Целью данного проекта является измерение периода полураспада нейтрона при хранении ультрахолодных нейтронов (УХН) в магнитных ловушках из постоянных магнитов.
В последние годы имеется большой прогресс при проведении прецизионных экспериментов по измерению периода полураспада нейтрона. В основном он достигнут благодаря применению метода хранения УХН в ловушках. Основное ограничение точности всех этих экспериментов связано с наличием аномальных потерь УХН в стенках, возникающих при отражении нейтронов. Исследованию природы аномальных потерь посвящено большое количество работ, как в России, так и за рубежом. Тем не менее, провести учет потерь с необходимой для измерения периода полураспада нейтрона точностью (на уровне 10-3) чрезвычайно трудно. В настоящем проекте предлагается исключить аномальные потери нейтронов в стенках за счет хранения УХН в магнитных ловушках. Сама идея хранения УХН в магнитных ловушках впервые была высказана В.В.Владимирским [1] еще на заре открытия УХН, а в настоящее время широко используется в атомной физике. Магнитная ловушка должна представлять собой магнитную систему, в которой магнитное поле нарастает от центра во всех направлениях. При движении в градиенте магнитного поля на нейтрон, спин которого ориентирован противоположно направлению магнитного поля, действует сила, направленная в сторону убывания поля. Магнитный барьер величиной 1 Т отражает нейтроны, имеющие скорость 3,4 м/с. Стандартная ловушка типа Иоффе-Притчарда [2], широко используемая в атомной физике, представляет собой магнитный квадруполь (или секступоль), который создает отражающий барьер в радиальном направлении, и два соленоида на концах квадруполя, создающие отражающие градиенты на оси квадруполя вблизи его торцов.
На основе современных постоянных магнитов в НИИ "Домен" в России разработаны мультипольные магнитные системы, позволяющие создавать магнитную стенку с полем около 1Т вблизи поверхности магнита, причем поле спадает на расстоянии порядка 1 см от стенки до сотен эрстед. Такое быстрое падение поля практически вдвое увеличивает эффективный объем хранения нейтронов по сравнению с ловушкой квадрупольного типа, в которой поле спадает линейно по радиусу.
Общий вид разработанной ловушки показан на рис.1, а на рис. 2 изображены поперечное сечение ее четверти и распределение магнитного поля.
 | Рис.
1. Общий вид ловушки. 1 - нейтроновод, 2 - запирающий соленоид, 3 - магнитопровод, 4 - FeCo, 5 - постоянный магнит. |
Ловушка представляет собой вертикальный сосуд с почти квадратной апертурой полости для хранения УХН. Напуск и выпуск нейтронов осуществляется через отверстие в нижней части сосуда. Магнитное поле в области напуска создается запирающим соленоидом. Для исключения нулевых значений магнитного поля в объеме ловушки поле соленоида замыкается отдельным внешним магнитопроводом через верхнюю часть ловушки и ее внутреннюю полость. При этом во всем объеме ловушки появляется вертикальная компонента магнитного поля. И поскольку магнитное поле стенок замыкается в горизонтальной плоскости, то таким образом исключается возможность появления нулей магнитного поля.
 | Рис. 2. Четверть поперечного сечения ловушки с распределением магнитного поля. |
Вся конструкция целиком размещается в вакууме. Объем ловушки около 20 л. При плотности нейтронов 5 см-3 это позволяет напускать до 105 нейтронов. Наличие управляемого магнитного барьера, перекрывающего вход, позволяет хорошо очистить спектр хранящихся УХН от надбарьерных нейтронов. А изменением тока в соленоиде можно менять граничную энергию хранящихся нейтронов, что чрезвычайно важно при поиске возможных систематических эффектов.
Существенным плюсом является также то, что использование постоянных магнитов сводит к минимуму потребление электроэнергии.
В заключение необходимо подчеркнуть, что подобная ловушка позволяет изучать также явление малого нагрева УХН, поскольку в ней имеется возможность дифференциального измерения спектра УХН путем плавного изменения высоты барьера при уменьшении тока в выпускном соленоиде.
Литература
[1]
В.В.Владимирский, ЖЭТФ, 39, вып.4 (1960)1062.
[2] T.H.Bergeman,
P.McNicholl, J.Kycia, H.Metcalf, N.L.Balazs, J.Opt.Soc.Am., B 6 2 (1989)249.