1. ВВЕДЕНИЕ

Последнее время большое внимание на исследовательских пучковых реакторах уделяется источникам холодных и ультрахолодных нейтронов. Холодные нейтроны определяются как нейтроны, имеющие энергию Е = 5-1 мэВ и длину волны l = 4-15 Å, ультрахолодные - энергию Е < 1,8·10^-7 эВ, длину волны l > 670 Å. Ультрахолодные нейтроны (УХН) используются для изучения фундаментальных свойств самого нейтрона и являются чувствительным инструментом в исследованиях конденсированного состояния вещества. Увеличение интенсивности потоков УХН значительно расширяет возможности проводимых экспериментов. Достаточные потоки УХН могут быть получены при использовании высокопоточных реакторов, а также за счет развития технологии холодных источников.

Примером развития самих холодных источников является водородный источник на среднепоточном исследовательском реакторе ВВР-М в ПИЯФ. Объем источника составляет 1 л. Проведенные на нем эксперименты показали, что увеличение выхода УХН при прочих равных условиях может быть достигнуто за счет переохлаждения замедлителя. При использовании в качестве замедлителя жидкого водорода снижение его температуры с 22 К до 14 К увеличивает фактор выигрыша УХН с 42 до 54 раз. Переохлаждение жидкого дейтерия с 24 К до 18,7 К приводит к возрастанию фактора выигрыша для УХН с 29 до 61 раза. За единицу принят выход ультрахолодных нейтронов из газообразного замедлителя при Т = 285 К.

Реактор ПИК дополнительно к проектному холодному источнику может быть оснащен универсальным источником холодных и ультрахолодных нейтронов. Размещение источника в канале ГЭК4-4' позволит осуществлять вывод ультрахолодных нейтронов через нейтроновод в канале в одну сторону и холодных поляризованных нейтронов через поляризующий нейтроновод - в другую, что обеспечит проведение широкого спектра научных исследований.

Оценка тепловой нагрузки на криогенную систему от радиационного энерговыделения для водородного источника составляет 5,3 кВт, для дейтериевого - 5,7 кВт в случае изготовления канала реактора и самого источника из алюминия.

Для отвода тепла от источника выбран способ естественной циркуляции замедлителя (жидкий водород, жидкий дейтерий), что позволит иметь температуру замедлителя ниже температуры кипения в водородном источнике на 4 К, в дейтериевом - на 7 К. Это приведет к увеличению выхода ультрахолодных нейтронов, соответственно, на 14% и на 60% по отношению к выходу для замедлителя при температуре кипения. Интенсивность выхода холодных поляризованных нейтронов приводится на рис.1.

Рис.1. Интенсивность поляризованных
холодных нейтронов

2. РАСПОЛОЖЕНИЕ ИСТОЧНИКА НА РЕАКТОРЕ

Универсальный источник холодных и ультрахолодных нейтронов располагается в сквозном горизонтальном канале ГЭК4-4' тяжеловодного отражателя. Канал имеет внутренний диаметр 20 см, достаточный для размещения камеры с замедлителем. Размещение источника в сквозном канале позволит осуществить вывод ультрахолодных нейтронов через нейтроновод в канале в одну сторону и холодных поляризованных нейтронов через поляризующий нейтроновод - в другую. Центральная точка канала находится на расстоянии 48 см от центра активной зоны реактора. На этом расстоянии при мощности реактора 100 МВт поток тепловых нейтронов в отражателе составляет Ф_T = 1x10¹⁵ см^-2с^-1, поток быстрых нейтронов - Ф_s = 9x10¹² см^-2с^-1. Распределение нейтронных потоков в отражателе показано на рис.2.

Камеру с замедлителем предлагается разместить в средней части канала, при этом сам канал будет служить силовой вакуумной оболочкой источника. На концах канала устанавливаются двойные мембраны с контролем протечки для исключения намораживания воздуха на камере источника. Часть канала, не находящаяся в воде, окружается чехлом с инертной газовой средой. Общий вид источника показан на рис.3.