1. Источники ультрахолодных нейтронов (ухн)

1.1 Источники ухн на стационарном реакторе ввр-к

Один из первых источников УХН был создан в Казахстанском Институте ядерной физики (КИЯФ). Исследовательский реактор ВВР-К, находящийся в данном институте, обладает рядом благоприятных особенностей не только для проведения методических и научных исследований, но и для получения УХН. В частности, сквозной касательный к активной зоне реактора канал сравнительно большого диаметра (192 мм), который позволял за счет увеличения рабочей площади конвертера и детектора УХН повысить эффективность источника [5]. Впервые здесь УХН были получены и зарегистрированы в июле 1971 года. Идея источника состояла в обеспечении максимально эффективного вывода из реактора ультрахолодных нейтронов, всегда имеющихся в тепловом спектре нейтронов. Имелась установка по получению УХН на радиальном канале (Рисунок 1).

Рисунок 1 Схема экспериментальной установки на радиальном канале № I реактора ВВР-К [6, 181 с.]: 1 – активная зона; 2, 3, 4 – соответственно, водяная, чугунная бетонная защита реактора; 5 – горизонтальный радиальный канал; 6 – начальный участок нейтроновода; 7 – гидридциркониевый конвертор; 8 – трубки водяного охлаждения конвертора; 9 – защитная пробка; 10 – дополнительная защита; 11 – поворот нейтроновода под углом 30°; 17 – детектор УХН.

Установка, состояла из сквозного касательного канала диаметром 193 мм, в который была вставлена алюминиевая труба наружным диаметром 187 мм с толщиной стенки 3 мм. С одной стороны трубы в центр канала помещался корпус конвертера – источника УХН диаметром 175 мм, к которому по трубкам подводился жидкий азот. С другой стороны в алюминиевую трубу до середины канала вставлялись медные цилиндры диаметром 175 мм. Затем к этой трубе на фланцах последовательно присоединялись медные участки нейтроновода. УХН от конвертера транспортировались по нейтроноводу к детекторной системе. Импульсы от детекторов подавались через усилители и дискриминаторы на пересчетные схемы или на многоканальный анализатор импульсов AI-100. B центре канала поток тепловых нейтронов был равен . Тогда для алюминиевого конвертера при 400° К поток УХН вблизи конвертера был равен всего лишь .

1.2 Источник ухн на реакторе ill (Гренобль)

Описание источника было позаимствовано из Справочника по установкам в Институте Лауэ-Ланжевена – «The ILL Yellow Book» [7]. Высокая интенсивность УХН/ОХН на экспериментальной установке обусловлена сочетанием нескольких конструктивных особенностей, которые делают этот источник самым мощным во всем мире. Пучок очень холодных нейтронов извлекается из вертикального холодного источника ИЛЛ оптимизированной нейтроноводной системой, которая опускается в жидкий дейтерий. УХН производятся «извне» с помощью так называемой нейтронной турбины Штейерла.

Более подробно источник состоит из прямого вертикального нейтроновода, нижний конец которого опускается в вертикально расположенный сосуд с жидким дейтерием в качестве холодного источника нейтронов. Верхняя часть представляет собой изогнутый нейтроновод длиной 12,8 м и радиусом кривизны 13 м. Нейтронные зеркала – это высококачественные никелевые поверхности. В сосуд с турбиной пучок разбивается на две половины: одна половина обходит турбинное колесо и поставляет пучок ОХН, а другая половина преобразуется в интенсивный пучок УХН под действием нейтронной турбины (Рисунок 2).

Нейтронная турбина состоит из диска диаметром 1700 мм. На его периферии установлены 690 цилиндрических лопастей (высота 160 мм, дуга 158 градусов с радиусом кривизны 65 мм). Отражающие поверхности снова являются высококачественными поверхностями из никеля. Скорость удаления этих поверхностей примерно 25 м/с (при 250 об/мин). В системе координат, связанной с лопастью, скорость нейтрона равна 25 м/с и направлена в ту же сторону. После десяти последовательных отражений нейтрон, сохранив абсолютное значение скорости, полетит в той же системе координат против движения лопасти, то есть сделается в ЛСК ультрахолодным.

Сосуд с турбиной имеет 5 выходных окошек: одно для ОХН и четыре для УХН.

Рисунок 2 Турбинный источник УХН на реакторе ILL [8, 995 с.].

Пучок ОХН имеет высоту 7 см и ширину 3,4 см. Спектр изменяется в зависимости от высоты в пучке при v <40 м / с, но при v> 40 м/с довольно однороден. 4 пучка UCN имеют поперечное сечение: 4*4, 7*7, 10*10 и 14*10 см². Полная плотность потока равна 2,6 · 10⁴ см^-2 с^-1 при v_z <6,2 м/с (3,3 · 10⁴ при v_z <7 м/с) [6]. Это соответствует плотности УХН, равной 40 УХН/см³. Необходимо отметить, что все экспериментальное оборудование УХН должно быть размещено в вакуумных контейнерах для уменьшения потерь УХН; для использования ОХН, это не является абсолютной необходимостью.