Накопитель холодных нейтронов повысит плотность потока нейтронов до 200 раз
Ученые Лаборатории нейтронной физики им. И. М. Франка ОИЯИ занимаются разработкой уникального изобретения – накопителя холодных нейтронов, который позволит повысить плотность потока нейтронов на выходе из реактора до 200 раз. Нейтроны, как известно, трудно уловимы и легко поглощаются окружающим веществом. Создание своеобразной «ловушки» для них повысит эффективность решения фундаментальных задач физики микромира и космологии, а также ускорит проведение материаловедческих измерений магнитных гетероструктур.
Сейчас в ОИЯИ началось создание нового импульсного реактора НЕПТУН (ИБР-3). Его плотность потока нейтронов будет превышать в 10 раз плотность на существующем реакторе ИБР-2, что мотивировало ученых решить задачу существенного повышения плотности нейтронов за счет создания накопителя. «Увеличение плотности нейтронов и времени существования нейтронов в силовом поле гравитационной, ядерной, электромагнитной или другой природы позволяет решать фундаментальные задачи физики элементарных частиц и космологии. К ним относятся время жизни нейтрона по отношению к бета-распаду и время перехода нейтрона в так называемый зеркальный нейтрон. Предполагается, что зеркальный нейтрон и другие зеркальные элементарные частицы могут относиться к темной материи, над разгадкой природы которой сейчас работают ученые», — прокомментировал значимость нового изобретения его автор Юрий Никитенко. Он пояснил, что точность измерения времени жизни нейтрона в накопителе может быть увеличена в несколько раз, а достижимое измеримое значение вероятности процесса перехода нейтрона в зеркальный нейтрон уменьшено на два порядка.
В новом изобретении, в отличие от идеи Владимирского, предлагается создать накопитель с материальными стенками. Владимирский рассматривал магнитный накопитель, где стенками для удержания нейтронов является магнитное поле. Это принципиально другой накопитель, в котором могут накапливаться только поляризованные нейтроны, что не позволяет его использовать при изучении таких явлений, как преобразование нейтронов в антинейтрон или зеркальный нейтрон. В настоящем же изобретении удерживать нейтроны будет материальная стенка, что не подразумевает под собой подобных ограничений. Накопитель включает в себя два замедлителя нейтронов, нейтроноводный канал прямоугольного сечения, а также затвор. Стенки нейтроноводного канала будут состоять из материала, хорошо отражающего нейтроны. Пока этот материал окончательно не определен. В качестве вариантов рассматриваются стекло или медь, а на поверхность стенок будет нанесено техническое фторсодержащее масло, которое, охлаждаясь, образует однородную пленку, что также дополнительно уменьшит поглощение нейтронов стенками накопителя.
В дальнейшем планируется сделать из стекла и меди модель накопителя, которая будет испытана на пучках реактора ИБР-2. В ходе реализации проекта в него будут внесены необходимые коррективы: какого типа затвор и замедлитель будут использоваться на входе в накопитель. Однако сама схема накопителя принципиально останется такой, как в изобретении.
В команду занятых задачей создания накопителя нейтронов входят молодые физики: кандидат наук Владимир Жакетов и аспирант МГУ Евгений Колупаев. 10 июня 2022 года Объединенным институтом ядерных исследований был получен патент на изобретение № 2772969 «Накопитель холодных нейтронов»/
Фото: сайт ОИЯИ