Дифракционная установка для измерения электрического дипольного момента (ЭДМ) нейтрона

Кристалл-дифракционный фокусирующий спектрометр по Кошуа (ГСК-2М)

  Дифракционная установка для измерения электрического дипольного момента (ЭДМ) нейтрона

Дифракционная установка для измерения электрического дипольного момента (ЭДМ) нейтрона представляет собой модульную установку, предназначенную для изучения возможности измерения электрического дипольного момента (ЭДМ) нейтрона дифракционным методом. Этот метод основан на новом, предсказанном и обнаруженном экспериментально явлении, которое состоит в том, что на нейтрон при динамической дифракции в нецентросимметричном кристалле могут воздействовать сильные электрические внутрикристаллические поля (~ 10⁹ В/см) в течение всего времени его нахождения внутри кристалла, что приводит к ряду наблюдаемых явлений.

Рис.1. Схема установке DEDM на горизонтальном канале реактора ВВР-М.

На макете установки, смонтированном на реакторе ВВР-М, было проведены первые измерения по изучению дифракционных и нейтронно-оптических эффектов при взаимодействии нейтрона с нецентросимметричным кристаллом. В частности:

1. Впервые проведено исследование динамической дифракции по Лауэ для кристалла толщиной в несколько см на прямом продифрагировавшем пучке при углах дифракции, близких к 90⁰. Экспериментально обнаружены новые явления подтверждающие предсказанную нами ранее возможность усиления эффекта от ЭДМ нейтрона при переходе к углам дифракции близким к 90⁰:
   
   
   • эффект существенной временной задержки нейтрона в кристалле при углах дифракции близких к 90⁰;

   Рис.2. Эффект удержания нейтрона в кристалле при больших углах дифракции (скорость нейтрона в кристалле 40 м/c при начальной скорости 800 м/c)

   • явление деполяризации нейтронного пучка при дифракции в нецентросимметричном кристалле за счет швингеровского взаимодействия магнитного момента движущегося нейтрона с сильным внутрикристаллическим электрическим полем. Из величины деполяризации непосредственно следует значение электрического поля, действующего на дифрагирующий нейтрон. Впервые получено экспериментальное подтверждение, что это поле сохраняет свою величину вплоть до угла Брэгга равного 87⁰.
2. Экспериментально продемонстрировано, что при дифракции по Лауэ величина Eτ, определяющая чувствительность метода к ЭДМ нейтрона, достигает значения Eτ ~ 0.2 · 10⁶ (В/см) · сек, что сопоставимо с соответствующей величиной для метода УХН.
3. Обнаружен эффект вращения спина при прохождении через нецентросимметричный кристалл за счет швингеровского взаимодействия магнитного момента движущегося нейтрона с внутрикристаллическим электрическим полем кристалла. Для кристалла α-кварца величина поворота спина имеет порядок ~ · 10^-4 рад/см.

Рис.3. Нейтронно-оптический эффект вращения спина нейтрона в нецентросимметричном кристалле кварца при движении в направлениях, далеких от условия Брэгга.

  Кристалл-дифракционный фокусирующий спектрометр по Кошуа (ГСК-2М)

Создание первого в стране кристалл-дифракционного фокусирующего спектрометра по Кошуа (ГСК-1) в 1956 году П.И. Лукирским и О.И. Сумбаевым (П.И. Лукирский (1894-1954), к сожалению, не увидел готового прибора) положило начало дифракционным исследованиям в ОНИ и применению дифракционных методов в физических исследованиях.

В 1961 г. для изучения гамма спектров в (n,γ)-реакциях был построен новый кристалл-дифракционный фокусирующий гамма-спектрометр ГСК-2М. Сейчас он, после нескольких модернизаций, имеет рекордное разрешение и не имеет себе равных в мире среди фокусирующих спектрометров.

Рис.4. Схема расположения кристалл-дифракционного гамма-спектрометра ГСК-2 на горизонтальном канале реактора ВВР-М.

Показано, что его можно использовать при решении проблемы трансмутации для исследования и контроля изотопного и элементного состава в процессе выжигания ядерных отходов путем прямого наблюдения активной зоны.

На реакторе ВВР-М наблюдены γ-линии, сопровождающими распад нуклидов ¹³⁸Cs и ⁹¹Sr получающимися в результате захвата нейтрона ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, с которыми связано более 90% радиоактивности отработанного топлива. Идентифицированы γ-линии распада ядра ⁹⁹Zr, которые из-за короткого времени жизни могут быть использованы как реперные, для определения динамики накопления и выжигания интересующих изотопов.

Рабочий диапазон:
40 - 1000 кэВ (возможно 20 - 1200 кэВ)

Энергетическое разрешение:
ΔE_γ (кэВ) = 8 · 10^-7 E_γ² (кэВ)/n, где n - порядок отражения (n = 1 - 5) (если E_γ = 100 кэВ, ΔE_γ = 8/n эВ).

Система отсчета углов:
интерферометр на высокочастотных голографических решетках (патент ПИЯФ) с длиной оптического пути (0.05 - 0.1 мм).

Угловая чувствительность:
0.02 угловой секунды.

Точность измерения энергии:
до 2 · 10^-6 (1/25 - 1/5 FWHM).

Светосила:
I_γ^min вплоть до 4 · 10^-5 γ/нейтрон.