Экспериментальный комплекс для исследования ядерной прецессии нейтронов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

РГБ 0/1

3-94-458

На правах рукописи

ЦУЛАЯ Мурман Иванович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЯДЕРНОЙ ПРЕЦЕССИИ НЕЙТРОНОВ

Специальность: 01.04.16 — физика ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна 1994

Работа выполнена в Институте физики Академии наук Грузии

Официальные оппоненты:

Член-корреспондент РАН,

доктор физико-математических наук,

профессор

Ю.Г.АБОВ

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник

В.И.ЛУЩИКОВ

Ведущее предприятие: Российский научный центр Институт теоретической и экспериментальной физики

на заседании специализированного совета Д 047.01.05 при Лаборатории нейтронной физики и Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований, г.Дубна Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ.

Защита диссертации состоится

Автореферат разослан " /У 199/г.

Ученый секретарь специализированного совета

Ю.В.Таран

1 Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Обнаружение ядерной прецессии нейтронов привело к появлению новой области исследований - нейтронной оптики поляризованных сред. В своей фундаментальной работе [1] В.Г.Барышевский и М.И.Подгорецкий рассмотрели прохождение поляризованных тепловых нейтронов через поляризованную ядерную мишень и показали, что из-за взаимодействия нейтронов с ядрами спиновое состояние прошедшего поляризованного пучка может изменяться на несколько порядков сильнее чем спиновое состояние рассеянных нейтронов.

В этой же работе авторы предложили три типа экспериментов, позволяющих обнаружить ядерную прецессию нейтронов. Два из них -псевдомагнитный резонанс нейтронов [2] и поворот спина нейтронов при прохождении через поляризованную мишень [3,4], были осуществлены группой Абрагама (Сакле, Франция) и Форте (Испра, Италия).

Эксперимент по наблюдению сдвига резонанса, вызванного эффективным магнитным полем (по терминологии авторов [1] - парамагнитный резонанс нейтронов первого рода), еще не осуществлен. Для проведения исследования Лдерной прецессии нейтронов в Институте физики Академии Наук Грузии была создана соответствующая экс-зериментальная база.

Актуальность таких экспериментов заключается в том, что помимо )бнаружения явления ядерной прецессии они позволяют определить:

а) разность амплитуд рассеяния нейтрона на ядре для параллельного /+ и антипараллельного состояния спинов нейтрона и ядра.

б) времена спин-решеточной релаксации Т\.

в) пространственную неоднородность поляризации внутри поляризованной ядерной мишени.

г) температуру образцов поляризованных ядер.

Цель работы состояла в создании экспериментальной базы для исследования ядерной прецессии нейтронов. Для этого было необходимо создание:

1. Установки монохроматических поляризованных нейтронов.

2. Установки поляризованной ядерной мишени.

3. Устройства для наблюдения эффекта ядерной прецессии нейтронов.

Новизна работы. Созданы установки поляризованных тепловых монохроматических нейтронов и поляризованной ядерной мишени. Последняя позволяет поляризовать ядра как методом "грубой силы" так и динамической накачкой. Предложены и испытаны несколько методов определения поляризации Еейтронов; предложен, создан и испытан сверхпроводящий нейтронный спин-флиппер; предложен метод получения пучков нейтронов, поляризация которых отличается от единицы на величину ~ Ю-3; созданы и испытаны ферромагнитные резонаторы нейтронов - сплошной и раздельный.

Научная и практическая ценность работы. Предложенные и испытанные методы определения поляризации могут быть использованы в экспериментах с поляризованными нейтронами. Простой в изготовлении сверхпроводящий нейтронный спин-флиппер может найти широкое применение в экспериментах, проводимых при гелиевых температурах. Осуществление предложенного метода поляризации нейтронов может позволить получить пучок поляризованных нейтронох с поляризацией близкой к абсолютной (Р — 1 ~ Ю-3). Ферромагнитные резонаторы нейтронов могут быть использованы в исследования? с поляризованными нейтронами.

Апробация работы и публикации. Результаты, представленные I диссертации докладывались на XI, XIII, XV Всесоюзных совещания? по координации научно-исследовательских работ с использование?, исследовательских ядерных реакторов (Ташкенг-1980 г., Томск-198^ г., Обнинск-1988 г.), на научной конференции Отделения ядер ной физики АН СССР (Москва-1988 г.), на международном рабо чем совещании по дифракции поляризованных нейтронов (Варшава-

1974 г.), на семинаре Института физики Ягелонского университета (Краков-1974 г.), на международной конференции по использованию поляризованных нейтронов в исследованиях конденсированных сред (Заборово, Польша-1979 г.), на семинаре Института ядерных исследовании ПНР (Варшава, Сверк-1980 г.), на рабочем совещании по поляризованным ядерным мишеням (Гатчина-1988 г.), на международном рабочем совещании по нейтронным исследованиям и применениям (Будапешг-1994 г.), а также на заседаниях Ученого совета и научных конференциях Института физики АН Грузии.

Основное содержание диссертации опубликовано б одиннадцати работах, список которых приведен в конце автореферата.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы. Работа содержит 186 страпиц, 41 рисунок, 11 таблиц и список цитируемой литературы из 75 наименований.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Создание установки поляризованных нейтронов.

2. Создание установки поляризованных ядер, создание и испытание образцов протонпых мишеней из гидридов титана и циркония.

3. Результаты экспериментального исследования предложенных методов определения поляризации нейтронов (три метода).

4. Результаты экспериментального исследования предложенного сверхпроводящего спин - флиппера.

5. Предложение метода получения поляризованного пучка нейтронов с поляризацией близкой к абсолютной (Р — 1 ~ 10~3).

6. Результаты экспериментального исследования ферромагнитных резонаторов нейтронов.

2 Содержание работы

Во введении отмечено, что появление фундаментальной работы "Ядерная прецессия нейтронов" [1], стало началом возникновения новой области исследований - нейтронной оптики поляризованных сред. Указаны эксперименты, доказавшие реальность ядерной прецессии нейтронов, а также эксперименты по систематическому количественному измерению эффекта для разных ядер. Сформулирована основная цель работы.

В первой главе изложены теоретические основы явления ядерной прецессии нейтронов. Следуя работе [1] показано, что зависимость показателя преломления нейтронной волны от взаимной ориентации спинов нейтрона и ядра обусловливает поворот спина нейтронов вокруг направления поляризации мишени. Частота возникшей прецессии зависит от спина ядра I, количества ядер N и разности амплитуд рассеяния нейтрона на этом ядре /+ и соответствующих параллельным и антипараллельным состояниям спинов нейтрона и ядра:

4ггЛГй I

" = — й+т^-"' (1)

где ш„ - масса нейтрона, Н - постоянная Планка.

По аналогии с магнитным полем, ядерное поле, вызывающее прецессию спинов нейтронов, принято называть эффективным магнитным полем [1] или псевдомагнитным полем [2]. Величина эффективного магнитного поля

Не!Г = —Ри, (2)

7п

где 7„ - гиромагнитное отношение для нейтрона, Рм - степень поляризации ядер. Для полностью поляризованных протонов жидкого водорода Нек « 26 кЭ. Соответственно, толщина такой мишени, на которой произойдет полный поворот спина нейтрона Л _ 2тге = 2 8? ^ 10_з ш

где V -скорость нейтрона. Все расчеты проведены для тепловых нейтронов с энергией Е = 0.025эВ (и = 2.87 х 103м/сек).

Подробно рассмотрен парамагнитный резонанс первого рода, при прохождении нейтронов через поляризованную ядерную мишень. Показано, что если в поляризованной ядерной мишени создать переменное магнитное поле, вращающееся вокруг направления поляризации, то, по аналогии с обычным парамагнитным резонансом, возникнут переходы между энергетическими уровнями нейтрона при частоте вращающегося поля и, равной частоте ядерной прецессии нейтронов. В постоянном магнитном поле введение поляризованной ядерной мишени приводит к сдвигу резонансной частоты из-за алгебраического сложения эффективного магнитного поля Неа с постоянным магнитным полем Н.

Вторая глава посвящена описанию современного состояния проблемы ядерной прецессии нейтронов. Подробно описан эксперимент группы Абрагама по псевдомагнитному резонансу нейтронов [2], впервые доказавший реальность псевдомагнитного поля. В этом эксперименте для переворота спинов нейтронов, проходящих через поляризованную ядерную мишень, вместо радиочастотного поля большой мощности (которое вызвало бы нагрев поляризованной ядерной мишени и тем самым разрушение ее поляризации) было использовано вращающееся псевдомагнитное поле.

Рассмотрен эксперимент Форте [4] по определению угла поворота спина нейтронов, обусловленного псевдомагнитным полем, также продемонстрировавший существование эффекта ядерной прецессии нейтронов.

Описаны эксперименты по количественному определению угла поворота вектора нейтронной поляризации Р [3,5], осуществленные в Сакле (Франция) группой Абрагама с использованием двухкатушеч-ного метода Рамзея.

В этой же главе приведен результат моделирования на ЭВМ эксперимента по сдвигу парамагнитного резонанса нейтронов (Рис.1). Расчеты были проведены для случая сплошного ферромагнитного резонатора нейтронов при значении эффективного поля Н& = 300Э. (принцип действия и устройство резонатора приведены на стр.15-17).

Рис.1. Сдвиг парамагнитного резонанса нейтронов, вызванный эффективным магнитным полем Нек. Кец - эффективность резонатора нейтронов.

В третьей главе описывается конструкция установки поляризованных тепловых нейтронов, созданной в Институте физики АН Грузии совместно с Институтом ядерных исследовании (Сверк, Польша). Общая схема установки дана на Рис.2. Пучок тепловых нейтронов поляризуется методом брэгговского отражения от монокристалла Соо.92 — ^ео.оз- В качестве анализатора использован такой же монокристалл. Основные параметры установки даны в Таблице 1.

Предназначенная для исследований ядерной прецессии нейтронов установка поляризованных монохроматических нейтронов может быть успешно использована для экспериментов как в области ядерной физики так и физики твердого тела.

В этой же главе описаны методы определения поляризации нейтронов. При измерении степени поляризации методом шима [6], исследуемый пучок пропускают черезгнамагниченную ферромагнитную пластинку - шим и определяют шимовое отношение Д, равное отношению счета нейтронов без шима к счету нейтронов с шимом. Для

точного измерения поляризации необходима полная деполяризация пучка в шиме, что предпологаег использование достаточно толстых шпмов, но при этом увеличивается поглощение нейтронов.

Рис.2. Принципиальная схема установки поляризованных нейтронов.

1 - коллиматор Соллера; 2 - магнит-поляризатор с кристаллом Со-Ге; 3 - ведущие магнитные поля; 4 - неподвижная биологическая защита; 5 -подвижная биологическая защита; б

- радиочастотный спин - флиппер; 7 - спин-флиппер Мезея; 8 - криостат; 9 - гониометр; 10 - магнит-анализатор с монокристаллом Со-Ге; 11 - детектор нейтронов; 12 - монитор; 13

- защита детектора; 14 - база спектрометра; 15 - база образца; 16 - база детектора.

Таблица 1. Основные параметры установки поляризованных нейтронов.

Длина волны нейтронов Примеси нейтронов второго порядка Поляризация нейтронов первого порядка Эффективность переворота радиочастотного флиппера Эффективность переворота флиппера Мезея Поляризатор: Со-Ге Анализатор: Со-Ге

Намагничивающее поле на поляризаторе Намагничивающее поле на анализаторе Ведущие магнитные поля

0,111нм 0,032 ±0,001 0,993 ±0,007

0,996 ±0,005 0,992 ±0,005 3 х 34 х З4мм3 3 х 35 х 53мм3 0, 35Т 0,195Т

0, 0042 — 0,0065Т

Для характеристики отклонения шима от идеальности (от полной деполяризации пучка) нами была введена величина Д и показано, что при Д ф 0, ранее используемое выражение для определения поляризации пучка нейтронов Р1Р2 = AR — 1 [6], следует заменить соотношением

где

Р\ и Рч - поляризующие способности поляризатора и анализатора соответственно,

А - коэффициент поглощения в яшме, N(¡ - счет нейтронов без шима и без флиппера, Ni - счет нейтронов с шимом и без флиппера, N2,- счет нейтронов с шимом и с флиппером. Экспериментальная проверка этого метода показала, что точность определения поляризации не хуже 1%, причем нет необходимости использования толстых шимов.

В методе определения поляризации нейтронов с использованием двух преобразователей поляризации преобразователями могут быть

два флиппера, два шима или флиппер и шим, расположенные между поляризатором и анализатором. В целях единообразия записи характеристик преобразователей поляризации нейтронов, флиппер также будем характеризовать величиной А. Качество флиппера обычно характеризуется параметром /Г, равным вероятности изменения исходного направления спина нейтронов па противоположное. Величину А можно связать с К соотношением К = 0,5 — Д. Тогда для идеального флиппера (К = 1) справедливо А = —0.5 и отличие А от —0.5 характеризует отклонение флиппера от идеальности. Введем параметры Ах и Д2, характеризующие качество каждого из преобразователей. Тогда используя уравнения (3) и (4) легко можно получить:

и ту л 7711,2 + Ш1 -ь ш2 - 2Ш1ГП2 - 1

-г1-Г2 = 1--, (о;

"11,2 — ГП\т2

2А! = (6)

1 - ш2

2Д2=^, (7)

1 — т\

где тп1 = М/АхЛ^о, т2 = ЛГ2/4гАГо, ™1,2 = N1,2/^1,2Д),

N0 - счет нейтронов без преобразователей,

N1 - счет нейтронов с одним преобразователем,

N2 - счет нейтронов со вторым преобразователем,

N12 - счет нейтронов с двумя преобразователями,

Ах, А2 - коэффициенты поглощения нейтронов в первом и втором

преобразователе соответственно,

^1,2 ~ коэффициент поглощения нейтронов в двух преобразователях одновременно.

При использовании этого метода нет необходимости применять преобразователи, близкие к идеальным, достаточно чтобы они не были очень плохими. Существенно также, что в результате измерений определяется не только произведение Р1Р2, но и параметры Ах и Д2, т.е. может быть получена точная информация о качестве флиппера, свободная от каких-либо исходных теоретических оценок. Заметим также, что в экспериментах по измерению деполяризации нейтронного пучка на образце, сам исследуемый образец может быть исполь-

зован в качестве преобразователя. Экспериментальная проверка показала работоспособность предложенного метода. Точность определения поляризации пучка и параметров преобразователей < 1%.

В описанном в третьей главе сверхпроводящем спин-флиппере используется метод неадиабатического пролета нейтрона через область с разными направлениями магнитных полей. Условие неадиабатич-ности [6] заключается в создании области резкого изменения направления магнитного поля, когда частота Ларморовской прецессии нейтронов Ш1, намного меньше угловой скорости изменения направления магнитного поля и. В предложенном нами сверхпроводящем спин-флиппере это достигается применением сверхпроводника I рода, который становится идеальным диамагнетиком ниже температуры критического перехода Тс. При этом магнитное поле проникает только во внутрь поверхностного слоя металла на малую глубину А, которая, например, для свинца ~ 5 х 10-6см. Расположение сверхпроводящего свинцового экрана перпендикулярно оси поляризованного пучка нейтронов обеспечивает выполнение условия^адиабатнчности < и и нейтрон, проходя через него, сохранит первоначальное направление спина. Если после экрана направление магнитного поля II составляет некоторый угол с направлением спина нейтрона, то спип прецессирует вокруг этого поля Н с частотой и, и на расстоянии I повернется на угол <р = 7пН£/ь, где V - скорость нейтрона.

Принципиальная схема сверхпроводящего спин-флиппера дана на Рис.3. Пучок поляризованных нейтронов после флиппера Мезея 1 (он нужен для испытания сверхпроводящего спин-флиппера) проходит через свинцовый стакан 2, сохранив направление своего спина. На расстояние I между днищами свинцовых стаканов 2 и 3 спин нейтрона, прецессируя в постоянном магнитном поле Н, созданном сверхпроводящим магнитным диполем 4, повернется на угол <р. Сохранив в стакане 3 такое направление спина, нейтрон доходит до анализатора 5. Анализатор пропускает нейтроны со спинами, параллельными направлению его намагничивания, по этому счет на детекторе б, в зависимости от угла кр будет меняться по закону (1 —сов^)/2. Так как расстояние между днищами стаканов зафиксировано, счет на детекторе будет меняться с изменением Н.

Рис.3 Сверхпроводящий нейтронный спин-флиппер: а - принципиальная схема, б - сверхпроводящий стакан.

НОе

Рис.4 Зависимость А"слг от величины магнитного поля Н.

Рис.4 демонстрирует работу спин-флиппера. Максимальная эффективность переворота флиппера Кец = 0,9663 ± 0,0033. Постепенное уменьшение Кец- после второй гармоники связывается с неидеальной монохроматичностью пучка.

Эта глава завершается рассмотрением вопроса о поляризации нейтронов на намагниченных кристаллах. Было показано, что зависимость полной интенсивности 3 отраженного пучка от величины

намагниченности испытывает "излом" при достижении полной поляризации, когда ядерная /„ и магнитная /т амплитуды рассеяния совпадают. Это явление может быть использовано для получения пучков поляризованных нейтронов с поляризацией близкой к абсолютной

(Р- 1 ~ ю-3).

У намагниченного парамагнитного кристалла когерентная амплитуда рассеяния / = /„ + /т. Магнитная амплитуда /т пропорциональна намагниченности и для нейтронов, поляризованных по (|) и против (|) магнитного поля амплитуды /т отличаются знаком. Поэтому интенсивности отраженных пучков в состояниях (|) и (|) оказываются разными:

^Т = <*|/п + /т|, J^ = <*|/п - /т|. (8)

Здесь а - постоянная, не зависящая от /. Если первичный пучок, падающий на кристалл, не поляризован, то отраженный будет иметь поляризацию

р - * ~ ^ = 1/" + /т! - 1/п - /т! /дч

^ + |/П + /т|+|/п-/тГ ^

В то время как ядерная амплитуда является фиксированной для тепловых нейтронов, магнитная амплитуда зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Если при насыщении |/т| > |/„|, го в принципе можно подобрать магнитное поле Н так, чтобы было выполнено точное равенство |/т| = |/„|. Тогда Р = 1, т.е. отраженный пучок будет полностью поляризованным. Для возможно более точного выполнения равенства |/т| = |/„| требуется найти способ позволяющий изменять /то и найти экспериментальный критерий, позволяющий контролировать степень близости /„ и /т.

Предположим для определенности, что обе величины /„ и /т положительные. Тогда из (8) следует, что

J = ^ + Jl=z 2а/„, при /„ > /т и 3 = 2а/т, при /п < /т

Следовательно, при /„ > /т полная интенсивность / не зависит от /т, т.е. не меняется с возрастанием напряженности магнитного поля

Н. Однако начиная с некоторого значения /„ = fm, дальнейшее увеличение Н приводит к росту 3. Иными словами, имеется разрыв производной дЗ /дН, приводящей к излому в зависимости 3 от Н в точке /п = /т- Отсюда вытекает искомый экспериментально наблюдаемый критерий, выполнение которого в рассматриваемых идеальных условиях гарантирует равенство /„ = /т и полную поляризацию отраженных нейтронов. Легко убедиться, что полученный результат не связан с выбранными выше знаками /„ и /т. Разрыв в точке /„ = ¡т остается при любых знаках этих амплитуд.

Рассмотрены также факторы, понижающие поляризацию нейтронов: конечная толщина кристалла и поглощение. Метод пригоден не только для парамагнитного монокристалла но и для намагниченных ферромагнитных монокристаллов, часто используемых для получения поляризованных пучков высокой степени поляризации [б].

Четвертая глава посвящена поляризованной ядерной мишени -установке поляризованных ядер й подбору материала для поляризованной протонной мишени. Установка поляризованной ядерной мишени (Рис.5) базируется на криостате растворения 3Не в 4Не со сверхпроводящим соленоидом. Она позволяет поляризовать ядра как методом "грубой силы" так п динамической накачкой. Система низкотемпературных теплообменников ступени растворения рефрижератора состоит из последовательно соединенных непрерывных теплообменников и спеченных из порошка меди дискретных теплообменников. Ванна растворения расположена непосредственно в рабочем эбъеме сверхпроводящего соленоида в подвешенном состоянии и для исключения теплового контакта с корпусом соленоида использованы графитовые иголки. Охлаждение образца производится в ванне растворения. Благодаря сильфону, выставленные на пути нейтронов вытеснители, с двух сторон плотно прижимаются к ферромагнитному эезонатору нейтронов с образцом и тем самым потеря интенсивности тейтронов из-за поглощения в 3Не существенно уменьшается. Минимальная температура в ванне растворения Т = 24 тК при скорости щркуляции 1.07 х 10_3моль/сек.

1 - верхний фланец; 2 - вакуумный кожух; 3 - центральная

труба откачки; 4 - азотный объем; 5,7 - тепловые экраны; 6,8 -

гелиевые объемы; 9 - вакуумный кожух узла растворения; 10 -игольчатый вентиль; 11 - сверхпроводящий соленоид; 12 - уровнемер; 36,43 - вакуумные агрегаты; 37 - азотная ловушка; 38 - масляный фильтр; 39 - сосуд смеси 3Не —4 Не] 40 - угольная

ловушка; 42 - сосуд 3Не; 44 - герметичный насос.

Сверхпроводящий соленоид с корректирующими катушками намотан из сверхпроводящего кабеля марки СНТЭ-2, диаметром 0.51 мм. Рабочий диаметр соленоида 36 мм. Однородность магнитного поля в сфере диаметром 14 мм в центре соленоида: АН/Н = 2.4 X 10~5. Параметры соленоида: критический ток I = 92,75 А, постоянная К = 622,8 Э/А.

Материал для поляризованной ядерной мишени подбирался исходя пз следующих требовании:

1. Высокая плотность протонов.

2. Твердое агрегатное состояние.

3. Удобное спин-решеточное время релаксации.

Наш выбор остановился на гидридах титана ТгНч и циркония ггН2. С помощью прессовки под давлением 2 х 106г/см2 были получены пластинки ТШъ диаметром 14 мм и толщиной 0,2 мм. Удельный вес пластинок 3.32г/см3. 27 таких одинаковых пластинок, размещенных между фольгами пермалоя, создают постоянный шаг ферромагнитного резонатора. Одновременно они являются образцами поляризованной протонной мишени. Экспериментальная* оценка времени спин-решеточной релаксации ТгНч дает: при 0,4 К - Т\ та ЗОмин. и при 40тК Тх « 2часа.

В пятой главе представлены результаты исследования ферромагнитных резонаторов нейтронов. Как было предсказано Корниловым [7], а затем Драбкиным [8] и реально осуществлено группой Драб-кина [9,10], нейтрон, преходя через пространственно-периодическое импульсное магнитное поле и перпендикулярное к нему постоянное поле, при определенных значениях скорости нейтрона и шага пространственно-периодического поля, переворачивает, свой спин. Если пространственно-периодическое магнитное поле создается намагниченными до насыщения пленками ферромагнетика, то такой резонатор спинов нейтронов называют ферромагнитным. Теория такого резонатора была создана группой Драбкина [11], но в пей не учтено влияние разрешающей способности дифрактометра. Учитывая этот фактор, мы получили для эффективности переворота

сплошного ферромагнитного резонатора нейтронов

где

©п и ©д - Брэгговские углы для поляризатора и анализатора соответственно, V - скорость нейтрона, а коэффициенты А\\ и А\ч определяются мозаичностыо обоих кристаллов и степенью коллимации пучка.

Рис.6. Конструкция ферромагнитного резонатора нейтронов. 1 - заслонки; 2 - корпус; 3 - пластинки из нержавеющей стали; 4- алюминиевые прокладки; 5 - фольги пермаллоя; 6 - фиксирующие болты.

В отличие от [10] в нашей конструкции (Рис.б) секции резонатора (одну секцию резонатора формируют фольга пермалоя, толщиной 6 = 1,5мкм и алюминиевая прокладка толщиной А = 0,2мм)

набираются между двумя пластинками из нержавеющей стали и помещаются в латунном корпусе. Пластинки 3 предотвращают деформацию секции во время сжатия внутри корпуса при сборке резонатора. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов по

ПА)

Рис.7. Зависимость сплошного резонатора от тока в сверхпроводящем соленоиде при числе секций N=14 и N=27. Сплошная линия - расчет, кружки - результаты эксперимента.

На рисунке 7 представлена зависимость эффективности переворота спина в сплошном резонаторе в зависимости от тока в сверхпроводящем соленоиде. Видно, что совпадение экспериментальных результатов с расчетом хорошее. Слабое смещение положений максимумов двух резонаторов мы объясняем небольшими различиями (примерно на 1%) толщин отдельных секций.

Kcff 0.9

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4

10 15 20 25 К

Рис.8. Зависимость К^ сплошного резонатора от количества секций. Сплошная линия - расчет, кружки - результаты эксперимента.

В эксперименте проверялась зависимость максимальной эффективности резонатора от числа секций N (Рис.8). Согласие между экспериментальными и теоретическими значениями хорошее.

В планируемых экспериментах по парамагнитному резонансу нейтронов алюминиевые прокладки будут заменены пластинками из прессованного порошка гидрида титана. Сравнивая резонансные кривые, полученные с поляризованными ядрами и без поляризации, можно буцет определить эффект ядерной прецессии нейтронов.

В этой же главе описан раздельный ферромагнитный резонатор нейтронов. Это система двух отдельных одинаковых сцлошных резонаторов, разделенных воздушным зазором, куда может быть помещен образец. Эффективность переворота такого резонатора

Ksr = 4 Sin2 0eff Sm2(Weffi/4)X x [cos(weffi/4) cos(ugT/2) - cos ©eff sin(weff*/4) sin(wffT/2)]2 (11)

где

Qeff - эффективный угол нейтронной прецессии, состоящий из двух независимых вращений вектора нейтронной поляризации - сначала в пермаллоевой фольге, а затем в пространстве, заполненном алюминиевой прокладкой,

'■■■'■■■_._L

- эффективная Ларморовская частота в резонаторе, I - время нахождения нейтронов в резонаторе при нулевом зазоре, Т - время нахождения нейтрона в воздушном зазоре разделенного резонатора,

ид - Ларморовская частота прецессия нейтрона в зазоре.

Рис.9. Зависимость Кец раздельного резонатора от тока в сверхпроводящем соленоиде. Сплошная линия - расчет, кружки - результаты экспериментов. Пунктирная линия - расчет при наличии эффективного поля в зазоре резонатора.

Рис.9 показывает сравнение экспериментальных результатов с теоретическими расчетами для разделенного резонатора. Каждый отдельный резонатор состоит из 14 секции, зазор между резонаторами 1 мм. Резонансы в разделенном резонаторе появляются на двух значениях ведущего магнитного поля (тока в сверхпроводящем соленоиде). Пунктирная кривая показывает расчетную форму, соответствующую появлению в зазоре добавочного поля 300 Э (имитация эффективного магнитного поля).

В заключении перечислены основные результаты диссертационной работы и сформулированы возможные практические применения:

1. Разработана и создана установка монохроматических поляризованных тепловых нейтронов с использованием брэгговского метода отражения от монокристаллов Со-Ее.

2. Предложены и испытаны методы определения поляризации нейтронов (три метода) а также параметров преобразователей спинов нейтронов.

3. Создан и испытан сверхпроводящий нейтронный спин-флиппер.

4. Предложен метод, позволяющий получить пучок нейтронов, поляризация которого отличается от единицы на величину ~ 10~3.

5. Создана установка поляризованной ядерной мишени, базирующаяся на криостате растворения 3Не —4 Не с сверхпроводящим соленоидом, позволяющая поляризовать ядра как методом "грубой силы", так и динамической накачкой. Подобран материал для поляризованной протонной мишени, изготовлены образцы, определены их параметры.

6. Созданы и испытаны ферромагнитные резонаторы нейтронов-сплошной и раздельный; определены параметры резонаторов; проведено моделирование на компьютере экспериментов по сдвигу парамагнитного резонанса нейтронов в поляризованной протонной мишени.

Установки поляризованных нейтронов и поляризованной ядерной мишени могут быть использованы в исследованиях в области ядерной физики и физики конденсированных сред. Результаты, изложенные в пункте 2 могут быть использованы для определения степени поляризации нейтронов и параметров преобразователей спинов. Простой в изготовлении нейтронный спин-флиппер может найти широкое применение в экспериментах, проводимых при гелиевых температурах. Предложенный метод поляризации нейтронов позволяет получить пучок с поляризацией, отличной от абсолютной НЗ. Й 10-3 .

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Tsulaya M.I., Gabelya M.S., Djamaspishvili С.I., Blinowski К., Dobrzyn'ski L., Chelmicki L. Polarized neutron set-up for exsper-imental studi of the neutron nuclear precession// Nucl. Instr. Meth..— 1981 — 185.— P. 497-504.

2. Л.С. 1017087 СССР, МЛл3 G 01 T 1/32. Способ измерения поляризации нейтронов/ М.И.Цулая, М.И.Подгорецкий// Бюллетень изобретепия. 1994, N 22.

3. Цулая М.И., Габелия М.С., Джамаспшшшли С.И. О точности измерения степени поляризации нейтронов// ПТЭ.— 1987.— 1..— С.ЗЗ-Зб.

4. А. С. 1394944 СССР, МКл G 01 Т 1/32 G 01 Т 3/00. Способ измерения поляризации нейтронов/ М.И.Цулая, М.С.Габелия, С.И.Джамаспишвили// Бюллетень изобретения. 1994, N 22.

5. Цулая М.И., Габелия М.С., Джамаспишвшш С.И. Измерение поляризации нейтронов// ПТЭ.— 1991.— 1.— С.69-72.

6. А.С. 1358640 СССР, МКл4 G 21К 11/093. Способ адиабатического поворота спина нейтронов/ М.И.Цулая// Бюллетень изобретения. 1994. N 22.

7. А.С. 1519385 СССР МКл G 01 Т 1/30. Сверхпроводящий нейтронный спин-флиппер/ М.И.Цулая, М.С.Габелия М.С., С.И.Джамаспишвили// Бюллетень изобретения 1994. N 22.

8. А.С. 1412480 СССР. МКИ G 01 Т 1/32,3/00. Способ получения поляризованного пучка нейтронов/ В.К.Игнатович, М.И.Подгорецкий, М.И.Цулая// Открытия. Изобретения. 1990. N 46.

9. Игнатович В.К., Подгорецкий М.И., Цулая М.И. К вопросу о поляризации нейтронов при дифракции на намагниченных кристаллах// ЯФ.— 1991.— 53 1 — С.41-50.

10. Chelmicki L., Dobrzyn'ski L., Tsulaya M.I. Theory of neutron resonators// Nucleonika.— 53.— 25. 6.— P. 879-888.

11. Цулая М.И. Габелия M.C., Джамасиишвили С.И. Сверхпроводящий преобразователь направления спина нейтронов// ПТЭ.— 1994 — 4 — С. 7-12.

Цитируемая литература

1. Барышевскпй В.Г., Подгорецкий М.И. Ядерная прецессия нейтронов// ЖЭТФ.— 1964.— 47. 3(9). С. 1050-1054.

2. Abragam A., Bacchella G.L., Glattli Н., Meriel P., Piesvaux J., Pinot M. Resonance nucleaire "pseudo-magnetique" du neutron induite par un champ nucleaire de radio frequence// C.R. Acad. Sci., Paris.— 1972.— Ser. В 274.— 423.

3. Abragam A., Bacchella G.L., Glattli H., Meriel P., Pinot M., Piesvaux J. Pseudomagnetic moments of lH and 51 V measured by a new method// Phys. Rev. Lett..— 1973.— v. 31. 12,— P.776-779.

4. Forte M. Neutron spin precession in polarized nuclear target// Nuovo Cimento — 1973.— v. 18A. 4.— P.726-736.

5. Roubau P., Abragam A., Bacchella G.L., Glattli H., Malinovski A., Meriel P., Pinot M. Spin-dependent scattering length of slow neutrons with atomic nuclei// Phys. Rev. Lett.— 1974.— v. 33. 2.— P. 102-104.

6. Абов Ю.Г., Гулько А.Д., Крупчицкий П.А. Поляризованные медленные ней- троны - М.: Атомиздат, 1966.

7. Корнилов С .Г. Поляризационный метод измерения скорости частиц, обладающих собственным магнитным моментом// ЖЭТФ,— 1956.—т. 31. 3(9).— С. 512-513.

8. Драбкин Г.М. Анализ энергетического спектра поляризованных нейтронов с помощью магнитного поля // ЖЭТФ.— 1962 —т. 43. 3,—С. 1107-1108.

9. Драбкин Г.М., Трунов В.А., Рунов В.В. Анализ спектра поляризованных нейтронов с помощью постоянных магнитных полей// ЖЭТФ — 1968.— г. 54. 2,— С. 362-366.

10. Драбкин Г.М., Трунов В.А., Дмитриев Р.П. Прохождение поляризованных нейтронов через ферромагнитные пленки// ЖТФ .— 1970,— т. 40. 6.— С. 1317- 1319.

11 . Драбкин Г.М., Рубань В.А., Сбитнев В.И.Резонансный переворот вектора поляризации нейтронов в пространственно периодических магнитных полях// ЖТФ.— 1972.— т. 42. 5.— С. 1076-1083.

Рукопись поступила в издательский отдел 29 ноября 1994 года.