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

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

«Увеличение плотности нейтронов и времени существования нейтронов в силовом поле гравитационной, ядерной, электромагнитной или другой природы позволяет решать фундаментальные задачи физики элементарных частиц и космологии. К ним относятся время жизни нейтрона по отношению к бета-распаду и время перехода нейтрона в так называемый зеркальный нейтрон. Предполагается, что зеркальный нейтрон и другие зеркальные элементарные частицы могут относиться к темной материи, над разгадкой природы которой сейчас работают ученые», — прокомментировал значимость нового изобретения его автор ЮРИЙ НИКИТЕНКО. Он пояснил, что точность измерения времени жизни нейтрона в накопителе может быть увеличена в несколько раз, а достижимое измеримое значение вероятности процесса перехода нейтрона в зеркальный нейтрон уменьшено на два порядка.

Работы по рассмотрению возможности создания накопителя нейтронов для НЕПТУН в ЛНФ ОИЯИ были начаты в 2021 году по предложению член-корреспондента РАН Виктора Аксенова. «Расчеты показали, что плотность нейтронов в кольцевом накопителе с материальными стенками может быть увеличена в 200 раз, а время удержания нейтронов, то есть время существования нейтронов в накопителе, приближается ко времени его бета-распада – 878 секундам», — добавил автор. Он сравнил количество нейтронов, удерживаемых при использовании накопителя, с 2000-мегаваттным источником нейтронов непрерывного действия, тогда как сейчас мощность существующих источников не превышает 100 МВт.

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

Подробнее об изобретении читайте здесь и здесь.