Устройство для получения ультрахолодных нейтронов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН Ш 4 Н 05 Н 1/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ НИЯ нейтроноводы, электромагниты для создания стационарного магнитного поля,на участках замедления нейтроноводов,нарастающего на входе в указанныйучасток и спадающего на выходе иэнего, и резонансные петли для создания осциллирующего поля, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения эффективности, указанныеэлектромагниты выполнены в виде источников монотонно изменяющегося повеличине между входной и выходнойчастями упомянутых участков замедления магнитного поля. 83(088. 8)(56) Егоров А.И., Лобашев В.М.Ядерная физика, т.19, вып,2, с.300-310.Дробнин Г.М., Житников Р.А, ЖЭТФ, т.38, вып.3, 1960, с.1013-1014, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАХОЛОДНИХ НЕЙТРОНОВ, содержащее519064 40 ЗНЕсли --ВХейтрона вс проекци1будет т2 О, например,магнитное поле,й спина вдоль входе ейтро и о Б мозиться и м приме 50 итуация будет он при орится) й же я) и ег изменит с Изобретение относится к экспериментальной нейтронной физике и может быть использовано в исследованиях, требующих пучки ультрахолодных нейтронов (УХН). 5Известны устройства, в которых УХН извлекаютиз замедлителя, окружающего источник нейтронов, например, ядерный реактор.Однако в силу большого сечения поглощения УХН конструкционными материалами эффективность их извлечения 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.25Нейтрон с магнитным моментом с, находящийся в магнитном поле Й, имеет потенциальную энергию У=-(Й)= =2 и(БЬ)Н, где Б - спин нейтрона; Ь - единичный вектор вдоль Й. Здесь учтено, что Б и й антипараллельны. Сила, действующая на нейтрон в данной точке поля, равна Р= -цгада =-2 и.(БЬ)дгас 1 Н. Выберем для определенности направление вектора ягайН вдоль скорости нейтрона.Ч и обозначим эту ось Х. Тогда сила Р действу-,ВН ет вдоль оси Х и равна Р=+р --дХ 1а нейтрон с Б = -- будет2 ЗН ускоряться. При( О, на на выходе из поля, с обратной.Таким образом, если нейт входе в поле замедлится (ус то на выходе из него он в т степени ускорится (замедлит энергия в конечном счете не 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 Ч на 180 О. 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 равнаЗг Н 2 г 1 Р (г) = -- -здп - (ы -ю)" + - Н е(Ю -и+Н 20 У 1 где ы - частота осциллирующего поля; ы - ларморовская частота;- гиромагнитное отношение нейтрона; г=е/Ч - время нахождения нейтрона со скоростью Ч в области действия осциллирующего поля длиной 1. При точном резонансе ы,= ю и .. 1 Р =зп - НС=зп - у Н- . Условием для Р(С)=1 является уН, =7. ТакЧ как Н и 1 должны быть фиксированы для определенного Ч, то для других скоростей условие полного переворота спина нарушается,Таким образом, в процессе замедления участвуют нейтроны, имеющие скорости в узком интервале вблизи некоторого значения Ч.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 5190ходной частями упомянутых участковзамедления магнитного поля.На чертеже изображено устройстводля получения ультрахолодных нейтронов,5Оно содержит шиммы 1, полюса электромагнита 2 и резонансную петлю 3.Монотонное изменение магнитногополя по величине между входной и выходной частями участков замедления 10достигнуто с помощью съемных шимм 1,наложенных на полюса .электромагнита2. Приемлемыми являются и любые другие способы получения магнитного поля с монотонно изменяющейся поперек 15основного его направления величиной,например, применение дополнительныхобмоток и т.д.Работает устройство следующим образом. 20Если на вход участка замедленияпоступают нейтроны, то значительнобольшая их часть, чем в известномустройстве, замедлившись во входнойчасти участка замедления, будет замедляться и в выходной части, Наличие изменения величины Н в центральной части участка замедления обеспе-.чит условие переворота спинов всехнейтронов ео скоростями ниже определенной.Действительно, пусть нейтрон летит вдоль оси Х в магнитном поле сградиентом Н,/е Х. Приложим на пути нейтрона перпендикулярное величине Н осциллирующее магнитное полеН с частотой ы, Если теперь перейти во вращающуюся с частотой д систему координат, то получим эффектив+ ф -ф м ь 40ное поле Не =(Н, -- -)К + Н, гдеу-вК и- единичные векторы вдоль НЬ ои Н . Так как Но зависит от Х, то вкакой-то точке поля выполняется раЬ) Ф 45венство Н = - и Ь =Н и при дальо, Ненейшем изменении координаты Х поле:.Иензменяет направление на протИвоположное. Если величина Но изменяется достаточно медленно, то спин нейтрона будет следить за Й, и тем са 644мым относительно лабораторной системы испытывает поворот.Условие адиабатичности есть.ЧИН /Их (Н,Если эта условие выполнить длянекоторой максимальной скоростито оно автоматически будет выполняться и для нейтронов с меньшими скоростями, тем самым обеспечивается переворот спинов замедляющихся нейтроновнезависимо от их скорости,Интервал скоростей нейтронов,участвующих в замедлении, при этомсильно расширится, что приведет кувеличению числа ультрахолодных нейтронов и тем самым эффективность установки увеличится.Увеличение эффективности установки следующее.В первом электромагните нейтроныс начальной энергией в интервале отЭгр ЭгрЕ до Е + 2 рН замедляются догрэнергии в интервале от Е -2 рН доЭргр ОЗгрЕ . После второго электромагнита вУХН переходят нейтроны с начальнойэнергией от Е р +2 и Н до Е; р +4 рНи т.д. После й-участка в УХЙ переходят нейтроны с начальной энергией,отЕгр +2(п 1)аН до Егр +2 прНр..Кратность увеличения 11 в числеУХН с помощью этого устройства посравнению с устройством - прототипом ЭЗгр ГрЕ р +2 яр Ко Егр +2 с НЕс 1 Е Ес 7 ЕЕЭфр 2( .) Кг + ф 6 оЭгрЕ гр + КС,= г 1КфПри п=1 имеет =1. При и1 и достаточно больших Н, 20-30 кЭ) хорошим приближением является следующееивыражение- - . Например, для 50электромагнитов получаем 25-кратноеувеличение эффективности устройства.