Нейтроновод

Материал из Циклопедии
Версия от 23:26, 16 августа 2026; Serebr (обсуждение | вклад)
(разн.) ← Предыдущая версия | Текущая версия (разн.) | Следующая версия → (разн.)
Перейти к навигации Перейти к поиску

Нейтроновод — устройство для проведения из источников нейтронов пучков тепловых и холодных нейтронов на большие расстояния без значимых потерь интенсивности этих пучков.

Физические основы[править]

Нейтроновод компании SwissNeutronics

Идея создания нейтроновода появилась в 1963 году в работах немецких физиков Х. Майер-Лейбница и Т. Шпрингера. Проблемой при распространении пучков нейтронов было значительное ослабление их интенсивности от расстояния от источника:

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle I\thicksim \frac{1}{r^2}} ,

где Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle r}  — расстояние от источника нейтронов до точки наблюдения (измерения).

Необходимость создания нейтроноводов состоит в том, чтобы разнести на значительное удаление установки от реактора (источника нейтронов) и максимально снизить фон Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \gamma} -квантов и быстрых нейтронов.

Нейтроновод представляет собой изогнутый канал, расположенный в ограничивающей рассеяние пучков нейтронов вакуумированной оболочке (с уровнем вакуума до Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \thicksim 1} Па, или Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \thicksim 10^{-2}} Торр), длиной до 100 м. Радиус кривизны канала (нейтроновода) рассчитан таким образом, чтобы пучки нейтронов внутри канала испытывали полное внутреннее отражение от полированных стенок, двигаясь по дуге окружности радиуса Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle R} . Канал нейтроновода изготавливается из плоских пластин из полированного стекла, покрытого специальной плёнкой из никеля (Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{Ni}} ) или его изотопа Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{^{58}Ni}} для обеспечения критического угла полного внутреннего отражения Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \Theta_{cr}} . Потери интенсивности пучка нейтронов возникают из-за того, что внутренняя поверхность собрана из плоских пластин и их неизбежных дефектов, таких как рефлективность, волнистость, линейные смещения секций и др.

Коэффициент отражения пучков нейтронов от внутренних стенок канала нейтроновода составляет приблизительно Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \thicksim 0,99} притом, что коэффициент преломления Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle n} равен:

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle n=1-\frac{\lambda^2}{2\pi}Nb_{coh}} ,

где Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle N}  — атомная плотность вещества, а Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle b_{coh}}  — когерентная длина рассеяния вещества.

Потери интенсивности пучков могут составлять величину до 40 % от изначальной.

Характеристиками нейтроновода служат длина прямой видимости Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle L_v} (расстояние, на котором любой нейтрон испытывает хотя бы одно отражение от стенки канала), радиус кривизны канала Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle R} , а также ширина канала Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle d} , связанных между собой соотношением:

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle R=\frac{L^2_v}{8d}} .

При этом длину канала делают такой, чтобы выполнялось условие:

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle S_{ch}=1,25L_v} ,

необходимое для того, чтобы отфильтровать резонансные и быстрые нейтроны, для которых значение критического угла Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \Theta_{cr}} меньше, чем для тепловых и холодных нейтронов.

В современных нейтроноводах внутренние покрытия изготавливают многослойными для получения других значений эффективного критического угла Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \Theta_{cr}} , наподобие диэлектрических зеркал в лазерах. Число слоёв в покрытиях достигает нескольких сотен, материал — титан (Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{Ti}} ) и никель (Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{Ni}} ). Для этих веществ нейтронный контраст (произведение Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle Nb_{coh}} ) максимален. Однако, при использовании таких покрытий рост потерь на отражение увеличивается примерно на 10 %, и для компенсации этого эффекта используют нейтроноводы с фокусирующим каналом (т. н. баллистические нейтроноводы, бывают параболическими и эллиптическими), ширина которого изменяется вдоль горизонтальной оси. Впервые подобный нейтроновод запустили в Институте Лауэ-Ланжевена (Гренобль, Франция) в 2001 г.

При необходимости получения поляризованных пучков нейтронов на выходе из нейтроновода, стенки канала изготавливают из ферромагнитных материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью, и помещают канал в магнитное поле. Коэффициент поляризации в таких нейтроноводах равен Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \thicksim 98 \%} .

Изменяя критический угол отражения Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \Theta_{cr}} , можно получить на выходе из нейтроновода пучки т. н. ультрахолодных нейтронов[1].

Созданы конструкции многоканальных нейтроноводов, называемые бендерами[2][3].

Источники[править]

  1. ↑ Radulescu A., Ioffe A. Neutron guide system for small-angle neutron scattering instruments of the J¨ulich Centre for Neutron Science at the FRM-IIангл. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. — 2008. — том 586. — № 1. — С. 55—58.
  2. ↑ Konik P. I., Moskvin E. V. Ways of upgrading the neutron guide system of the PIK reactorангл. // Journal of Surface Investigation. — 2015. — том 9. — № 6. — С. 1121—1125.
  3. ↑ Konik P. I., Grigoriev S., Moskvin E. V. Neutron guide optimisation for monochromatic reflectometryангл. // Journal of Neutron Research. — 2015. — том 18. — № 4. — С. 117—126.

Литература[править]

  • Гуревич И. И., Тарасов Л. В. Физика нейтронов низких энергий // Инженерный журнал: наука и инновации. — 1965. — № 91. — С. 167—168.
  • Канторович Л. В. Математические методы в организации и планировании производства. — Л. : Изд-во ЛГУ, 1939.

Ссылки[править]

Рувики

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Нейтроновод», расположенная по адресу:

—https://ru.ruwiki.ru/wiki/Нейтроновод

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.

Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Нейтроновод&oldid=2719088