Status of gas-filled PSD development at FLNP, JINR

Развитие нейтронографических исследований магнетиков при высоком давлении (до 40кбар), низких температурах(100mk) и в сильных магнитных полях(9.5T).

Исследования магнетиков методом дифракции и неупругого магнитного рассеяния нейтронов вплоть до 40кбар , T=100mk и H=9.5T проводились с использованием созданных различных камер фиксированного высокого давления(ВД) изготовленных из немагнитных сплавов 40ХНЮ, TiZr и твердых Al-сплавов. Камеры имеют конструкцию позволяющую помещать их в стандартные нейтронографические криостаты, включая криостаты растворения и криомагниты. Камеры использовались на источниках нейтронов: SINQ(Swiss) , ISIS(UK), HMI(Germany) и ILL(France).

Проводились исследования спиральных магнитных структур соединений ZnCr₂Se₄, MnSi [1] и CsCuCl₃ под давлением в квазигидростатических условиях до 15кбар и низких температурах до 1.5К. Несмотря на различный характер обменных взаимодействий в данных соединениях(MnSi –металл, ZnCr₂Se₄-полупроводник и CsCuCl₃ -диэлектрик) общим для них является наличие взаимодействия Дзялошинского-Мория приводящее к магнитной спирали ниже Т_N. Нейтронографические измерения порошков и моно-кристаллов показали, что с увеличением давления во всех этих соединениях период магнитной спирали уменьшается, т.е. угол разворота спинов в соседних плоскостях увеличивается, в то же время Т_N в MnSi -падает,а в ZnCr₂Se₄ –растет с давлением. В ZnCr₂Se₄ обнаружено уменьшение величины локализованного магнитного момента ионов хрома от 2.87+_0.27М_B(Р=0кбар, Т=1,5К) до 2.26+_0.29М_B(Р=15кбар, Т=1,5К),
что может быть связано с увеличением ковалентности. Также исследовалось магнитное рассеяние нейтронов монокристаллами CeRh₂Si₂ (P=12кбар, T=100mk)-[2] и CePd₂Si₂ вблизи квантовой крит.точки (QCP)под давлением при низких температурах. Измерения форм-фактора Ce проведенные под давлением методом рассеяния поляризованных нейтронов с использованием немагнитной камеры (Рис.1) в CePd₂Si₂ (P=40кбар,T=1.4K, H=9.5T) показали уменьшение на 30% величины магнитного момента[3].

Рис.1.Немагнитная камера ВД до 40кбар

[1] Pressure dependence of the magnetic structure of the itinerant electron magnet MnSi.

B.Fak,R.A.Sadykov,J.Flouquet,G. Lapertot.J. Phys.: Condens.Matter17(2005)1635-1644.

[2] Quantum melting in magnetic metals. MJ Bull(ISIS), SS Saxena(University of Cambridge),

RA Sadykov (Inst. For High Pressure Physics, Troitsk), CD Frost(ISIS),
ISIS Faculty Annual Report 2001-2002,RAL-TR-2002-050,pp.48-49(UK),http://www.isis/rl.ac.uk/isis2002/highlights/

[3] Magnetization distribution under pressure in the pressure induced superconductor CePd₂Si₂. N. Kernavanois, R. Sadykov, E. Ressouche, S. Raymond, P. Lejay and J. Flouquet, ILL Annual Report 2004,to be published.

Нейтронные исследования гидридов высокого давления

Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка

В Лаборатории физики высоких давлений ИФТТ РАН разработаны оригинальные методики для сжатия газообразного водорода до 9 ГПа при температурах до 1300 K и для закалки образцов под давлением до 80 K. Это позволяет насыщать водородом до высоких концентраций многие металлы, обычно считающиеся негидридообразующими (например, Fe, Co, Mo, Ru, Rh, Re) и сохранять полученные фазы Me-H для последующего исследования в метастабильном состоянии при атмосферном давлении и пониженной температуре.

Наши методики дают возможность синтезировать относительно большие (до 100 мм³) гомогенные образцы гидридов металлов и углеродных наноматериалов с минимальным количеством дефектов. Количество синтезируемого вещества позволяет проводить исследования методами дифракции и неупругого рассеяния нейтронов. Нейтронные измерения ведутся, в основном, в сотрудничестве с Объединенным институтом ядерных исследований (Дубна) и Институтом Лауе-Ланжевена (Гренобль).

К настоящему времени методом нейтронной дифракции определены кристаллические и магнитные структуры большинства новых гидридов высокого давления [1]. У многих гидридов методом НРН изучена также динамика решетки [2]. Обнаружены необычные эффекты. Например, гигантский эффект туннелирования водорода в a марганце, превалирующий над термоактивированной диффузией при температурах до 140 К и сопровождающийся расщеплением основного колебательного состояния атомов водорода на 6.4 мэВ. Это один из немногих квантовых эффектов, наблюдавшихся при температурах выше азотной. У гидридов PdH и NiH, несмотря на кубическую симметрию позиций, занимаемых атомами водорода, обнаружена значительная анизотропия второй и третьй полосы оптических колебаний.

В докладе будут кратко изложены эти и другие примеры нейтронных исследований новых гидридов и рассмотрены преимущества отдельных методов и нейтронных установок в решении конкретных физических задач. Будет обозначен круг интересов нашей лаборатории и спектр нерешенных проблем в этой области исследований.

[1] V.E. Antonov. J.Alloys Compds 330-332, 110-116 (2002).

[2] V.E. Antonov, T.E. Antonova, V.K. Fedotov, T. Hansen, A.S. Ivanov, A.I. Kolesnikov. J.Alloys Compds 404–406, 73–76 (2005)

Новые магнитные фазы в системах cоединение A³B⁵ - металл группы железа

На примере системы GaSb-Mn исследовано влияние высокого давления (около 6 GPa) и высоких температур на формирование новых фаз в поликристаллической смеси полупроводник A³B⁵ - металл группы железа. При температурах до 470 К установлено образование твердых растворов на основе структуры сфалерита с частичным растворением Mn, при более высоких температурах синтезированы новые кристаллические фазы GaSbMn со структурой примитивного куба с параметром решетки а=2.946±0.001Å (620–670 К) и с тетрагональной структурой типа CuAl₂ с параметрами а=6.426±0.004 Å и с=5.349±0.004 Å, пространственная группа I4/mcm (690–870 К). Полученные новые фазы метастабильны при нормальных условиях и обладают магнитными свойствами с высокими значениями температур Кюри. Приводятся данные исследований структуры, проводимости, магнитных свойств и тепловой стабильности синтезированных фаз. Данные по плотности новых фаз указывают на достаточно надежную идентификацию тетрагональной фазы, тогда как точное выяснение структуры простой кубической модификации требует дальнеших исследований диффракционными методами и EXAFS спектросокопии. Предварительные эксперименты указывают на возможность синтеза новых магнитных фаз также в системах GaSb-Co, GaSb-Cr и GaAs-Mn. Структурные исследования указанных систем предполагается проводить с использованием приборного парка Нейтронного комплекса ИЯИ РАН в лаборатории рентгеноструктурного анализа ЛНИ.

Ядерно-физические и синхротронные методы в исследовании сильно-коррелированных электронных систем при высоких давлениях

Изучение свойств сильно коррелированных электронных систем (СКЭС) очень важно для понимания природы таких объектов, как высокотемпературные сверхпроводники, материалы с гигантским магнетосопротивлением, системы с сильным манитоэлектрическим эффектом (мультиферроики), материалы спинтроники и т.п. Исследование этих систем при высоких давлениях имеет как огромное прикладное значение, так и очень важно для понимания физики Земли. Оксиды переходных металлов (ОПМ) являются одними из характерных представителей систем с сильной электронной корреляцией, в которых в полной мере проявляются явления связанные с нелинейными свойствами электронных взаимодействий в твердом теле. Одним из характерных свойств СКЭС являются фазовые электронные, магнитные и структурные переходы, при которых претерпевают сильное изменение электронные, магнитные свойства кристалла, спиновое состояние ионов переходных металлов, а также кристаллическая структура. Недавно были открыты фазовые переходы с исчезновением магнетизма в сложных окислах переходных металлов, в частности в редкоземельных ортоферритах, ферритах-гранатах, боратах железа, перовскитах, моноксидах. Чтобы получить полную и всестороннюю картину этих переходов необходимо изучить взаимное влияние электронной, спиновой подсистем кристалла и его структуры в процессе фазовых превращений, последовательность переходов в этих подсистемах и выяснить в каждом случае первопричину каскада фазовых превращений.

В последние годы нами выполнены комплексные исследования магнитных, оптических, электронных свойств и кристаллической структуры в области фазовых переходов при высоких давлениях с применением ядерно-резонансных и рентгено-синхротронных методов, включая мёссбауэровскую спектроскопию, ядерное резонансное рассеяние вперед синхротронного излучения (Nuclear forward scattering - NFS), синхротронную рентгеновскую эмиссионную спектроскопию (X-ray K-b Emission Spectroscopy - XES), спектроскопии оптического поглощения и рентгеновской дифракции. Исследования при высоких давлениях (до 2 мегабар) в камерах с алмазными наковальнями позволили получить богатую информацию для понимания и прогнозирования свойств СКЭС.

Исследования дифракции нейтронов при высоких давлениях в алмазных наковальнях позволит получить новые данные о структуре и магнитных свойствах таких систем и спектре магнонных возбуждений в СКЭС, которые не могут быть получены другими методами, и которые очень важны для понимания физики СКЭС и создания перспективных новых материалов на их основе.

Докладчик:

Гаврилюк Александр Григорьевич, к.ф-м.н, ст.н.с.

Институт физики высоких давлений РАН,

тел. 8(917)525-7463, gavriliuk@mail.ru

Программа развития комплекса спектрометров на реакторе ИБР-2 в ОИЯИ

Импульсный реактор ИБР-2 в ЛНФ ОИЯИ действует с 1984 года. В настоящее время нейтронные исследования в области конденсированных сред ведутся на ИБР-2 с использованием комплекса экспериментальных установок, включающего 6 дифрактометров, 1 спектрометр малоуглового рассеяния, 3 спектрометра неупругого рассеяния и 2 рефлектометра с поляризованными нейтронами. Предполагается, что в период остановки реактора ИБР-2 на реконструкцию (2007 – 2010 годы) существующий комплекс спектрометров будет модернизирован и расширен. Подготовленная программа модернизации в основном включает предложения по развитию нейтронно-оптических устройств, детекторов, систем окружения образца, электроники управления экспериментом и электроники набора данных. Кроме того, программа предусматривает вывод из эксплуатации некоторых морально устаревших спектрометров и создание нескольких новых спектрометров, лучше отвечающих современным тенденциям нейтронных исследований конденсированных сред. Инвестиции, необходимые для полной реализации программы, составляют около 7 М$. Опыт создания, эксплуатации и развития комплекса спектрометров на ИБР-2 может быть полезен при рассмотрении аналогичных вопросов в других исследовательских центрах с импульсными источниками нейтронов.

Уточнение атомной структуры образцов дейтерированного монокристалла дигидрофосфата калия, вырезанных из разных пирамид роста.

Основной докладчик:

Малахова Людмила Федоровна, канд. физ.-мат. наук, ст. н. с.,

Институт кристаллографии РАН, 135-52-10, malakhova@ns.crys.ras.ru

Дейтерированные монокристаллы дигидрофосфата калия K(H_0.052 D_0.948 )₂ PO₄

(DKDP) обладают нелинейными оптическими характеристиками и используются для создания оптических затворов и удвоения частоты в мощных лазерных системах. Известно, что дейтерирование затрудняет получение кристаллов оптического качества. Образцы, вырезанные из разных пирамид роста одного монокристалла DKDP, существенно отличаются по оптическим и электрическим характеристикам. Целью данной работы являлись прецизионные структурные исследования двух образцов из одного монокристалла, вырезанных соответственно из пирамидального и призматического секторов роста.

Структурные исследования были проведены методами диффузного рассеяния нейтронов и прецизионного рентгеноструктурного анализа. Первые эксперименты были проведены на импульсном нейтронном источнике в Резерфорд Апплетон Лаборатории (Англия) с использованием дифрактометра SXD с двумерным координатным детектором по времяпролетной методике. Зарегистрированное диффузное рассеяние сконцентрировано только в окрестностях брегговских пиков, что связано с разупорядоченным статистическим распределением атомов водорода и дейтерия по двум позициям с равной вероятностью их заселения. Анализ диффузного рассеяния от образцов из разных пирамид роста , проведенный по всем точкам измерения, показал их совпадение в пределах ошибок измерений. Это означает, что дефекты одинаковы в обоих образцах и не могут быть причиной различия их физических свойств.

Методом рентгеноструктурного анализа двух образцов монокристалла DKDP, выполненных на четырехкружном дифрактометре ENRAF-NONIUS CAD-4F, установлено более высокое совершенство образца из сектора роста призмы. Кроме того, прецизионные рентгеноструктурные исследования выявили различие в конфигурациях водородных связей в исследованных образцах и позволили предположить, что заселенность атомов водорода в призматическом секторе роста выше, чем в пирамидальном секторе, что, возможно, указывает на основную причину различия в электропроводности исследованных образцов.

ОСОБЕННОСТИ ДЕФЕКТНОЙ СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛОВ Na_0.39Y_0.61F_2.22 РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ И НЕЙТРОНОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН, Москва

* Лаборатория Резерфорда Эпплтона, Великобритания

Основной докладчик:

Максимов Борис Алексеевич, канд. физ.-мат. наук, вед. н. с.,

Институт кристаллографии РАН, 135-52-10, maximov@ns.crys.ras.ru

Кристаллическая структура нестехиометрического твёрдого раствора Na_0.39Y_0.61F_2.22 (пространственная группа симметрии –Fm3m, параметр элементарной ячейки при 296 К а = 5.5067(4) Å) исследована методами рентгенодифракционного анализа при 296 К и структурной нейтронографии в интервале температур 10 – 296 К. Рентгеновские эксперименты выполнены на автоматическом дифрактометре CAD-4 Enraf-Nonius в ИК РАН. Статистическая погрешность в измеренных интенсивностях была на уровне 1%. Нейтронографические эксперименты выполнены в Лаборатории Резерфорда Эпплтона (Великобритания) с использованием метода времяпролётной дифракции Лауэ на импульсном источнике, который позволяет сразу измерять определённый фрагмент с полным разрешением трёхмерного обратного простраства.

Проводилось измерение как брэговского, так и диффузного рассеяния нейтронов.

На основании нейтронографических и рентгеновских дифракционных данных, полученных от кристалла Na_0.39Y_0.61F_2.22 установлено:

1.в кристалле имеются три различные позиции атомов F:: основная 8с (1/4, 1/4, 1/4), релаксированная 32f (c координатами 0.29, 0.29, 0.29) и дополнительная 48i (с координатами 0.5, 0.13, 0.13). Две последние позиции определяют структуру наноразмерных кластеров в этих соединениях;

2.Обнаружено расщепление позиции катионов в направлениях осей координат на расстояния 0.1 Å.

3.Показано, что химическая связь между катионами Na1+ и атомами F в основной 8c позиции носит частично ковалентный характер.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке ведущих научных школ НШ-4964.2006.5 и гранта РФФИ № 05-02-16101.

Многофункциональный нейтронный спектрометр для импульсного источника нейтронов ИЯИ РАН

1.Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

2.Институт ядерных исследований РАН

Разработан и осуществляется проект многофункционального нейтронного спектрометра (МНС), предназначенного для одновременного исследования структурных и динамических параметров вещества находящегося в конденсированном состоянии. В блок-схему МНС входят дифрактометры высокого разрешения и высокой интенсивности включая дифрактометр малоуглового рассеяния, спектрометры квазиупругого и неупругого рассеяния нейтронов, а также блок образца, позволяющий проводить измерения с образцами находящимися как внутри различных технологических объемов, так и в свободном состоянии. Сочетание спектрометрических и дифрактометрических блоков на одном пучке диктуется с одной стороны очевидными преимуществами одновременного определения как структурных, так и динамических параметров вещества, особенно вблизи точек фазовых переходов, в процессе синтеза или деформации, с другой – ограниченным количеством измерительных каналов на нейтронном источнике ИЯИ. Пролетная база источник-образец (L₁ = 20м) была выбрана с учетом оптимального соотношения пролетных баз источник-образец и образец детектор (L₂) в дифрактометре малоуглового рассеяния и при ширине вспышки 100мкс позволяет получить разрешение по переданному импульсу D Q/Q=0,3% и чувствительность по переданной энергии D Е = 50мкэВ в блоках высокого разрешения с использованием геометрии обратного рассеяния. Высокая светосила дифракционных блоков достигается за счет применения позиционно-чувствительных детекторов (ПЧД). Использование большого количества светосильных элементов эксплуатируемых одновременно накладывает ограничения на геометрию размещения блоков. Предлагаемая схема спектрометра, на наш взгляд, является сбалансированной с точки зрения светосилы, разрешения и фоновых условий и согласованной с геометрией физ-зала нейтронного источника. К 2005 году создан и установлен на нейтронном источнике вакуумируемый зеркальный нейтроновод прямоугольного сечения из нержавеющей стали длиной 12 метров. Нейтроновод предназначен для транспортировки нейтронов от источника до образца, уменьшения поглощения и рассеяния нейтронов в воздухе и увеличения доли длинноволновых нейтронов в спектре. Изготовлены также блок образца и блок дифрактометра обратного рассеяния.

Кузнецов Сергей Павлович, ведущий научный сотрудник Нейтронно-физического отдела Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, к.ф.-м.н.

Тел. 1326674, ckuz@sci.lebedev.ry

Метод рассеяния очень холодных нейтронов

1)Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

2)Институт ядерных исследований РАН

Очень холодные нейтроны (ОХН), обладая длинами волн в диапазоне 4,0 нм < l <100нм и энергиями 10^-8 эВ <Е<10^-4 эВ , эффективно и на большие углы рассеиваются на неоднородностях ядерно-оптического потенциала U=(4p h ²/m)N₀b. Здесь m – масса нейтрона, N₀ – плотность ядер в см³, b- амплитуда когерентного рассеяния на ядрах вещества. ОХН также эффективно отражаются от поверхностей образцов и плоскостей упорядоченных надмолекулярных структур при выполнении условий l > l ₀sinθ и l =2d sinθ соответственно, где l ₀ – граничная длина волны вещества, d максимальное межплоскостное расстояние свехструктуры, θ - угол скольжения. Таким образом, рассеяние, отражение и дифракция ОХН могут быть использованы для изучения надмолекулярной структуры (НМС) вещества находящегося в конденсированном состоянии, а также структуры поверхностей включая скрытые поверхности раздела фаз. Применение ОХН ограничено их малой долей в спектре реактора. Тем не менее, в ФИАН им. П.Н. Лебедева был создан спектрометр ОХН и разработаны методики позволяющие определять такие параметры НМС как средние размеры, форма и концентрация, распределение по размерам элементов НМС различной природы включая магнитную. Эти параметры можно получить из зависимостей сечений рассеяния ОХН от длины волны полученных в экспериментах по пропусканию. В экспериментах по отражению ОХН наблюдались дифракционные пики от упорядоченной НМС блок-сополимеров и лиотропных жидких кристаллов, что дало возможность определить размеры межплоскостных расстояний и областей упорядоченности сверх решеток а также тип решетки и форму рассеивателя. В экспериментах по отражению ОХН от образца кремний/полидейтероэтилен/полиэтилен (Si/PDE/PE), полученного путем последовательной полимеризации дейтероэтилена и этилена на поверхности монокристалла кремния предварительно активированной катализатором, получены зависимости коэффициента отражения ОХН от поверхностей Si/PDE и PE/PDE. Показано, что структура PDE вблизи подложки более упорядочена из-за корпоративного роста макромолекул в начальной стадии синтеза. Структура PDE вдали от подложки представляет собой обычную аморфно-кристаллическую структуру полиэтилена в блоке. В экспериментах по пропусканию обнаружены микро преципитаты кислорода в монокристаллах кремния, полученных по методу Чохральского и определены их средние размеры и концентрация, обнаружены магнитные неоднородности в намагниченных до насыщения образцах железа и никеля. Исследована надмолекулярная структура большого �оличества сополимеров, реакторных смесей и композиционных материалов на основе полиолефинов, что дало возможность разработать методики получения новых материалов с измененными макросвойствами. Показано, что рассеяние ОХН является эффективным методом исследования надмолекулярной структуры включая нано структуру вещества находящегося в конденсированном состоянии.

Кузнецов Сергей Павлович, ведущий научный сотрудник Нейтронно-физического отдела Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, к.ф.-м.н.

Тел. 1326674, ckuz@sci.lebedev.ry

Среднеквадратичный зарядовый радиус нейтрона и n,e-взаимодействие. Состояние проблемы и предложения новых экспериментов.

А.Б.Попов

Лаборатория нейтронной физики им. И.М. Франка

Объединенного института ядерных исследований, 141980, Дубна, Московской области

В докладе представлен обзор существующих экспериментальных оценок длины (n,e)-взаимодействия , которые имеют разброс, выходящий более чем за 3 статистических ошибки. Обсуждаются источники возможных систематических ошибок в используемых методиках для измерения . Рассмотрены также теоретические аспекты извлечения среднеквадратичного зарядового радиуса нейтрона из длины (n,e)-рассеяния. Совпадение в пределах ± 10 % экспериментальных значений с длиной Фолди указывает на возможное чисто магнитное происхождение (n,e)-взаимодействие без дополнительного вклада внутренних зарядовых токов в нейтроне. Это обстоятельство стимулирует дальнейшее уточнение длины (n,e)-расссяния. Обсуждаются предложения новых экспериментов для измерения .

Усовершенствование эксперимента Крона и Ринго по измерению длины рассеяния нейтрон– электрон. Еник Темур Львович, Мицына Людмила Вячеславовна, Николенко Виктор Григорьевич, Паржицкий Станислав Степанович, Попов Альберт Борисович, Самосват Георгий Сергеевич, Харьюзов Роберт Васильевич (Лаборатория нейтронной физики им. И.М.Франка Объединенного института ядерных исследований) Самосват Георгий Сергеевич, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник; Лаборатория нейтронной физики им. И.М.Франка Объединенного института ядерных исследований; т. (49621)62187; факс (49621)65429; mitsyna@nf.jinr.ru

В работах Крона и Ринго [V.E.Krohn, G.R.Ringo. Phys. Rev. 148, 1303(1966); Phys. Rev. D8, 1305(1973)] длина (n,e)-рассеяния вычислялась по формуле

где сечение ядерного рассеяния тепловых нейтронов на благородном газе, соответствующая длина когерентного рассеяния, число электронов в атоме, разность электронных форм-факторов атома при энергии нейтрона и двух разных углах рассеяния, отношение дифференциальных сечений рассеяния на атоме в системе центра масс при углах и . Поэтому измеряемое отношение интенсивностей рассеяния на эти углы должно быть преобразовано в отношение Надо 1) ввести поправки на эффективность детектора, 2) перейти к лабораторной системе, 3) учесть тепловое движение атомов газа. Кроме того, надо определить значения форм-фактора Все это существенно зависит от скорости рассеиваемого нейтрона и, следовательно, должно быть усреднено по реальному спектру пучка, известному с ограниченной точностью.

Наше предложение состоит в том, чтобы работать на импульсном источнике тепловых нейтронов и, используя метод времени пролета, разделять получаемую информацию на несколько групп, соответствующих сравнительно узким интервалам энергии. Тогда вместо одного значения будет получено несколько значений с нейтронами разных энергий, и любое заметное их несовпадение будет служить сигналом какой-либо ошибки. И наоборот, хорошее совпадение разных результатов по практически гарантирует правильность их среднего значения.

В докладе подробно говорится об устройстве установки, порядке работы с ней и об ожидаемых результатах.

Новая область изучения фундаментального квантовомеханического взаимодействия

Гундорин Н.А., Суховой А. М., Фурман В.И.,

Суховой Анатолий Михайлович, кфмн,

т. (496-21)64091, факс (496-21)65429, suchovoj@nf.jinr.ru

Лаборатория нейтронной физики имени И.М.Франка, ОИЯИ,141980 Дубна

Взаимодействие квантовых систем, описываемых статистикой Ферми и статистикой Бозе изучено к настоящему времени только в макросистемах. Это обычная и высокотемпературная сверхпроводимость. Для полного понимания природы этого взаимодействия необходимо найти как новую область, в которой оно проявляется, так и методы его эффективного экспериментального изучения. В настоящее время двум этим условиям может удовлетворять только экспериментальное определение плотности уровней произвольного ядра и вероятности их возбуждения до энергий минимум 6-10 МэВ.

Основная проблема в таких экспериментальных исследованиях заключается в необходимости предельно возможной минимизации систематических ошибок и, особенно важно, полном исключении всех модельных представлений, используемых в анализе экспериментальных данных. Все реализованные к настоящему времени методики экспериментов этим условиям не удовлетворяют. Безмодельная и предельно точная экстракция указанной информации достигнута только при совместном анализе интенсивностей двухквантовых каскадов и каскадной заселенности уровней. Основной его результат: свойства ядра радикально и, скорее всего, циклически изменяются в области энергий возбуждений, близкой к удвоенной энергии спаривания нуклонов. Эффект легко интерпретируется в рамках

представления о разрыве куперовских пар нуклонов. Его детализация и последующее модельное описание требуют систематического изучения ядер различного типа и дальнейшего снижения систематических ошибок.

Технических препятствий для этого в разработанных методиках эксперимента не выявлено. Он может быть выполнен на любом источнике тепловых или резонансных нейтронов, обеспечивающем в образце ≈10>⁴ – 10⁵ захватов в секунду при использовании, как минимум, пары HPGe детекторов с относительной эффективностью не менее 50% для регистрации гамма-гамма совпадений с суммарной энергией E₁+E₂≤Bn.

В предварительных экспериментах в ЛНФ установлено, что гамма-лучи деления не создают непреодолимых препятствий для постановки соответствующего эксперимента для четно-нечетных делящихся ядер-мишеней. И соответственно, принципиально новой информации для них.

Литература.

Суховой А. М., Хитров В.А., ЭЧАЯ, 36(4) (2005) 697.

http://www1.jinr.ru/Pepan/Pepan_index.html.

Усовершенствование эксперимента Крона и Ринго по измерению длины рассеяния нейтрон– электрон.

Еник Т.Л., Мицына Л.В., Николенко В.Г., Паржицкий С.С., Попов А.Б., Самосват Г.С., Харьюзов Р.В. (ЛНФ ОИЯИ),

Либанова О.Н., Рябов Ю.В.(ИЯИ РАН)

Самосват Георгий Сергеевич, д.ф.-м.н., с.н.с.; Лаборатория нейтронной физики им. И.М.Франка ОИЯИ; т. (49621)62187; факс (49621)65429; mitsyna@nf.jinr.ru

В работах Крона и Ринго [V.E.Krohn, G.R.Ringo. Phys. Rev. 148, 1303(1966); Phys. Rev. D8, 1305(1973)] длина (n,e)-рассеяния вычислялась по формуле

где сечение ядерного рассеяния тепловых нейтронов на благородном газе, соответствующая длина когерентного рассеяния, число электронов в атоме, разность электронных форм-факторов атома при энергии нейтрона и двух разных углах рассеяния, отношение дифференциальных сечений рассеяния на атоме в системе центра масс при углах и . Поэтому измеряемое отношение интенсивностей рассеяния на эти углы должно быть преобразовано в отношение Надо 1) ввести поправки на эффективность детектора, 2) перейти к лабораторной системе, 3) учесть тепловое движение атомов газа. Кроме того, надо определить значения форм-фактора Все это существенно зависит от скорости рассеиваемого нейтрона и, следовательно, должно быть усреднено по реальному спектру пучка, известному с ограниченной точностью.

Наше предложение состоит в том, чтобы работать на импульсном источнике тепловых нейтронов и, используя метод времени пролета, разделять получаемую информацию на несколько групп, соответствующих сравнительно узким интервалам энергии. Тогда вместо одного значения будет получено несколько значений с нейтронами разных энергий, и любое заметное их несовпадение будет служить сигналом какой-либо ошибки. И наоборот, хорошее совпадение разных результатов по практически гарантирует правильность их среднего значения.

В докладе подробно говорится об устройстве установки, порядке работы с ней и об ожидаемых результатах.

Обзор состояния ядерных данных для младших актинидов

Гай Е.В., Игнатюк А.В., Пономарев Л.И., Фурсов Б.И..

ГНЦ РФ Физико-энергетический институт, г.Обнинск

Рассмотрено состояние ядерных данных по сечениям деления младших актинидов - изотопов нептуния, америция, кюрия и Pu-238. Анализ проведен для двух диапазонов энергии: от тепловой до 100 кэВ и от 100 кэВ до 20 МэВ. Показаны расхождения экспериментальных данных и оценок, сформулированы рекомендации по проведению дополнительных измерений и методам измерений. Оценена точность ядерных данных и представлены требования к точности для решения проблемы трансмутации младших актинидов в быстрых реакторах-выжигателях и ускорительно-управляемых системах.

Измерение сечений Nb, Mo, In, Ta, W на нейтронных пучках ИБР-30 и ММФ

Ю.В.Григорьев, Б.В.Журавлев, О.Н.Павлова

ГНЦ РФ Физико-энергетический институт, г.Обнинск

А.И.Берлев, А.Д.Перекрестенко

Институт ядерных исследований РАН, г.Троицк

Ж.В.Мезенцева

Объединенный институт ядерных исследований, г.Дубна

Григорьев Юрий Васильевич – д.ф.-м.н., внс ГНЦ РФ-ФЭИ, griguv@mail.ru

С целью уточнения нейтронных сечений и их интегральных характеристик на 120 м пролетной базе импульсного источника нейтронов ИБР-30 (W = 10 кВт, f =100 Гц, ( =4мкс,) были проведены измерения времяпролетных спектров с помощью 16-секционного жидкостного (n, ()-детектора ПАРУС [1] (L=121.65 м) и нейтронного детектора малой эффиктивности ((теп = 0.5%) в виде батареи из трех В-10 счетчиков типа СНМ-12 (L=124 м). Образцами-радиаторами служили тонкие металлические диски Nb, Mo, In, Ta, W, 238U диаметром 80 мм. Аналогичные измерения проведены на 30 м пролетной базе импульсного нейтронного источника РАДЭКС ММФ [2] ( Ip = 0.5 мкА, f =50 Гц, ( = 1мкс) для сравнения со спектрометрическими характеристиками ИБР-30. В последнем случае в качестве (n, ()-детектора использовались только одна 8-секционная половина установки ПАРУС и нейтронный детектор с одним Не-3 счетчиком высокой эффективности ((теп = 50%). Из измереннных спектров определены групповые пропускания, полные сечения и сечения радиационного захвата. В таблице приведены экспериментальные и расчетные сечения в барнах. Расчет проводился по программе ГРУКОН на основе оцененных данных библиотеки ENDF/B-6 (B-6). При определении групповых сечений радиационного захвата использовались стандартные расчетные значения сечений захвата 238U, полученные на основе библиотеки ENDF/B-6.

Проведенные сравнительные измерения указывают на то, что энергетическое разрешение времяпролетного спектрометра ИБР-30 (120 м) на 30% выше, чем у спектрометра ММФ (30 м), плотность потока на 120 м пролтной базе ИБР-30 составляет 100 н/эВсм2с, а на 30 м пролетной базе ММФ - 1 н/эВсм2с при указанных выше параметрах, отношение эффекта к фону в спектрах спектрометра ММФ в 2-3 раза лучше,чем на ИБР-30.

Список литературы

1. Григорьев Ю.В.,Китаев В.Я.,Георгиев Г.П. Препринт ФЭИ № 2391.-Обнинск: ФЭИ,1994

2. Бенецкий Б.А., Бекетов Ф.З., Грачев М.И. и др. Препринт ИЯИ РАН INR-1058/2001

2.Обзор состояния ядерных данных для младших актинидов. Гай Е.В., Игнатюк А.В., Пономарев Л.И., Фурсов Б.И.(докл).

Выстроенные ядерные мишени из LiIO₃ , HIO₃ и Sb для исследования нарушения временной инвариантности.

А.Г. Беда

Институт теоретической и экспериментальной физики, Москва

Использование выстроенных ядерных мишеней для исследования нарушения временной инвариантности в нейтрон-ядерных взаимодействиях является весьма перспективным благодаря большому усилению эффектов нарушения временной инвариантности в компаунд-резонансах средних и тяжелых ядер. В работе предложены подходящие рабочие вещества из монокристаллов LiIO₃ , HIO₃ и Sb, в которых ядра I и Sb могут быть выстроены методом грубой силы при низких температурах. Были выращены монокристаллы нужных размеров из LiIO₃ , HIO₃ и из металлической сурьмы, и предложена конструкция современного рефрежиратора растворения, в котором предварительное охлаждение обеспечивается двухступенчатым рефрижиратором на импульсных трубках без применения криогенных жидкостей. Использование предложенных мишеней на импульсных источниках нейтронов нового поколения JSNS (Япония ) и SNS (США) открывает возможность постановки экспериментов по исследованию нарушения временной инвариантности, обусловленного сохраняющим пространственную четность и нарушающим временную инвариантность взаимодействием.

Исследовательские возможности нейтронного спектрометра по времени замедления нейтронов в свинце СВЗ-100.

А.А.Алексеев, А.А.Бергман А.И.Берлев, А.П.Жуков, А.Д.Перекрестенко, Н.М.Соболевский.

Институт ядерных исследований РАН, г.Троицк

В ИЯИ РАН создан новый спектрометр по времени замедления в свинце (СВЗ-100) с массой 100 тонн на пучке линейного ускорителя протонов ИЯИ. По энергетическому разрешению он является лучшим в мире, обладая большой светосилой в области малых энергий нейтронов. Сочетание СВЗ с графитовой призмой позволяет производить измерения вплоть до максвелловского спектра нейтронов.

Предварительные измерения в области энергий до 1 кэВ подтвердили ожидаемые характеристики СВЗ. В этой области энергий проведены измерения сечений подбарьерного деления для ряда ядер.

Экспериментальное исследование реакции n+d p+n+n и определение синглетных длин рассеяния из данных о nn и np-взаимодействии в конечном состоянии (проект эксперимента)

Бурмистров Ю.М., Зуев С.В., Конобеевский Е.С., Мордовской М.В., Поташев С.И., Рябов Ю.В., Сергеев В.А., Скоркин В.М. ИЯИ

Конобеевский Евгений Сергеевич, к.ф-м.н., ИЯИ, 135-40-25, konobeev@al20.inr.ru

Проект направлен на решение проблемы нарушения зарядовой симметрии ядерных сил (НЗС), что имеет большое значение для развития современной ядерной физики, а также теории сильного взаимодействия. Теоретический анализ малого эффекта НЗС требует достаточно точных данных о длинах рассеяния a_pp и a_nn для pp- и nn-систем. Однако результаты экспериментов по исследованию nn-взаимодействия в конечном состоянии (ВКС) дают существенно различные значения a_nn . Проект предполагает проведение кинематический полного эксперимента по исследованию реакции n+d p+n+n и определение синглетных длин рассеяния a_nn и a_np на основе теоретического анализа данных о nn- и np-взаимодействии в конечном состоянии.

Эксперимент будет проведен на нейтронном пучке Московской мезонной фабрики ИЯИ РАН. В отличие от предыдущих работ в нем будут регистрировать в совпадении два нейтрона, определять энергию каждого нейтрона и угол между ними. Таким образом, в эксперименте будет непосредственно изучаться зависимость выхода реакции от внутренней энергии nn-системы в кинематической области ВКС, что позволит определить с достаточной точностью синглетную длину рассеяния a_nn. Проведено моделирование эксперимента и тестовое испытание аппаратуры на нейтронном пучке время-пролетного спектрометра РАДЕКС

NEUTRONIC AND PHYSICAL CHARACTERISTICS OF THE ADS CORE WITH A LEAD-208 COOLANT

Georgy L. Khorasanov, Anatoly P. Ivanov, Anatoly I. Blokhin.

Tel.: +7-48439-9 85 05, Fax: +7-48439-6 82 25, E-mail: khorasan@ippe.ru

Institute for Physics and Power Engineering named after A.I.Leypunsky 1, Bondarenko square, Obninsk, Kaluga region, 249033 Russian Federation

Presently, several research centers of the European Community are planning to construct in 2025-2030 a demonstration facility EFIT with the aim to transmutate minor actinides (MA) –wastes of nuclear power plants. It is supposed that the thermal capacity of the EFIT subcritical core will be equal to several hundreds of MW and it will be driven by a proton beam of energy Ep= 1000 МeV and current about Ip=20 mA. In supporting this project, in 2001-2004 in Europe the facilities PDS-XADS with 80 MW thermal capacity and MYRRHA with 50 MW thermal capacity were considered within a design phase. In these facilities a traditional eutectic of natural lead (Pb-nat) and bismuth, Pb-nat(45%)-Bi(55%), was proposed as a coolant material for a target and a subcritical core. With the aim of hardening the ADS target neutron spectrum, in the papers [1, 2] a potential opportunity of using the modified lead-bismuth eutectic consisted from (80-90) % of a slow moderation lead isotope, Pb–208, and (20-10) % of Bi-209 has been proposed.

In this paper a possibility of using molten pure Pb-208 as a coolant for a subcritical core of 80 MW thermal capacity of a PDS-XADS type facility is considered. Calculations of neutronic and physical characteristics of the core were performed using Monte Carlo technique, the MCNP/4A code, the program NJOY and the library ENDF/B-VI.

The following initial data were chosen: an annulus core with a target – the neutron source in its center; a core coolant – Pb-208 (100%); a fuel – mix of mono nitrides of depleted uranium and power plutonium with a small share of neptunium and americium; a target coolant – the modified eutectic, Pb-208(80%)-Bi(20%); proton beam energy – 600 MeV; effective multiplication factor of the core – Keff = 0.97; thermal capacity of the core – N = 80 MW.

From calculations performed it follows that in using Pb-208 as a core coolant the necessary intensity of external source neutrons to deliver 80 MW thermal capacity is equal to S = 2.29·1017 n/s, that corresponds to proton beam current Ip = 2.8 mA and beam capacity Рp = 1.68 МW.

In using natural lead instead of Pb-208 as a core coolant, effective multiplication factor of the core in normal operating regime falls down to the value equal to Keff =0.95. In these conditions multiplication of external source neutrons in the core and its thermal capacity are below nominal by 1.55 times. For achievement the rated core power N=80 МW it is required on ~20-30 % to increase the fuel loading and volume of the core, or by 1.55 times to increase intensity of external source neutrons. In the last case, the required parameters of proton beam and its target are following: intensity of external source neutrons S = 3.55·1017 n/s., beam current Ip = 4.32 mA, beam capacity Рp = 2.59 МW.

Thus, in using Pb-208 instead of conventional Pb-nat the operating beam current of the accelerator for the 80 MWth PDS-XADS type facility can be cut from 4.32 mA to 2.8 mA. To exploit the accelerator with this lower proton beam current it will be required about 20-60 tons of Pb-208, as a minimum, for the core coolant. Charges for its obtaining can be recovered at the expense of the economy of the proton accelerator construction cost. In this case, the accepted price of the lead isotope Pb-208 must be less than 1,500-5,000 $/kg.

REFERENCES

1. Georgy L. Khorasanov, Anatoly P. Ivanov, Anatoly I. Blokhin. Regulation of the ADS neutron spectrum by changing the target material isotopic composition (I). In: CD-ROM Proceedings of the 13th International Conference on Nuclear Engineering ICONE 13, May 16-20, 2005, Beijing, China, Paper # 50410. Book of Abstracts, Beijing: Atomic Energy Press, 2005, p.143.

2. Georgy L. Khorasanov, Anatoly P .Ivanov, Anatoly I. Blokhin. Regulation of the ADS neutron spectrum by changing the target material isotopic composition (II). In: CD-ROM Proceedings of the 7th International Conference GLOBAL 2005, October 9-13, 2005, Tsukuba, Japan, Paper # 113. Book of Abstracts, 2005, p. 79.

REGULATION OF THE ADS TARGET NEUTRON SPECTRUM BY CHANGING THE TARGET MATERIAL ISOTOPIC COMPOSITION

Georgy L. Khorasanov, Anatoly P. Ivanov, Anatoly I. Blokhin

-6 Phone: 7-08439-9 85 05, Fax: 7-0843982 25, Е-mail: khorasan@ippe.ru

State Scientific Center of the Russian Federation -

Institute for Physics and Power Engineering named after A.I.Leypunsky (SSC RF-IPPE)

1 Bondarenko Square, Obninsk, Kaluga Region, 249033 Russian Federation

In the paper a possibility of using the lead isotope, Pb-208, (52.3 % of the natural mix of isotopes) in the eutectic of lead and bismuth (Pb-Bi), nowadays used in Europe as a material of a target and blanket of Accelerator Driven Systems (ADS), such as the XT-ADS and MYRRHA is considered. Spectra of neutrons and protons in and outside the target from Pb-208(80%)-Bi(20%) are calculated. It is shown that in such target a harder spectrum of neutrons is realized in comparison with the target from the conventional eutectic of natural lead (Pb-nat) and bismuth, Pb-nat(45%)-Bi(55%). The induced activity of the modified lead-bismuth target is reduced due to its depleting by neutrons of intermediate energy, 10-100 keV, and reduction the bismuth quantity in its contents from 55% to 20%.

Предложение по ADS - установке на основе линейного ускорителя ИЯИ РАН.

1 – Институт ядерных исследований РАН,

2 – РНЦ КИ,

3 – Объединенный институт ядерных исследований,

4 - НИКИЭТ

Основной докладчик: Сидоркин Станислав Федорович

ABSTRACT

The results of discussions about research ADS stand of MMF INR up to 5 MW power and nuclear transmutation investigations are summarized in the paper [1]. The basic approaches to designing are stated. Physical and design features of research ADS stand conformably to existing infrastructure of MMF INR are discussed (physical and technical safety, the horizontal input of beam, the additional barriers of safety for excluding loss of coolant, and so on). The description of features of the tungsten and uranium targets providing the maximal yield of neutrons and rather high life time due to the dispersed thermal load on a window is given. Possible structures and geometry of blankets are discussed. Results of initial designed studies are given too.

СПЕКТРОМЕТР БЫСТРЫХ НЕЙТРОНОВ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ

Возможности прямого измерения спектра и плотности потока быстрых нейтронов на нейтронном комплексе ММФ

Абдурашитов Д.Н., Веретенкин И.Е., Гаврин В.Н., Матушко В.Л., Шихин А.А., Янц В.Э.

ИЯИ РАН

В ИЯИ РАН на основе жидкого органического сцинтиллятора разработан спектрометр быстрых нейтронов с высоким амплитудным разрешением. Принцип действия детектора основан на раздельной регистрации протонов отдачи с последующей компенсацией нелинейности световыхода органического сцинтиллятора. Изготовлен действующий пилотный вариант спектрометра, проведены измерения фона и функции отклика детектора. Основные характеристики пилотного детектора: способность измерения спектра и плотности потока нейтронов в пределах 100 ? 104 см-2 с-1 в диапазоне энергий 3 ? 50 МэВ; аппаратное разрешение для 14 МэВ не хуже 20%; эффективность в диапазоне 3 ? 15 МэВ не ниже 0.2%. Спектрометр является уникальным по своим характеристикам и может быть использован для прямого измерения потоков каскадных нейтронов в экспериментальных каналах нейтронного комплекса Московской мезонной фабрики.