Семинары

23 января в ЛНФ состоялся общелабораторный семинар, на котором с докладом "Отражение очень холодных нейтронов от мелкодисперсного алмаза и первые результаты по хранению нейтронов в бутылках из такого вещества" выступил В.В.НЕСВИЖЕВСКИЙ (Институт Лауэ-Ланжевена (ИЛЛ), Гренобль).

В своем выступлении докладчик свел вместе несколько связанных методологически и тематически работ, выполненных им и коллегами из ЛНФ и других институтов в разное время. Открывая семинар, заместитель директора лаборатории В.Н.Швецов оценил полученные результаты как чрезвычайно обнадеживающие и перспективные.

Ультрахолодные нейтроны (УХН) были основной темой исследований В.В.Несвижевского в ПИЯФ, где он работал до отъезда в ИЛЛ в 1995 году. Эти исследования продолжились и в Гренобле. Вот что рассказал об этом сам докладчик после семинара:

В ЛНФ давно занимались исследованиями УХН, проблемой хранения их в ловушках. Я начинал работать вместе с А.В.Стрелковым, В.Н.Швецовым, В.П.Алфименковым. От УХН наши исследования перешли к очень холодным нейтронам (ОХН), и недавно нашей группой был получен очень хороший результат. Это не только некоторое продвижение в фундаментальной области исследований, он имеет и прикладное значение: во-первых, появился уникальный способ исследовать динамику наночастиц на поверхности вещества. Для этих исследований есть и установки, и люди, готовые заниматься этим направлением, так что все это, несомненно, будет развиваться, и получит прямой выход в производство. Во-вторых, мы создали отражатели нейтронов в очень широком диапазоне энергий, которых раньше не было. В-третьих, возможность хранения ОХН в ловушках теперь позволяет проводить с ними эксперименты.

Всеми этими тремя направлениями будут заниматься, по крайней мере, в Европейском центре нанотехнологий в Гренобле. Это крупный центр, в котором работает до 10 тысяч человек, с хорошим финансированием, и там занимаются всем спектром задач - от фундаментальных исследований до производства. И к нашим работам они уже успели проявить интерес.

Почему я решил провести этот семинар в ЛНФ? Ну, а где же еще? Здесь лучшие специалисты по нейтронам и по УХН, это лучший нейтронный центр.

Объяснил суть проведенных экспериментов, а также рассказал их предысторию ведущий научный сотрудник ЛНФ А.В.СТРЕЛКОВ:

Название очень холодные нейтроны предложил И.М.Франк, выступая на школе по нейтронной физике в Алуште в 1974 году. Тогда всем оно показалось курьезным, но, тем не менее, прижилось. Условно, ОХН ограничиваются диапазоном скоростей от 5-10 м/сек до 200-250 м/сек. Впервые выделить ОХН из общего потока нейтронов от реактора и начать исследования с ними сумели физики Мюнхенского технического университета в 1962 году. Трудность работы с ОХН состоит в том, что их доля в потоке нейтронов от реактора составляет всего 1-2 процента, что существенно ограничивает точность экспериментов с ними. Оказалось, что ОХН обладают свойством хорошо "видеть" не отдельные группы атомов, а целые их скопления в виде конгломератов или флуктуаций плотности в веществе, поскольку размер (длина волны) ОХН становится соизмерим с размерами таких флуктуаций. Этот эффект в 1970 году впервые наблюдал А.Штайерл (ФРГ). Он также заметил, что сильное рассеяние ОХН на флуктуациях плотности в веществе в значительной мере увеличивает отражение ОХН от такого вещества. Это свойство ОХН отражаться от вещества В.В.Несвижевский предложил использовать для создания высокоинтенсивного источника УХН на реакторе ИЛЛ. Он предложил использовать для эффективного замедления нейтронов до энергий УХН идею известного свинцового куба, реализованного Ф.Л.Шапиро в ФИАН в 1950-х годах как спектрометра по времени замедления. Нейтроны, сталкиваясь с ядрами свинца, отдавали часть своей энергии и постепенно замедлялись. В роли ядер свинца в замедлителе УХН используются очень маленькие (~5 нанометров) кристаллики дейтерия, находящиеся во взвешенном состоянии в сверхтекучем гелии при температуре ниже 0,1 К. Такой гель из кристалликов дейтерия был впервые получен в Институте физики твердого тела (Черноголовка) профессором Л.М.Межовым-Деглиным. Нейтроны, многократно сталкиваясь с практически покоящимися кристалликами дейтерия, постепенно замедляются до энергий УХН, однако, если только они не вылетают за границы такого замедлителя. А для того, чтобы они не вылетали из объема замедлителя, необходим экран-отражатель из мелкодисперсного вещества, который будет возвращать еще не замедлившиеся до скоростей УХН нейтроны в замедлитель.

В.В.Несвижевский совместно с группой физиков из ЛНФ ОИЯИ исследовал в ИЛЛ отражающие ОХН свойства мелкодисперсного углерода в виде наноалмазного порошка (размер такого кристаллика алмаза составляет ~50 нанометров). В проделанных экспериментах наблюдалось сильное рассеяние ОХН на геле из дейтериевых крупинок, находящихся в сверхтекучем гелии, и очень эффективное отражение от слоев алмазного нанопорошка. Первое обстоятельство указало на возможность реализации замедлителя нейтронов до энергии УХН, а второе - на возможность функционирования отражателя ОХН, необходимого элемента для такого рода замедлителя.

Эффективность многократного отражения ОХН от поверхности из нанопорошка удобно исследовать, запирая ОХН в ловушку со стенками из такого порошка. Заперев нейтроны в такой ловушке-бутылке, измеряя их время жизни в ней и зная скорости этих нейтронов, можно определить количество столкновений, которые испытывают ОХН за время удержания их в бутылке. Для удобства измерения такая ловушка должна быть размером примерно полметра, что потребовало большое количество порошка наноалмаза (около 15 кг), которое удалось получить из ВНИИТФ в Снежинске, где он производился и где сохранился запас этого материала еще с советских времен.

Не сразу, но придумали, как сделать ловушку со стенками из нанопорошка: из тонкой алюминиевой фольги свернули трубки, которые расположили по боковой поверхности ловушки, засыпали их порошком, на дно ловушки порошок из наноалмазов просто насыпали, а верхняя крышка представляла собой тонкую фольгу, на которую был насыпан порошок (см. фото). Пучок ОХН входил в ловушку через маленькое отверстие в боковой стенке и, рассеявшись на противоположной, многократно отражался от внутренних стенок, хаотичным образом заполняя ловушку. Наличие нейтронов в ловушке регистрировал нейтронный детектор, расположенный у отверстия в ее верхней крышке. При резком прерывании входного пучка нейтронов детектор фиксировал блуждающие в ловушке нейтроны еще некоторое время, которое и показало на наличие многократных ударов ОХН о стенки ловушки.

Проведенные эксперименты полностью подтвердили все параметры, теоретически предсказанные В.А.Артемьевым (Институт технологии материалов, Москва), и независимо - расчетами французских физиков в Гренобле.

Ольга ТАРАНТИНА