Источник ультрахолодных нейтронов с замедлителем из твёрдого дейтерия

Захаров, Аркадий Анатольевич

Источник ультрахолодных нейтронов с замедлителем из твёрдого дейтерия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Захаров, Аркадий Анатольевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Гатчина МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.01 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Источник ультрахолодных нейтронов с замедлителем из твёрдого дейтерия»

Автореферат диссертации на тему "Источник ультрахолодных нейтронов с замедлителем из твёрдого дейтерия"

804607247

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им. Б.П. КОНСТАНТИНОВА РАН

На правах рукописи

УДК 539.125.5

ЗАХАРОВ Аркадий Анатольевич

ИСТОЧНИК УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ С ЗАМЕДЛИТЕЛЕМ ИЗ ТВЁРДОГО ДЕЙТЕРИЯ

01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

2 2 та 2ЭЮ

Гатчина 2010

Работа выполнена в Петербургском институте ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН.

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук, профессор Серебров А.П.

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, профессор Шабалин Е.П.

доктор физ.-мат. наук, профессор Морозов В.И.

Ведущая организация: физический факультет Санкт-Петербургского государственного университета.

Защита состоится « ^Г» ¿¿Уг?«-^/7 2010 г. в час. ОО мин на заседании диссертационного совета Д 002.115.01 при Петербургском институте ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН по адресу 188300, г. Гатчина Ленинградской обл., Орлова роща.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПИЯФ РАН. Автореферат разослан « //» ¿г/д?/**? 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Для экспериментов по изучению свойств нейтрона необходимы как можно более медленные нейтроны - так называемые ультрахолодные нейтроны (УХН). Использование медленных нейтронов увеличивает время их пребывания внутри экспериментальной установки. Когда энергия нейтрона меньше граничной энергии поверхности вещества, то нейтрон не может проникнуть внутрь вещества, и происходит его отражение от поверхности. Способность УХН к отражению от поверхности позволяет хранить их в замкнутом объёме.

В области фундаментальной физики УХН используются для измерения электрического дипольного момента, электрического заряда и времени жизни самого нейтрона, а также для изучения асимметрии нейтронного Р-распада. В прикладных исследованиях УХН используются для изучения твердого тела (измерение граничных энергий, сечений рассеяния и поглощения вещества, исследование неоднородностей вещества и т.д.). Доля УХН в реакторном спектре очень мала и составляет всего 10"", что ставит задачу увеличения их интенсивности для проведения научных исследований.

Данная диссертация посвящена реализации нового подхода к повышению интенсивности производства УХН, основанного на использовании твёрдого дейтерия, охлаждаемого жидким гелием. Для апробирования и изучения криогенного источника нейтронов нового поколения с высокой плотностью УХН в Петербургском институте ядерной физики РАН на реакторе ВВР-М в 1995 году создан источник ультрахолодных нейтронов на твёрдом дейтерии.

Твёрдый дейтерий является эффективным замедлителем/конвертором для производства ультрахолодных нейтронов. Это демонстрируется в данной диссертационной работе. Он может успешно применяться как на ядерных исследовательских реакторах, так и на импульсных нейтронных источниках. Использование источника УХН с применением твёрдого дейтерия в совокупности с объ-

ёмом хранения УХН на импульсных нейтронных источниках позволяет достичь высокой плотности УХН и облегчает задачу отвода радиационного тепла.

Твёрдый дейтерий способен преобразовать тепловые нейтроны за счёт неупругого рассеяния в ультрахолодные нейтроны и, обладая низким сечением захвата, позволяет им выходить из достаточно большой глубины. Однако переход на более низкий температурный уровень работы, который определяется температурой жидкого гелия, применяемого для охлаждения, а также использование твёрдого агрегатного состояния вещества создаёт много новых теплофи-зических проблем, требующих решения. Решение этих проблем направлено в первую очередь на создание условий для поддержания дейтерия в твёрдом состоянии при возможно наиболее низкой температуре для достижения максимального выхода ультрахолодных нейтронов.

Цели и задачи работы

Целями работы являются теоретическое и практическое изучение возможности и эффективности использования твёрдого дейтерия для получения интенсивных потоков и плотностей ультрахолодных нейтронов для их дальнейшего использования в экспериментальных установках, а также разработка конкретных предложений по реализации такого типа источника на реакторах и импульсных ускорителях. Работа включает в себя следующие задачи:

1. Разработка и создание на реакторе ВВР-М в ПИЯФ РАН источника ультрахолодных нейтронов на основе твёрдого дейтерия.

2. Экспериментальное исследование эффективности твёрдого дейтерия для получения ультрахолодных нейтронов.

3. Предложение по созданию фабрики ультрахолодных нейтронов на импульсном ускорителе.

Направление и методика исследований;

Направление исследований нацелено на решение следующих задач:

а) поиск путей повышения эффективности источников ультрахолодных нейтронов на основе использования другого агрегатного состояния замедлителя/конвертера;

б) изучение возможности и эффективности использования твёрдого дейтерия на реакторах и ускорителях.

Для повышения эффективности научных экспериментов с использованием ультрахолодных нейтронов предлагается увеличить их производство за счёт использования конвертера на основе твёрдого дейтерия.

Экспериментальные работы являются основным методом исследования предлагаемого нейтронного источника с твёрдым дейтерием с целью определения его эффективности.

Расчёты, основанные на полученных экспериментальных данных, позволяют оценить эффективность создания подобного источника ультрахолодных нейтронов на исследовательских реакторах и ускорителях.

Научная новизна и практическая ценность

Основной характеристикой источника является фактор выигрыша. Он определяется как отношение выхода УХН из источника с холодным замедлителем к выходу УХН из источника, заполненного водородом при температуре 300 К. Для источника с твёрдым дейтерием фактор выигрыша составил 1230 раз. Наилучший фактор выигрыша для УХН, полученный до этого, составлял 66 раз.

После экспериментов с использованием твёрдого дейтерия для получения ультрахолодных нейтронов на реакторе ВВР-М и конкретных предложений по его использованию на других реакторах и импульсных ускорителях, инициатором которых являлся ПИЯФ РАН, эта тема получила признание в ряде исследовательских центров мира. Работа по использованию твёрдого дейтерия получила особенно широкий интерес после проведения международного семинара под эгидой ПИЯФ в 1999 году в г. Пушкине.

Как результат работы нескольких научных коллективов была создана экспериментальная установка для изучения свойств твёрдого дейтерия, постро-

ен прототип источника на ускорителе в Лос-Аламосе, создан малый источник на импульсном реакторе в Майнце (Германия) и, наконец, в настоящее время близко к завершению строительство фабрики по производству ультрахолодных нейтронов на ускорителе в PSI (Швейцария). Плотность ультрахолодных нейтронов в объёме хранения ожидается на рекордном уровне 3-103 н ем"3. Проект этого источника был разработан усилиями ПИЯФ и PSI.

Апробация работы

По теме диссертационной работы получен патент на изобретение № 2144709, зарегистрирован 20.01.2000 г. Авторы: Захаров А.А., Мипохляев В.А., Серебров А.П. «Способ получения ультрахолодных нейтронов».

Представленные в диссертации материалы докладывались и обсуждались на семинарах и конференциях:

1. First UCN Factory Workshop, Pushkin, Russia, January 18-22, 1998;

2. Second UCN Workshop, Pushkin, Russia, June 14-17, 1999;

3. 7-th Meeting of the International Group on Research Reactors. San Carlos de

Bariloche, Argentina, October 26-29, 1999;

4. UCN Conference at LANL, Los Alamos, USA, September 2000;

5. The 3-rd UCN Workshop, Pushkin, Russia, June 18-22, 2001;

6. UCN Workshop. Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources,

St.Petersburg, Russia, June 16-21, 2003;

7. UCN Workshop. Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources, Peterhof,

Russia, July 13-18,2005;

8. UCN Workshop. Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources.

St.Petersburg - Moscow, Russia, July 1-7, 2007.

Структура и объём диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Она содержит 120 страниц машинописного текста, 45 рисунков, 3 таблицы. Список литературы содержит 82 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертационной работе приводится краткое описание ультрахолодных нейтронов и их применение в области фундаментальной физики, а также перечислены основные способы их получения. Приведено современное состояние, выделены недостатки источников для получения ультрахолодных нейтронов и отмечены пути их преодоления, из которых становится ясна актуальность использования твёрдого дейтерия.

Во введении сформулирована научная проблема, связанная с повышением эффективности научных экспериментов с использованием ультрахолодных нейтронов и определены цели и задачи диссертационной работы, а также направления и методы исследований.

В первой главе диссертации произведён обзор способов производства ультрахолодных нейтронов на исследовательских реакторах. Приведена история развития источников УХН в ведущих мировых исследовательских центрах и описывается новое поколение источников ультрахолодных нейтронов, которое позволит на порядки увеличить плотность УХН.

Плотность УХН сейчас составляет около 10-Ю2 н-см'3. Вопрос состоит в следующем: возможно ли создание альтернативного варианта источника УХН при более низких температурах и в умеренных нейтронных потоках? Более детальное рассмотрение показывает, что такой подход возможен и позволяет получить плотность 103 - 104 н-см"3 и создать новое поколение криогенных источников ультрахолодных нейтронов.

Как хорошо известно, фактор выигрыша в выходе очень холодных нейтронов пропорционален 1/Т„2, где Т„ - температура нейтронного потока. Например, термализация нейтронного потока до 30 К дает фактор выигрыша около 100 раз. Так как термализация нейтронного спектра ниже 30 К является очень сложной экспериментальной задачей, то представляется, что температурный фактор выигрыша около 100 раз является верхним пределом метода низкотемпературных источников УХН. Однако это заключение справедливо для термодинамического равновесия между нейтронным потоком и средой. Можно

показать, что для неравновесных систем возможен дополнительный фактор выигрыша. Например, для дейтериевого источника при температуре 4 К и температуре нейтронного потока 40 К фактор выигрыша составляет 1 - 2-103.

Оптимальная температура нейтронного спектра 40К соответствует максимуму в производстве УХН. Уменьшение температуры криогенного источника приводит к увеличению глубины выхода УХН. Этот процесс определяет в основном температурную зависимость фактора выигрыша. Температура источника и эффективная температура нейтронного спектра тесно связаны, и эффективная температура нейтронного потока внутри источника зависит от его объёма и температуры. Необходимый размер источника определяется также глубиной выхода УХН, которая растёт с уменьшением температуры источника, достигая своего предела из-за сечения захвата в дейтерии. Сечение неупругого рассеяния и сечение захвата для дейтерия становятся равными при температуре 4 К, поэтому уменьшение температуры источника ниже 4 К не является столь эффективным. Кроме того, у дейтерия есть сечение некогерентного упругого рассеяния 2,2 б, которое уменьшает выход УХН.

Увеличение плотности УХН на два порядка величины до 103 - Ю4см° позволяет значительно улучшить точность измерений в области фундаментальной физики (электрический дипольный момент нейтрона, время жизни нейтрона, асимметрия нейтронного Р-распада и т.д.). При такой плотности УХН возможны прикладные исследования твёрдого тела и изучение физики поверхностей.

Во второй главе описана структурная схема и разработана принципиальная технологическая схема нейтронного источника с твёрдым дейтерием и описано назначение его отдельных систем. Экспериментальный источник предложено было разместить в горизонтальном канале реактора ВВР-М в районе тепловой колонны реактора. Камера источника объёмом 6 литров изготовлена из циркония, имеет конструкцию с двойной стенкой и помещена в вакуумный контейнер. Охлаждение камеры с дейтерием производится постоянной циркуляцией жидкого гелия от гелиевого ожижителя. Для снижения теплового излучения

на жидкий гелий от тёплой стенки вакуумного контейнера камера окружена тепловым экраном, который охлаждается жидким азотом.

Полное количество дейтерия в системе определяется таким образом, чтобы после заполнения камеры в ней оставалось свободное пространство для расширения дейтерия в процессе отогрева с целью предотвращения деформации камеры. -

Нейтроноводная система экспериментального источника построена таким образом, чтобы можно было изучать широкий спектр нейтронов, выходящих из источника. С этой целью нейтроновод, выходящий из реакторного канала, разделяется на три нейтроновода: для холодных, очень холодных и ультрахолодных нейтронов.

Таким образом, на реакторе ВВР-М впервые был создан экспериментальный источник с использованием твёрдого дейтерия. Были исследованы особенности и эффективность работы источника в ходе проведённых на нём экспериментов.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований, проведённых на источнике с твёрдым дейтерием на реакторе ВВР-М. В зависимости от состояния замедлителя в камере нейтронного источника в проводимых экспериментах фиксировался спектральный и количественный выходы нейтронов. Фактор выигрыша определялся как отношение выхода УХН из источника с твёрдым дейтерием к выходу УХН из источника, заполненного газообразным водородом при температуре 300 К. В ходе экспериментов на источнике был получен фактор выигрыша ультрахолодных нейтронов 1230 раз.

При переходе в твёрдое агрегатное состояние происходит увеличение доли длинноволновых нейтронов. Наиболее значительное увеличение выхода возникает для очень холодных и ультрахолодных нейтронов. На рис. 1 показаны экспериментально полученные спектры очень холодных нейтронов для жидкой фазы дейтерия в источнике при температуре 19-20 К и для твёрдой фазы при температуре меньше 10 К.

На рис. 2 представлена зависимость относительного фактора выигрыша от температуры для нейтронов с различной длиной волны. На рис.3 показана зависимость фактора выигрыша от концентрации протия в твёрдом дейтерии.

В целом эксперименты, проведённые на источнике, показали эффективность твёрдого дейтерия нейтронов и его перспективность как замедлителя для получения ультрахолодных нейтронов.

5 ООО 4000

$ 3000

0 а

1 I

| 2000 1

1000 о

0 20 40 60 ВО 100 120 140 . 160 180 ■ .200 Длина волны, А

Рис. 1. Нейтронные спектры для жидкой и твердой фазы дейтерия

Температура, К

Рис. 2. Зависимость относительного фактора выигрыша от температуры для нейтронов с различной длиной волны

Причина увеличения выхода УХН при затвердевании дейтерия состоит в том, что трансляционные движения атомов прекращаются и сечение неупругого рассеяния УХН (о- ) уменьшается. В'результате увеличиваются прозрачность источника и выход УХН. Понижение температуры источника приводит к дальнейшему уменьшению сечения неупругого рассеяния и увеличению выхода УХН. Понижение температуры дейтерия ниже 10 К оказывается не эффективным, т. к. сечение неупругого рассеяния уменьшается уже до уровня сечения некогерентного упругого рассеяния (о-,), которое составляет 2,2 б.

Экспериментально определено влияние примеси протия в твёрдом дейтерии на фактор выигрыша. Выход УХН резко снижается при увеличении концентрации протия. Допустимая концентрация протия в дейтерии для источника УХН с твёрдым дейтерием составляет 0,1 - 0,2%.

12 11

I 10

Р- 9

Б. 8

>5 Й в

Е о

I 1 1 Ш111 I 1 |. УХН _4. —•— 150-200А —100-150А [■ —т— 60-100А -1—*-— 40-вПА

- — —

< ч N \ N V к -- 7 0-40А ---

к. О. 1

< \

■ < \ \

-н -- -ч. Л Г Г

1 1 и ! |

; ! ..............[....... ! : |

Н2 кошдентрация , %

Рис. 3. Зависимость фактора выигрыша от концентрации протия в твёрдом дейтерии

В четвёртой главе произведён анализ вопросов безопасности, что является весьма актуальным для такого источника на реакторе. Проведён анализ ядерной и радиационной безопасности, в результате которого показано, что влияние источника на реактор и окружающую среду находятся существенно ниже допустимых значений.

Водородная безопасность обеспечивается многоуровневой системой предотвращения образования взрывоопасных смесей. В качестве гарантирующего элемента безопасности источника используется силовой вакуумный контейнер, в котором размещается камера с дейтерием. Проведённый анализ аспектов безопасности дейтериевого источника показал, что он может эксплуатироваться на ядерном реакторе, что обеспечивается правильными техническими, конструктивными и технологическими решениями.

В пятой главе рассмотрена возможность использования источника с твёрдым дейтерием для получения интенсивных потоков ультрахолодных нейтронов. Интересные перспективы открываются при использовании твёрдого дейтерия на импульсных нейтронных источниках. В импульсе достигаются высокие нейтронные потоки, а промежуток времени между импульсами позволяет понизить температуру замедлителя до первоначального значения. Одним из основных элементов такого источника служит ловушка УХН, в которую ультрахолодные нейтроны поступают в момент импульса. В ней нейтроны хранятся и отбираются на экспериментальные установки между импульсами. Такой принцип работы позволяет получить плотность УХН на уровне 3400 н/см3 в нижней части ловушки, откуда производится отбор нейтронов для экспериментов.

Предложен и находится на реализации проект фабрики ультрахолодных нейтронов в Швейцарии (Paul Scherrer Institute). Проведены расчёты по определению оптимального расположения источника относительно протонной мишени. Определён размер замедлителя и выбран материал протонной мишени. Выполнены расчёты температуры твёрдого дейтерия, определены возможные параметры импульса: сила тока, длительность импульса, цикличность.

Заключение

1. Для изучения возможностей и эффективности криогенного нейтронного источника нового поколения с высокой плотностью УХН в Петербургском институте ядерной физики Российской академии наук на реакторе ВВР-М впервые была реализована модель источника ультрахолодных нейтронов с использованием твёрдого дейтерия.

Источник объемом 6 литров содержит 1 кг твёрдого дейтерия и находится в нейтронном потоке МО12 нсм'2-с"1. Удельные радиационные тепловыделения в дейтерии составляют 15 Вт/кг. Производство УХН происходит в камере с твёрдым дейтерием, а их транспортировка осуществляется с помощью нейтро-новодной системы. Камера источника размещается в контейнере, который служит вакуумным чехлом и одновременно силовым кожухом для локализации

взрыва стехиометрической смеси дейтерия с воздухом в случае максимально возможной проектной аварии.

2. Впервые была экспериментально исследована эффективность использования твёрдого дейтерия для создания источника ультрахолодных нейтронов. Для источника с твёрдым дейтерием фактор выигрыша составил 1230 раз. Фактор выигрыша определялся как отношение выхода УХН из источника с холодным замедлителем к выходу УХН из источника, заполненного газообразным замедлителем при температуре 300 К.

3. Измерены нейтронные спектры для жидкой фазы дейтерия в источнике при температуре 19-20 К и для твёрдой фазы при температуре меньше 10 К.

4. Экспериментально показано, что фактор выигрыша относительно жидкой фазы увеличивается в 3 раза при переходе дейтерия в твёрдую фазу и достигает 10 раз при температуре 10 К. Исследован эффект увеличения выхода из дейтериевого источника нейтронов разных длин волн.

5. Экспериментально исследовано прохождение нейтронов через твёрдый дейтерий и впервые была отмечена зависимость выхода нейтронов от структуры образца твёрдого дейтерия.

6. Измерено поперечное сечение для нескольких различных орто-пара-составов дейтерия. Зависимость поперечного сечения от орто-пара-состава дейтерия заметно проявляется для больших длин волн. Например, для нейтронов с длиной волны около 150 А полное поперечное сечение при взаимодействии с нормальным дейтерием (66% орто-фазы) приблизительно в 1,5 раза больше/чем для орто-дейтерия (93% орто-фазы).

7. Проведены экспериментальные исследования эффективности водород-дейтериевых смесей для источников холодных нейтронов. Впервые экспериментально показано, что для источников холодных нейтронов объемом 3-5 литров водород-дейтериевые смеси являются более оптимальными, чем чистый дейтерий и чистый водород.

8. Разработана и апробирована концепция безопасности при использовании криогенного водородного нейтронного источника на реакторе, что позво-

лило создавать и безопасно эксплуатировать подобные источники на протяжении ряда лет.

9. Предложено использование твёрдого дейтерия для производства ультрахолодных нейтронов на импульсных ускорителях. Идея состоит в том, чтобы использовать высокую импульсную нейтронную плотность импульсного источника и затем удерживать УХН в большом объёме ловушки в течение длительного времени до следующего нейтронного импульса. Плотность УХН в ловушке источника будет составлять 3 • 103 н/см3. Такая плотность будет на 2-3 порядка величины больше, чем на современных источниках УХН.

10. Разработана концепция импульсного источника с использованием твёрдого дейтерия для производства УХН в PSI (Швейцария).

11. Получен патент на изобретение № 2144709. Зарегистрирован 20.01.2000 г. Авторы: Захаров А.А., Митюхляев В.А., Серебров А.П. Способ получения ультрахолодных нейтронов.

СПИСОК ПУБЛЖАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Т. Grosz, L. Rosta, V. Mityoukhlaev, A. Serebrov, A. Zakharov. "Cryogenic system of the liquid hydrogenxold neutron source at the Budapest research reactor". Proceedings of the 4-th International Conference Cryogenics 96, 1996. - P. 65-68.

2. A.P. Serebrov, E.A. Kolomenski, M.S. Lasakov, V.A. Mityukhlyaev, A.N. Piroz-kov, I.A. Potapov, V.E. Varlamov, A.V. Vasiliev, A.R. Young, A.A. Zakharov. "Experimental studies of very cold neutrons passing through solid deuterium". Preprint PNPI- 2415, Gatchina, 2001, 15p.

3. I.S. Altarev, V.A. Mityukhljaiev, A.P. Serebrov, A.A. Zakharov, "Cold and ultra-cold neutron sources in Gatchina, Russia". Journal of Neutron Research , Vol. 1, No. 4,1993. -P. 71-77.

4. I.S. Altarev. et al., "A liquid hydrogen source of ultra-cold neutrons". Physics Letters A, Vol. 80, Issues 5-6, December 1980. - P. 413-416.

5. T. Grosz, V.A. Mityukhljaiev, L. Rosta, A.P. Serebrov, A.A. Zakharov, "Liquid hydrogen cold moderator optimization at the Budapest Research Reactor". Phys. B, Vol. 234-236, June 1997. - P. 1194-1195.

6. Т. Grosz, Т. Hargitai, V. A. Mityukhlyaev, L. Rosta, A. P. Serebrov, A. A. Za-harov, "Thermo-hydraulic test of the moderator cell of LH2 cold neutron source at BNC", Phys. B, Vol. 276-278, March 2000. - P. 214-215.

7. И.С. Алтарев, Б.Г. Ерозолимский, А.А. Захаров, С.Г. Кирсанов, И.А. Кузнецов, В.А. Митюхляев, А.П. Серебров. "Универсальный жидководородный источник поляризованных холодных и ультрахолодных нейтронов на реакторе ВВР-М ЛИЯФ". Письма в ЖЭТФ, том 44, вып. 6, 1986. - С. 269-272.

8. И.С. Алтарев, Б.Г. Ерозолимский, А.А. Захаров, С.Г Кирсанов, И.А. Кузнецов, В.А. Митюхляев, А.П. Серебров. "Универсальный нейтронный источник с контуром естественной циркуляции жидкого водорода реактора ВВР-М", Препринт ЛИЯФ - 1406, Гатчина, 1988, 15 с.

9. А.Р. Serebrov, V.A. Mityukhlyaev, А.А. Zakharov, V.V. Nesvizhevsky, A.G. Kharitonov. "Is it possible to produce next generation of UCN sources with a density 103-104 cm'3?" JETP Letters vol. 59, issue 11, 1994.-P. 757-762.

10. A.P. Serebrov, V.A. Mityukhlyaev, A. A. Zakharov et al. "Studies of solid deuterium source of ultracold neutrons and hydrogen-deuterium mixtures for cold neutron sources", Preprint PNPI - 2200, Gatchina, 1997, 25 p.

11. A.P. Serebrov, V.A. Mityukhlyaev, A.A. Zakharov, et al. "Spallation USN source (UCN-factory)". Preprint PNPI - 2206, Gatchina, 1997, 18 p.

12. A.P. Serebrov, V.A. Mityukhlyaev, A.A. Zakharov et al. "Experimental study of a solid-deuterium source of ultracold neutrons" JETF Lett. Vol 62, No. 10, 1995. - P. 785 - 790.

13. А.П. Серебров, В.А. Митюхляев, А.А. Захаров и др., "Твердодейтериевый источник ультрахолодных нейтронов на импульсном спалейшен-источнике". Письма в ЖЭТФ, т. 66, №12 ,1997. - С.765 - 770.

14. A.P. Serebrov, V.A. Mityukhlyaev, А.А. Zakharov et al. "Solid deuterium and UCN factory: application to the neutron electric dipole moment measurement", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A 440, 2000. - P 658-665.

Отпечатано в типографии ПИЯФ РАН

188300, Гатчина Ленинградской обл., Орлова роща Зак. 174, тар. 100, уч.-изд. л. 1; 10.06.2010 г.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Захаров, Аркадий Анатольевич

Введение

Ультрахолодные нейтроны

Получение ультрахолодных нейтронов 5 Краткая история развития источников ультрахолодных нейтронов в ПИЯФ

Недостатки источников и пути их преодоления

Актуальность использования твёрдого дейтерия

Современное состояние

Цель диссертационной работы

Формулировка научной проблемы и методы исследования

Аннотация диссертационной работы по

главам

Материалы, которые выносятся на защиту

Глава 1. Использование твёрдого дейтерия для получения УХН

1.1. Криогенные способы получения УХН

1.2. Особенности нового поколения нейтронных источников

1.3. Нейтронно-физические характеристики

1.4. Модификации водорода

1.5. Тепло физические характеристики 22 Выводы к первой главе

Глава 2. Нейтронный источник с твёрдым дейтерием

2.1. Структурная схема

2.2. Расположение на реакторе

2.3. Криогенная камера источника

2.4. Дейтериевая система

2.5. Криогенная система

2.6. Нейтроноводная система 37 Выводы ко второй главе

Глава 3. Экспериментальные результаты

3.1. Эффективность нейтронного источника

3.2. Экспериментальное исследование прохождения нейтронов через твёрдый дейтерий

3.3. Влияние примеси протия в твёрдом дейтерии на выход нейтронов

3.4. Исследование водород-дейтериевых смесей для источников холодных нейтронов

3.5. Тепловая нагрузка на источник

3.6. Температура дейтерия в источнике 62 Выводы к третьей главе

Глава 4. Вопросы безопасности

4.1. Аспекты безопасности криогенного дейтериевого источника на ядерном реакторе

4.2. Ядерная и радиационная безопасность

4.3. Водородная безопасность 72 Выводы к четвёртой главе

Глава 5. Перспективы использования

5.1. Импульсные нейтронные источники

5.2. Примеры реализация нейтронных источников с твёрдым дейтерием 93 Выводы к пятой главе

Введение диссертация по физике, на тему "Источник ультрахолодных нейтронов с замедлителем из твёрдого дейтерия"

Ультрахолодные нейтроны

Мощным источником нейтронов для экспериментов по изучению свойств самого нейтрона служит исследовательский ядерный реактор. Спектр нейтронов, испускаемых обычным ядерным реактором на тепловых нейтронах, соответствует максвелловскому распределению по скоростям для данной температуры. При температуре 300К энергия нейтронов при наиболее вероятной скорости равна б = кТ = 0,025 эВ, где к постоянная Больцмана. В зависимости от энергии нейтроны принято делить на тепловые, холодные (ХН), очень холодные (ОХИ) и ультрахолодные (УХН). Условные границы групп нейтронов представляет Таблица 1. [1].

Таблица 1.

Группа нейтронов Энергия, эВ Скорость, м/с Длина волны, А

Тепловые 5-10"3 -г 0,5 9,8-102-9,8-103 0,405 ч- 4,05

Холодные 10"4 -т- 5-10"3 1,4-102 -f- 9,8-102 4,05 - 28,6

Очень холодные lo-^io-4 4,4 140 28,6 н- 904

Ультрахолодные ~10"7 -4,4 -900

Для экспериментов по изучению свойств самого нейтрона необходимы как можно более медленные нейтроны. Это увеличивает время пребывания нейтрона внутри экспериментальной установки. Когда энергия нейтрона меньше граничной энергии поверхности вещества, то нейтрон не может проникнуть внутрь вещества и происходит его отражение от поверхности. Способность УХН к отражению от поверхности позволяет хранить их в замкнутом объеме [2].

В области фундаментальной физики УХН используются для измерения электрического дипольного момента, электрического заряда и времени жизни самого нейтрона, а также для изучения асимметрии нейтронного (3-распада. В прикладных исследованиях УХН используются для изучения твердого тела измерение граничных энергий, сечений рассеяния и поглощения вещества, исследование неоднородностей вещества и т.д.). Доля УХН в реакторном спектре очень мала и составляет всего 10"11, что ставит задачу увеличения их интенсивности для проведения научных исследований.

Данная диссертация посвящена реализации нового подхода в повышении интенсивности производства УХН, основанного на использовании твердого дейтерия, охлаждаемого жидким гелием. Для проверки возможности создания криогенного источника нейтронов нового поколения с высокой плотностью УХН в Петербургском институте ядерной физики Российской академии наук на реакторе ВВР-М в 1995 году создан источник ультрахолодных нейтронов на твёрдом дейтерии.

Источник объемом 6 литров содержит 1 кг твердого дейтерия и находится в нейтронном потоке 1-Ю12 н-см'2-с1. Удельные радиационные тепловыделения в дейтерии составляют 15 Вт/кг. Охлаждение источника производится жидким гелием от криогенной установки КГУ-150/4,5.

Основной характеристикой источника является фактор выигрыша. Он определяется как отношение выхода УХН из источника с холодным замедлителем к выходу УХН из источника, заполненного водородом при температуре ЗООК. Для источника с твердым дейтерием фактор выигрыша составил 1230 раз. Наилучший фактор выигрыша для УХН, полученный до этого, составлял 66 раз.

Получение ультрахолодных нейтронов

Эффективное производство нейтронов с низкой энергией на ядерных исследовательских реакторах неразрывно связано с использованием криогенной технологии [3, 4, 5, 6, 7, 8]. Увеличить число холодных нейтронов можно, пропустив реакторные нейтроны через замедлитель: жидкий водород или жидкий дейтерий. В процессе термализации реакторные нейтроны придут в тепловое равновесие при температуре жидкого водорода, вследствие чего максимум мак-свелловского спектра сдвинется в энергетическую область холодных нейтронов.

Однако, долю УХН таким способом не поднять, так как для этого необходио ма недостижимая температура замедлителя ~ 1(Г К. УХН образуются из тепловых нейтронов не в результате их дополнительного замедления, а в очень редком процессе единственного неупругого соударения, сопровождающегося потерей тепловым нейтроном практически всей его энергии. Для получения ультрахолодных нейтронов высокой плотности на исследовательских реакторах обычно используются криогенные жидкостные водородные или дейтериевые источники ХН, из которых УХН извлекаются непосредственно или путем спектрального преобразования ХН в УХН.

Количественное производство УХН зависит от интенсивности реакторного нейтронного потока и эффективности криогенного замедлителя (конвертора). Однако, стремление разместить замедлитель с криогенной температурой в высоком нейтронном потоке на реакторе, наталкивается на проблему отвода радиационного тепла. Чем ниже температура замедлителя, тем сложнее проблема отвода теплоты.

Краткая история развития источников ультрахолодных нейтронов в ПИЯФ

Изучению свойств ультрахолодных нейтронов в ПИЯФ РАН под руководством профессора А.П. Сереброва традиционно уделяется большое внимание. Это привело к тому, что история развития источников ультрахолодных нейтронов в значительной степени протекала в стенах ПИЯФ РАН [22]. Криогенные способы получения УХН, как наиболее эффективные, нашли применение на исследовательском реакторе ВВР-М. Работы по создание источников ультрахолодных нейтронов на реакторе носили пионерский характер и некоторые из них были защищены авторскими патентами [9], [10], [67].

Всё началось с бериллиевого холодного источника в центре активной зоны реактора, за которым последовало использование жидкого водорода, как более эффективного замедлителя. Источник разместили в бериллиевом отражателе реактора, поскольку достаточно трудно отвести радиационное тепло от жидкого водорода и конструкции в области высоких удельных энерговыделений, которые присутствуют в центре активной зоны реактора.

Желание иметь интенсивные потоки ультрахолодных нейтронов привело к изобретению нового метода отвода теплоты, который позволил разместить следующий криогенный источник с жидким водородом непосредственно в центре активной зоны реактора. Это был термосифон с замедлителем, который находился ниже температуры кипения и естественным образом циркулировал между камерой источника и теплообменником. В качестве замедлителя выступала смесь жидкого водорода и дейтерия. Проект был успешно реализован на реакторе и позволил получить высокие интенсивности потоков не только ультрахолодных, но и холодных, в том числе поляризованных нейтронов.

Недостатки источников и пути их преодоления

Вслед за использованием жидкого замедлителя появилась идея применения на реакторе ВВР-М более эффективного конвертора для получения УХН каким является твёрдый дейтерий. Это был ещё один шаг вперёд, который также был реализован на реакторе и позволил сделать предложение об использовании твёрдого дейтерия для импульсных нейтронных источников.

Однако, история не может остановиться и сейчас в ПИЯФ развивается проект создания на реакторе ВВР-М высокоинтенсивного источника УХН с применением сверхтекучего гелия Не4, который позволит получить рекордные плотности ультрахолодных нейтронов. Но это уже тема для другой диссертационной работы.

Актуальность использования твёрдого дейтерия

Использование источника с твёрдым дейтерием в совокупности с объёмом хранения УХН на импульсных нейтронных источниках позволяет достичь высокой плотности УХН и решает задачу отвода радиационной теплоты. Подробное описание принципа работы такого источника приводится в пятой главе диссертационной работы.

Современное состояние

После апробации применения твёрдого дейтерия и конкретных предложений по его использованию на импульсных ускорителях и реакторах, инициатором которых являлся ПИЯФ РАН, эта тема получила признание. Работа по использованию твёрдого дейтерия для получения УХН получила широкий интерес после проведения международного семинара под эгидой ПИЯФ в 1999 году в г. Пушкине. В ПИЯФ были проведены эксперименты по изучению прохождения очень холодных нейтронов через твёрдый дейтерий [11]. Как результат работы была создана экспериментальная установка для изучения свойств твёрдого дейтерия [46], построен прототип источника на ускорителе в Лос-Аламосе [77] и, наконец, в настоящее время близко к завершению строительство фабрики по производству ультрахолодных нейтронов на ускорителе в PSI, Швейцария [12], [13].

Цель диссертационной работы

Целью работы является теоретическое и практическое изучение возможности и эффективности использования твёрдого дейтерия для получения интенсивных потоков и плотностей ультрахолодных нейтронов с целью их дальнейшего использования в экспериментальных установках, а также разработка конкретных предложений по реализации такого типа источника на импульсных ускорителях. Работа включает в себя:

1. Разработку и создание на реакторе ВВР-М в ПИЯФ РАН источника ультрахолодных нейтронов на основе твёрдого дейтерия.

2. Экспериментальное исследование эффективности твёрдого дейтерия для получения ультрахолодных нейтронов.

3. Предложение по созданию фабрики ультрахолодных нейтронов на импульсном ускорителе.

Формулировка научной проблемы и методы исследования

Для повышения эффективности экспериментов с использованием ультрахолодных нейтронов предлагается повысить эффективность их производства за счёт использования более эффективного конвертора.

Предметом исследования является новый конвертор на основе твёрдого дейтерия для получения высокой интенсивности ультрахолодных нейтронов. Он должен прийти на смену жидкому водороду и жидкому дейтерию, которые используются в источниках холодных нейтронов.

Твёрдый дейтерий способен преобразовать тепловые нейтроны за счёт неупругого рассеяния в ультрахолодные нейтроны и, обладая низким сечением захвата, позволяет им выходить из достаточно большой глубины. Однако, переход на более низкий температурный уровень работы, который определяется температурой жидкого гелия, применяемого для его охлаждения, а также использование твёрдого агрегатного состояния вещества создаёт много новых те-плофизических задач, требующих решения. Решение этих задач направлено в первую очередь на создание условий для поддержания дейтерия в твёрдом состоянии при возможно более низкой температуре для достижения максимального выхода ультрахолодных нейтронов.

Экспериментальные работы являются основным методом исследования предлагаемого нейтронного источника с твёрдым дейтерием и проводятся с целью определения его эффективности. Расчёты, основанные на полученных экспериментальных данных, позволяют оценить эффективность источника ультрахолодных нейтронов на твёрдом дейтерии.

Аннотация диссертационной работы по главам

В первой главе диссертации произведен обзор способов производства ультрахолодных нейтронов на исследовательских реакторах. Приведена история развития источников УХН в ведущих мировых исследовательских центрах и описывается новое поколение источников ультрахолодных нейтронов, которое позволит на порядки увеличить плотность ультрахолодных нейтронов. Приводятся данные по нейтронно-физическим и теплофизическим свойствам нейтронных замедлителей.

Во второй главе большое место отводится описанию нового источника ультрахолодных нейтронов с твердым дейтерием на реакторе ВВР-М в ПИЯФ РАН. Глава содержит описание структурной схемы криогенного источника нейтронов и его расположения на реакторе. Приведено подробное описание камеры источника для размещения твердого дейтерия. Приведено также описание дейтериевой системы и криогенной системы. Представлена нейтроноводная система с помощью которой оценивалась эффективность криогенного источника по замедлению реакторных нейтронов на дейтерии.

В третьей главе диссертации приводится описание и результаты множества экспериментов проведенных на источнике, описанном в первой главе, с целью изучения его нейтронных и теплофизических свойств. Экспериментально определён фактор выигрыша при получении ультрахолодных нейтронов с использованием твёрдого дейтерия. Впервые экспериментально исследовано прохождение очень холодных нейтронов через твёрдый дейтерий. Исследованы водород- дейтериевые смеси для источников холодных нейтронов.

Четвертая глава посвящена проблемам безопасности. Источник ультрахолодных нейтронов является специфическим экспериментальным устройством. Технологический процесс получения ультрахолодных нейтронов с использованием дейтерия на ядерном реакторе относится к опасному производству и требует выработки особых подходов к безопасности. В четвёртой главе проводится анализ ядерной, радиационной и водородной безопасности нейтронного источника. Дейтерий, как и водород, в смеси с воздухом (кислородом) взрывоопасен. Выделение большой энергии при взрыве может привести к серьезным последствиям. Это требует специального подхода к вопросу безопасности с учетом того, что водород и дейтерий размещаются в непосредственной близости от активной зоны ядерного реактора.

В пятой главе приведены перспективы использования твердого дейтерия для производства УХН. Рассмотрены перспективы использования источника с твердым дейтерием на импульсных нейтронных источниках. Применение криогенного источника с твердым дейтерием на ускорителях позволит получить рекордные плотности ультрахолодных нейтронов. Являясь высокоэффективным устройством для получения ультрахолодных нейтронов, источник с твёрдым дейтерием имеет все шансы получить широкое распространение в мире и обеспечить экспериментаторов количеством УХН необходимым для проведения передовых научных исследований.

Материалы, которые выносятся на защиту

Созданный на реакторе ВВР-М источник позволил экспериментально оценить эффективность получения ультрахолодных нейтронов таким способом. На источнике был проведён ряд исследований по изучению его работы. Результаты этих исследований приводятся в диссертации.

На основе полученных данных было сделано предложение по созданию фабрики ультрахолодных нейтронов на импульсном ускорителе, которое защищено патентом на изобретение[67].

Предложение по созданию фабрики ультрахолодных нейтронов воплощается в проекте в PSI в Швейцарии. Этот проект, созданный с участием ПИЯФ также приводится в материалах диссертационной работы.

Основные авторские материалы, представленные в диссертации опубликованы в работах: [11, 22, 25, 27, 28, 35, 14, 69,71,74, 75].

Автор выражает благодарность коллегам по группе источников холодных нейтронов, сотрудникам лаборатории физики нейтрона, сотрудникам отдела физики и техники реакторов, научному руководителю Сереброву А.П.

Заключение диссертации по теме "Приборы и методы экспериментальной физики"

Выводы к пятой главе

Интересные перспективы открываются при использовании твёрдого дейтерия на импульсных нейтронных источниках. В импульсе достигаются высокие нейтронные потоки, а промежуток времени между импульсами позволяет понизить температуру замедлителя до первоначального значения. Одним из основных элементов такого источника служит ловушка УХН, в которую ультрахолодные нейтроны поступают в момент импульса. В ней нейтроны хранятся и отбираются на экспериментальные установки между импульсами. Такой принцип работы позволяет получить плотность УХН на уровне 3400 н/см3 в нижней части ловушки, откуда производится отбор нейтронов для экспериментов.

Заключение

1. Для изучения возможностей и эффективности криогенного нейтронного источника нового поколения с высокой плотностью УХН в Петербургском институте ядерной физики Российской академии наук на реакторе ВВР-М впервые была реализована модель источник ультрахолодных нейтронов с использованием твёрдого дейтерия.

Источник объемом 6 литров содержит 1 кг твердого дейтерия и находится в нейтронном потоке 1-Ю12 h-cm"2-c"\ Удельные радиационные тепловыделения в дейтерии составляют 15 Вт/кг. Охлаждение источника производится жидким гелием от криогенной установки КГУ-150/4,5. Производство УХН происходит в камере с твёрдым дейтерием, а их транспортировка осуществляется с помощью нейтроноводной системы. Камера источника размещается в контейнере, который служит вакуумным чехлом и одновременно силовым кожухом для-локализации взрыва стехиометрической смеси дейтерия с воздухом в случае максимально возможной проектной аварии.

3. Измерены нейтронные спектры для жидкой фазы дейтерия в источнике при температуре 19-20 К и для твердой фазы при температуре меньше 10 К.

4. Экспериментально показано, что фактор выигрыша относительно жидкой фазы увеличивается в 3 раза при переходе дейтерия в твердую фазу и достигает 10 раз при температуре 10 К. Исследован эффект увеличения выхода из дейтериевого источника нейтронов разных длин волн.

6. Измерено поперечное сечение для нескольких различных орто-пара составов дейтерия. Зависимость поперечного сечения от орто-пара состава дейтерия заметно проявляется для больших длин волн. Например, для нейтронов с длиной волны около 150 А полное поперечное сечение при взаимодействии с нормальным дейтерием (66% орто фазы) приблизительно в 1,5 раза больше чем для дейтерия орто- дейтерия (93% орто фазы).

8. Разработана и апробирована концепция безопасности при использовании криогенного водородного нейтронного источника на реакторе, что позволило создавать и безопасно эксплуатировать подобные источники на протяжении ряда лет.

9. Предложено использование твердого дейтерия для производства ультрахолодных нейтронов на импульсных ускорителях. Идея состоит в том, чтобы использовать высокую импульсную нейтронную плотность импульсного источника и затем удерживать УХН в большом объеме ловушки в течение длительного времени до следующего нейтронного импульса. Плотность УХН в ловушке источника будет составлять 3-10 н/см . Такая плотность будет на 2-3 порядка величины больше, чем на современных источниках УХН.

10. Разработана концепция импульсного источника с использованием твёрдого дейтерия для производства ультрахолодных нейтронов в PSI, Швейцария.

Основные изложенные в диссертации результаты опубликованы в работах [11], [22], [25], [27], [28], [35], [14], [69], [71], [74], [75].

Представленные материалы докладывались и обсуждались на семинарах и конференциях:

First UCN Factory Workshop, Pushkin, Russia, January 18-22, 1998;

The 2-nd UCN Workshop, Pushkin, Russia, June 14-17, 1999;

7th Meeting of the International Group on Research Reactors. San Carlos de Bariloche, Argentina, October 26-29, 1999,;

UCN Conference at LANL, Los Alamos, USA., September 2000;

The 3-rd UCN Workshop, Pushkin, Russia, June 18-22, 2001;

UCN Workshop. Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources, St.-Petersburg, Russia, June 16-21, 2003;

UCN Workshop. Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources, Peterhof, Russia, July 13-18,2005;

UCN Workshop. Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources. St.-Petersburg -Moscow, Russia, July 1- 7, 2007.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Захаров, Аркадий Анатольевич, Гатчина

1. Ю.А. Мостовой, К.Н. Мухин, О.О. Патаракин. "Нейтрон вчера, сегодня, завтра" , УФН 166(9), 1996.-С.987-1022.

2. В.К.Игнатович. Физика ультрахолодных нейтронов. М.: Наука, 1986.- 272 с.

3. R.E. Williams, P. Kopetka, J. М. Rowe. "An advanced liquid hydrogen cold source for the NIST research reactor", Abstracts of the 7-th Meeting of the IGORR, S.C. de Bariloche, Argentina, October 26-29, 1999.- P. 16.

4. B. Farnoux, M. Maziere. "New cold neutron source of the ORPHEE reactor", Proceedings of the 5-th Assian Symposium of Research Reactor, Taejon, Korea, May 2931, 1996,-P. 599-609.

5. M.S. Cho, C.O.Choi, K.N.Park. "Technical; review for the installation of CNS facility at HANARO", Proceedings of the 5-th Assian Symposium of Research Reactor, Taejon, Korea, May 29-31, 1996.- P. 610-618.

6. T. Kawai. "Safe utilization of CNS and research status in cold neutron physics at KUR". Proceedings of the 5-th Assian Symposium of Research Reactor, Taejon, Korea, May 29-31, 1996. P. 627-644.

7. T. Grosz, L.Rosta, V. Mityoukhlaev, A.Serebrov, A.Zakharov. "Cryogenic system of the liquid hydrogen cold neutron source at the Budapest research reactor". Proceedings of the Fourth International Conference Cryogenics 96, 1996. P. 65-68.

8. K.Gobrecht, H. Tielborger. " The Cold Neutron Source of the Garching neutron research facility FRM-II". Proceedings of the Fourth International Conference Cryogenics 96, 1996. P. 69-72.

9. Патент на изобретение №1178243 приоритет 28.10.1983г. Авторы: И.С.Ал-тарев, Н.А. Ефимов, В.М. Лобашев, А.П Серебров. "Устройство для получения ультрахолодных нейтронов".

10. Патент на изобретение №1414197 приоритет 30.07.1986г. Авторы: И.С.Ал-тарев, Б.Г. Ерозолимский, С.Г. Кирсанов, И.А. Кузнецов, А.П. Серебров. "Устройство для получения холодных и ультрахолодных нейтронов".

11. A.P.Serebrov, E.A.Kolomenski, M.S.Lasakov, V.A.Mityukhlyaev, A.N.Pirozkov, I.A.Potapov, V.E.Varlamov, A.V.Vasiliev, A.R.Young, A.A.Zakharov. "Experimental studies of very cold neutrons passing through solid deuterium". Preprint PNPI— 2415, 2001.-P.15.

12. F. Atchison et al., "The PSI UCN Source", Proceedings of ICANS-XVII, 17th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources April 2529, 2005 Santa Fe, New Mexico, 2005. P. 183.

13. F. Atchison et al., "The PSI UCN Source", Proceedings of ICANS-XVIII, 18th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources April 2529, 2007 Dongguan, Guangdong, P R China, 2007. P. 152.

14. A.P. Serebrov, V.A. Mityukhlyaev, A.A. Zakharov et.al. "Studies of solid deuterium source of ultracold neutrons and hydrogen-deuterium mixtures for cold neutron sources", Preprint PNPI № 2200, 1997. P. 25.

15. A.M.Архаров, И.В.Марфенина, Е.И.Микулин. Техника низких температур.-М.:Энергия, 1975. 512 с.

16. Р.Ф. Баррон. Криогенные системы. М.:Энергоатомиздат, 1989. 408 с.

17. В.М. Бродянский, А.М.Семенов. Термодинамические основы криогенной техники. М.: Энергия, 1980. 448 с.

18. С.С. Будневич. Расчет криогенных установок. JI. Машиностроение, 1979. -367 с.

19. А.М.Архаров, И.В.Марфенина, Е.И.Микулин. Теория и расчет криогенных систем. М.Машиностроение, 1978. 415 с.

20. В.П.Алексеев, Г.Е.Вайнштейн, П.В.Герасимов. Расчет и моделирование аппаратов криогенных установок. Л.:Энергоатомиздат, 1987. 280 с.

21. А.П.Клименко, Г.Е.Каневец. Расчет теплообменных аппаратов на электронных вычислительных машинах. М.:Энергия, 1966. 272 с.

22. S. Altarev, V.A. Mityukhljaiev, A.P. Serebrov, A.A. Zakharov, "Cold and ultra-cold neutron sources in Gatchina, Russia". Journal of Neutron Research , Vol. 1, No.4, 1993. P. 71-77.

23. Altarev I.S. et.al., "A search for the electric dipole moment of the neutron using ultracold neutrons". Nuclear Physics A, vol. 341, Issue 2, June 1980.- P.269-283.

24. Altarev I.S. et.al., "A liquid hydrogen source of ultra-cold neutrons". Physics Letters A, vol. 80, issues 5-6, December 1980. P. 413-416.

25. T.Grosz, V.A. Mityukhljaiev, L.Rosta, A.P. Serebrov, A.A. Zakharov, "Liquid hydrogen cold moderator optimization at the Budapest Research Reactor". Physica B, vol. 234-236, June 1997. P. 1194-1195.

26. T. Grosz, T. Hargitai, V. A. Mityukhlyaev, L. Rosta, A. P. Serebrov, A. A. Za-harov, "Thermo-hydraulic test of the moderator cell of LH2 cold neutron source at BNC", Physica B, vol. 276-278, March 2000. P. 214-215.

27. И.С. Алтарев, Б.Г. Ерозолимский, А.А. Захаров, С.Г Кирсанов, И.А. Кузнецов, В.А. Митюхляев, А.П. Серебров. "Универсальный нейтронный источник с контуром естественной циркуляции жидкого водорода реактора ВВР-М", Препринт ЛИЯФ № 1406, 1988. 15 с.

28. A.Steyerl, S.S.Malik. "Sources of Ultracold Neutrons", Nuclear Instruments and Methods, A284, 1989. P. 200-207.

29. R.Golub, J.M.Pendlebury. "Super-thermal source of ultra-cold neutrons", Physics Letters A, vol. 53, Issue 2, June 1975. P. 133-135.

30. R.Golub, D.Richardson, S.K.Lamoreaux. Ultra-Cold Neutrons. Bristol, Philadelphia and New York, 1991. P. 304.

31. R. Golub and K. Boening, "New type of low temperature source of ultracold neutrons and production of continuous beams of UCN", Z. Physik B51, 1983. P 95.

32. Ф.Л.Шапиро и др. Письма в ЖЭТФ 9, 1969. С. 23-26.

33. A.Steyerl. "Measurements of total cross sections for very slow neutrons with velocities from 100 m/sec to 5 m/sec",Physics Letters B, vol.29, № 1, 1969.-P. 33-35.

34. A.P.Serebrov, V.A. Mityukhlyaev, A.A. Zakharov, V.V. Nesvizhevsky, A.G.Kharitonov. "Is it possible to produce next generation of UCN sources with a density 103-104 cm"3?" JETP Letters vol.59, № 11, 1994.- P. 757-762.

35. C.L. Morris et al. "Measurements of Ultracold-Neutron Lifetimes in Solid Deuterium", Physical Review Letters, vol. 89, issue 27, 2002. P. 272501-4.

36. A. Saunders et al. "Demonstration of a solid deuterium source of ultra-cold neutrons" Physics Letters B, vol. 593, issue 1-4, 2004. P. 55-60.

37. F. Atchison et al. "Production of ultracold neutrons from a cold neutron beam on a 2#2 target", Physical Review C, vol. 71, 2005. P. 054601.

38. F. Atchison et al., "Measured total cross sections of slow neutrons scattered by solid deuterium and implications for ultracold neutron sources". Physical Review Letters, vol. 95, 2005. P. 182502.

39. F. Atchison et al., "Ortho-para equilibrium in a liquid D2 neutron moderator under irradiation". Physical Review B, vol. 68, 2003. P. 094114.

40. A.M.Архаров, В.П.Беляков, Е.И.Микулин и др. Криогенные системы М.: Машиностроение, 1987. 536 с.

41. Isaak F. Silvera. "The solid molecular hydrogens in the condensed phase: Fundamental and static properties". Reviews of Modern Physics, Vol.52, Issue 2, April 1980.-P. 393-452.

42. Б.И.Веркин, А.Ф.Прихотько. Криокристаллы. Киев: Наук.думка, 1983, 528 с.

43. Bohn R.C., Mate C.F. "Thermal conductivity of solid hydrogen". Physical Review B, vol. 2, Issue 6, 1970. P. 2121-2126.

44. Б.Я.Городилов, И.Н.Крупский, В.Г.Манжелий, О.А.Королюк. "Теплопроводность орто-пара растворов твердого дейтерия". Физика Низких Температур, т.7, №4, 1981. С. 424-428.

45. К. Bodek et al., "An apparatus for the investigation of solid D2 with respect toultra-cold neutron sources", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A vol. 533, Issue 3, November 2004. P. 491-504.

46. F. Atchison et al., "Investigation of solid Deuterium for UCN sources", Proceedings of the ICANS-XVII 17th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources, Santa Fe, New Mexico, April 25-29, 2005. P. 80-83.

47. F. Atchison, et al., "Production of ultracold neutrons from a cold neutron beam on a 2H2 target", Physical Review C, vol. 71, 2005. P. 054601.

48. И.Г.Кожевников, Л.А.Новицкий. Теплофизические свойства материалов при низких температурах. Справочник. 2-е изд., М.: Машиностроение, 1982.-328 с.

49. В.В.Сычев и др. Термодинамические свойства гелия. ГСССД. М.: Изд. стандартов, 1984. - 320 с.

50. У.Фрост. Теплопередача при низких температурах. М.: Мир, 1977. -391 с.

51. С.С.Кутателадзе. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 367 с.

52. V.A.Kirillin, V.V.Sychev, A.E.Sheindlin. Engineering Thermodynamics. M.: Mir, 1976. - P 560.

53. М.П.Малков. Справочник по физико-техническим основам криогеники. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 432 с.

54. J.D.Siegwarth, D.A.Olsen et al, "Thermal Hydraulic Tests of a Liquid Hydrogen Cold Neutron Source", NISTIR, 1994. P. 5026.

55. М.П.Орлова, О.Ф.Погорелова, С.А.Улыбин. Низкотемпературная термометрия. М.: Энергоатомиздат, 1987. 280 с.

56. Л.Н.Розанов. Вакуумная техника. М.: Высшая школа, 1990. - 320 с.

57. В.П.Беляков. Криогенная техника и технология.-М: Энергоиздат,1982.-272с.

58. Н.М. Беляев, А.А.Рядно. Методы теории теплопроводности. 4.1. -М.: Высш. школа, 1982. 327 с.

59. Л.А.Коздоба. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. М.: Наука, 1975. - 228 с.

60. М.П.Малков. Жидкий водород. Сборник переводов. -М.: Мир, 1964. -416 с.

61. A.Kevey. Final Safety Analysis Report on the Brookhaven High Flux Beam Research Reactor, BNL, 1976. P. 21017.

62. T.Hibi, H. Takahashi, T.Kumai et al., "JRR-3 Cold Neutron Source Facility H2-02 Explosion Safety Proof Testing", IAEA-SM-310, 1989.

63. Ю.П.Солнцев, Г.А.Степанов. Материалы в криогенной технике. Справочник.- Л.: Машиностроение, 1982. -312 с.

64. Патент на изобретение № 2144709 зарегистрирован 20.01.2000 г. Авторы: Захаров А.А., Митюхляев В.А., Серебров А.П. "Способ получения ультрахолодных нейтронов".

65. А.Р. Serebrov, V.A.Mityukhlyaev, A.A.Zakharov et. al. "Solid deuterium and UCN factory: application to the neutron electric dipole moment measurement", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 440, 2000. P 658-665.

66. A.P. Serebrov, V.A. Mityukhlyaev, A.A. Zakharov, et. al. "Spallation USN source (UCN-factory)". Preprint PNPI № 2206, 1997.- P. 18.

67. Alflmenkov, et. al. "Measurement of neutron lifetime with a gravitational trap for ultracold neutrons". JETP Lett. Vol.52, No. 7, 1990. P. 373 - 378.

68. A.P. Serebrov, V.A.Mityukhlyaev, A.A.Zakharov et. al. "Experimental study of a solid-deuterium source of ultracold neutrons".JETF Lett. Vol 62, No. 10, 1995. P. 785 - 790.

69. A. Steyrel, H. Nasel, F. K. Schreiber et. al. "A new source of cold and ultracold neutrons". Physics Lett. A, Vol. 116, Issue 7, 1986. P. 347 - 352.

70. Z.-Ch. Yu, S. S. Malik and R. Golub, "A thin film source of ultra-cold neutrons",

71. Zeitschrift fur Physik В Condensed Matter, vol. 62, issue 2, 1986. P. 137-142.

72. A. Serebrov et al., "Studies of a solid-deuterium source for ultra-cold neutrons", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 440, Issue 3, 2000. -P. 658 665.

73. Серебров А.П., Митюхляев В.А., Захаров А.А. и др., "Твердодейтериевый источник ультрахолодных нейтронов на импульсном спалейшен-источнике". Письма в ЖЭТФ, т. 66, №12 ,1997. С.765 - 770.

74. Y. N. Pokotilovski, "Production and storage of ultracold neutrons at pulse neutron sources with low repetition rates", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 356, Issues 2-3, 1995. P. 412-414.

75. Roger E. Hill et al., "Performance of the prototype LANL solid deuterium ultra-cold neutron source", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 440, Issue 3, 2000. P 674-681.

76. A. Saunders et al., "Demonstration of a solid deuterium source of ultra-cold neutrons", Physics Letters B, Vol. 593, Issues 1-4, 2004. P. 55-60.

77. U. Trinks, F.J. Hartmann, S. Paul, W. Schott, "Concepts of UCN sources for the FRM-II", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 440, Issue 3, 2000.-P. 666-673.

78. E. Korobkina, et al., "An ultracold neutron source at the NC State University PULSTAR reactor", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A Vol. 579, Issue 1, 2007. P. 530-533.

79. M. Wohlmuther and G. Heidenreich, "The spallation target of the ultra-cold neutron source UCN at PSI", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 564, Issue 1, 2006. P 51-56.