Уникальный накопитель холодных нейтронов разрабатывают дубненские ученые

Накопитель холодных нейтронов повысит плотность потока нейтронов до 200 раз

Ученые Лаборатории нейтронной физики им. И. М. ФранкаОбъединенного института ядерных исследований занимаются разработкой уникального изобретения – накопителя холодных нейтронов, который позволит повысить плотность потока нейтронов на выходе из реактора до 200 раз. Нейтроны, как известно, трудно уловимы и легко поглощаются окружающим веществом. Создание своеобразной «ловушки» для них повысит эффективность решения фундаментальных задач физики микромира и космологии, а также ускорит проведение материаловедческих измерений магнитных гетероструктур.

Сейчас в ОИЯИ началось создание нового импульсного реактора НЕПТУН (ИБР-3). Его плотность потока нейтронов будет превышать в 10 раз плотность на существующем реакторе ИБР-2, что мотивировало ученых решить задачу существенного повышения плотности нейтронов за счет создания накопителя.

Он пояснил, что точность измерения времени жизни нейтрона в накопителе может быть увеличена в несколько раз, а достижимое измеримое значение вероятности процесса перехода нейтрона в зеркальный нейтрон уменьшено на два порядка.

Работы по рассмотрению возможности создания накопителя нейтронов для НЕПТУН в ЛНФ ОИЯИ были начаты в 2021 году по предложению член-корреспондента РАН Виктора Аксенова.

Он сравнил количество нейтронов, удерживаемых при использовании накопителя, с 2000-мегаваттным источником нейтронов непрерывного действия, тогда как сейчас мощность существующих источников не превышает 100 МВт.

Идея создать накопитель для удержания нейтронов впервые появилась около 60 лет назад: в 1962 году была опубликована статья выдающегося физика В. В. Владимирского о магнитном кольцевом накопителе нейтронов. В этой статье впервые было показана возможность создания тороидального (кольцевого) накопителя нейтронов. Тогда идея не получила практического воплощения, и до настоящего времени накопителей холодных нейтронов в мире все еще не создано. Позднее в советские годы различные исследователи пробовали создать различные накопители для ультрахолодных нейтронов (УХН), в том числе ловушки не кольцевой формы, однако малая энергия УХН и, соответственно, плотность потока оказалась недостаточной для практической реализации некоторых задач. Первые же идеи о создании накопителя холодных нейтронов зародились у автора нынешнего изобретения в 1978 году – тогда разработка также не дошла до практической реализации на пучке реактора.

В новом изобретении, в отличие от идеи Владимирского, предлагается создать накопитель с материальными стенками. Владимирский рассматривал магнитный накопитель, где стенками для удержания нейтронов является магнитное поле. Это принципиально другой накопитель, в котором могут накапливаться только поляризованные нейтроны, что не позволяет его использовать при изучении таких явлений, как преобразование нейтронов в антинейтрон или зеркальный нейтрон. В настоящем же изобретении удерживать нейтроны будет материальная стенка, что не подразумевает под собой подобных ограничений. Накопитель включает в себя два замедлителя нейтронов, нейтроноводный канал прямоугольного сечения, а также затвор.

Стенки нейтроноводного канала будут состоять из материала, хорошо отражающего нейтроны. Пока этот материал окончательно не определен. В качестве вариантов рассматриваются стекло или медь, а на поверхность стенок будет нанесено техническое фторсодержащее масло, которое, охлаждаясь, образует однородную пленку, что также дополнительно уменьшит поглощение нейтронов стенками накопителя.

В дальнейшем планируется сделать из стекла и меди модель накопителя, которая будет испытана на пучках реактора ИБР-2. В ходе реализации проекта в него будут внесены необходимые коррективы: какого типа затвор и замедлитель будут использоваться на входе в накопитель. Однако сама схема накопителя принципиально останется такой, как в изобретении.

В команду занятых задачей создания накопителя нейтронов входят молодые физики: кандидат наук Владимир Жакетов и аспирант МГУ Евгений Колупаев. 10 июня 2022 года Объединенным институтом ядерных исследований был получен патент на изобретение № 2772969 «Накопитель холодных нейтронов».