НАЗНАЧЕНИЕ ПРИБОРА
Прибор предназначен для проведения исследований различных физических процессов при разных энергиях медленных поляризованных нейтронов. В области фундаментальной ядерной физики эта установка может быть использована для исследования эффектов нарушения пространственной четности в различных нейтронных реакциях и для поисков и исследований эффектов Т-неинвариантности. Обычно для решения подобных задач используются импульсные нейтронные источники на базе мощных ускорителей заряженных частиц, позволяющие по методу времени пролета выполнять одновременно измерения в широком диапазоне энергий. Однако при достаточно низких энергиях нейтронов (до нескольких эВ) определенные преимущества имеют мощные ядерные реакторы с монохроматорами нейтронов. Такие нейтроны могут быть получены как от специальных источников "горячих" нейтронов (мощный реактор ИЛЛ, Франция), так и непосредственно из зоны реактора (реактор ВВР-М, ПИЯФ РАН). Второй способ, как показало прямое сравнение нейтронных потоков (при пересчете на одинаковую мощность), оказывается более предпочтителен.
ПРИНЦИП РАБОТЫ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Работа кристалл-дифракционных монохроматоров основана на свойстве кристаллических структур когерентно отражать лишь нейтроны с определенной длиной волны, удовлетворяющей условию Брэгга. Монохроматор становится поляризующим, если использовать в качестве отражающего ферромагнитный кристалл, намагниченный до насыщения.
В настоящее время в качестве ферромагнитных кристаллов для кристалл-дифракционных поляризующих монохроматоров часто используются кристаллы сплава Гейслера MnAlCu2 или кристаллы сплава кобальта с железом Co0,92Fe0,08.
В случае сплава Гейслера насыщение намагниченности в зазоре между полюсами электромагнита наступает при магнитной индукции в кристалле » 4,2·103 Гс. При этом в отсутствие кристалла поле в зазоре составляет » 130 Э. С этим кристаллом во время проводившихся на реакторе ВВР-М работ наблюдалась величина поляризации, равная » 90%, для нейтронов, отраженных в первом порядке и » 35% - во втором. Достигаемый коэффициент поляризации в первом порядке зависит как от качества используемого кристалла, так и от корректности стыковки ведущих магнитных полей.
Отношение потоков нейтронов второго и первого порядков отражения I2/I1 в зависимости от энергии представлено на рис.1.
Довольно сложный ход кривой связан с наличием в спектре пучка двух основных компонентов: спектра Максвелла и "спектра замедления", пропорционального Е-1. Имеется и некоторая переходная область. Выше энергии » 0,4 эВ остается практически только спектр Е-1. Здесь плотность потока нейтронов, захватываемых в отраженный кристаллом пучок, пропорциональна Е-1/2, что демонстрируется на рис.2.
Интенсивность потока нейтронов (светлые кружки) и она же, умноженная на Е1/2 (темные кружки), отсчитываются по левой шкале. Видно, что вторая кривая, начиная от Е = 0,3 эВ, идет практически на одном уровне » 1,6x104 эВ-1см2с.
Рис. 1. |
Рис. 2. |
Энергетическая разрешающая способность монохроматора для малых углов q, когда можно ориентировочно считать, что sinq » q, пропорциональна Е3/2. Для поляризующего монохроматора реактора ВВР-М энергетическое разрешение оказалось равным D1/2(E) » 0,36Е3/2. Вообще говоря, разрешающая способность прибора зависит также и от расположения мишеней и детекторов.
На ГЭК-1 предполагается разместить две экспериментальные установки: кристалл-дифракционный поляризующий монохроматор (КДПМ) и четырехроторный времяпролетный монохроматор (ВПМ). Рабочее положение может занимать только одна из двух установок, в то время как вторая продолжает оставаться в экспериментальном зале, но находится в резерве. При необходимости замена установок потребует, как ожидается, не более недели.
На рис.3 схематически изображены основные крупные детали обеих установок. Кристалл-дифракционный поляризующий монохроматор показан в рабочем состоянии на пучке со стрелой, отклоненной на максимальный угол » 30°. Времяпролетный монохроматор изображен в состоянии хранения.
