultracold neutron production process |
| RU2160938C1 (en) * | 1999-03-15 | 2000-12-20 | Государственный научный центр РФ Институт теоретической и экспериментальной физики | Ultracold neutron generator |
| RU82919U1 (en) * | 2008-12-01 | 2009-05-10 | Апуховский Александр Иванович | DEVICE FOR STORING THERMAL NEUTRONS |
| RU101846U1 (en) * | 2010-07-20 | 2011-01-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | DEVICE FOR FORMING MONO-ENERGY NEUTRON BEAMS OF LOW ENERGIES |
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU341091A1 (en) * | И. М. Матора Объединенный институт дерных исследований | ALL-UNION I! 1ДТ> &Ш64Е; Ш ^ пшМИЩ | ||
| US3914612A (en) * | 1974-08-26 | 1975-10-21 | Us Energy | Neutron source |
| SU548944A1 (en) * | 1974-11-01 | 1977-10-05 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Ultracold neutron accumulator |
| SU630647A1 (en) * | 1977-06-28 | 1978-10-30 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Method of storing ultracold neutrons |
| SU668010A1 (en) * | 1977-10-24 | 1979-06-15 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Ultracold neutron accumulator |
| SU1178243A1 (en) * | 1983-10-28 | 1986-11-23 | Ленинградский Институт Ядерной Физики Им.Б.П.Константинова | Device for producing cold and ultracold neutrons |
| RU2144709C1 (en) * | 1998-06-24 | 2000-01-20 | Петербургский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова РАН | Ultracold neutron production process |
| RU2160938C1 (en) * | 1999-03-15 | 2000-12-20 | Государственный научный центр РФ Институт теоретической и экспериментальной физики | Ultracold neutron generator |
| RU82919U1 (en) * | 2008-12-01 | 2009-05-10 | Апуховский Александр Иванович | DEVICE FOR STORING THERMAL NEUTRONS |
| RU101846U1 (en) * | 2010-07-20 | 2011-01-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | DEVICE FOR FORMING MONO-ENERGY NEUTRON BEAMS OF LOW ENERGIES |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| А.В. Антонов и др. Письма в ЖЭТФ, т. 9, вып. 5, стр. 307, 1969 г. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bianco et al. | Photopolymer-based volume holographic optical elements: design and possible applications | |
| JP3472838B2 (en) | Wavelength-selective sunlight absorbing material and method for producing the same | |
| WO2009061502A1 (en) | Light concentrator structures and methods | |
| RU2787744C1 (en) | Device for producing cold and ultracold neutrons | |
| Naydenova et al. | Photopolymer holographic optical elements for application in solar energy concentrators | |
| CN103424870B (en) | Produce the device and method of column vector beam | |
| Bichotte et al. | High efficiency concentrated solar power plant receivers using periodic microstructured absorbing layers | |
| CN101789547B (en) | Radio telescope capable of realizing solar power generation | |
| Kiwan et al. | On analyzing the optical performance of solar central tower systems on hillsides using biomimetic spiral distribution | |
| Stauffer et al. | Broadband measurement of electron cyclotron emission in TFTR using a quasioptical light collection system and a polarizing Michelson interferometer | |
| Núnez Bootello et al. | Optical analysis of a two stage XX concentrator for parametric trough primary and tubular absorber with application in solar thermal energy trough power plants | |
| Gerasimov et al. | Vortex surface plasmon polaritons on a cylindrical waveguide: Generation, propagation, and diffraction | |
| Shulman et al. | Influence of large-scale perturbations in circumstellar disks on the linear polarization parameters of UX Ori stars | |
| RU2792202C1 (en) | Device for producing ultracold neutrons | |
| Hochedel et al. | Microstructuring technology for large and cylindrical receivers for Concentrated Solar Plants (CSP) | |
| Kisaka et al. | Constraints on pulsed emission model for repeating FRB 121102 | |
| Gordon | Simple string construction method for tailored edge-ray concentrators in maximum-flux solar energy collectors | |
| CN207676054U (en) | A kind of device detecting vortex light topological charge number based on axicon | |
| Srilakshmi et al. | A novel approach to determine the non-dimensional heliostat field boundary for solar tower plants | |
| Varadarajan et al. | Fabrication of two‐dimensional photonic quasi‐crystals with 18‐and 36‐fold by holography for solar application | |
| Madala et al. | Effect of reflection losses on stationary dielectric-filled nonimaging concentrators | |
| Zhan et al. | Influence of a microstructured surface on the infrared radiation characteristics of a spatial target | |
| Sofue | Molecular bow shock in the 3 kpc Norma Arm | |
| Borovik et al. | SOLAR activity research at the Baikal Astrophysical Observatory of ISTP SB RAS | |
| US6081643A (en) | Wave guides and material comprising wave guides and its application in screens |