1 Слайд - АНАЛИЗ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МЕТОДА ПО ПРОВЕРКЕ ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ ИНЕРТНОЙ И ГРАВИТАЦИОННОЙ МАСС НЕЙТРОНА КРИСТАЛЛ-ДИФРАКЦИОННЫМ МЕТОДОМ
2 слайд. -
Идея этого эксперимента аналогична хорошо известному опыту Брагинского по проверке эквивалентности инертной и гравитационной масс нейтрона и она заключается в следующем. Земля находится на стационарной орбите вокруг Солнца, т.е. для нее гравитационное притяжение Солнца, которое пропорционально гравитационной массе Земли, уравновешено центробежной силой, пропорциональной инертной массе Земли. Если для нейтрона мы будем иметь другое, чем для Земли, отношение инертной и гравитационной масс, то в системе отсчета Земли на нейтрон будет действовать ненулевая сила, равная разнице центробежной и гравитационных сил (1)
, дельта-параметр, характеризующий возможное нарушение эквивалентности инертной и гравитационной масс. Воздействие такой силы приведет к искривлению траектории дифрагирующего нейтрона в кристалле, и как раз к такому искривлению чувствительна экспериментальная установка.
3 слайд
Тк. установка вращается вместе с Землей, то мы должны наблюдать суточные осцилляции проекции этой нескомпенсированной силы на вектор обратной решетки. Что в данной постановке эксперимента должно приводить к осцилляциям интенсивности детектируемых нейтронов на выходной поверхности кристалла, что и предлагается измерять в эксперименте.
Сила гравитационног притяжения Солнца составляет ..., таким образом при чувствительности 5*10-18эВ/см получим точность 10-5
4 слайд
Эффект дифракционного усиления, который используется в данном методе для увеличения чувствительности установки заключается в том , что при дифракции по Лауэ изменение направления волны нейтронов в пределах брегговской ширины ( прибл 10-5 радиан) приводит к изменению направления движения нейтрона в кристалле на угол Брэгга, т. е. на радианы. Численные оценки (К) фактора дифракционного усиления для кристаллов кварца и кремния дают величины порядка ~109.
При этом внешняя сила, действующая на нейтрон, эквивалентна градиенту межплоскостного расстояния, что приводит уравнение траектории нейтрона к виду:
5 Слайд
Наличие внешней силы приведет к искривлению траектории нейтрона в кристалле и, как следствие, к пространственному смещению нейтронного пучка на выходной грани кристалла на величину:...
(По слайду)
6 Слайд
Ранее было показано, что и по слайду выводы
- При градиенте магнитного поля на уровне 0,01 Гс/см влияние магнитной силы пренебрежимо мало
- При стабильности поддержания температуры на уровне ~10-7 К/сек, влияние деформаций кристалла несущественно
- Необходимо обеспечить динамическую виброизоляцию в диапазоне 1-1000 Гц
7 слайд
В этом эксперименте будет использоваться кристалл кремния с размерами...,
Рабочая плоскость (220) с межплоскостным расстоянием 1.92 ангстрем. указанный на фотографиии
8 Слайд
В эксперименте будет использоваться кристалл кремния (2) , с размерами -- 130х130х218 мм, который находится в двухслойном термостате с активной и пассивной термостабилизацией, заполненном воздухом, размеры термостата -- 700х600х800 мм. На одной из поверхностей кристалла находится поглотитель (3), толщиной 1мм , который в нашем случае и является источником тепла за счет реакции радиационного захвата, сопровождающиеся выделением энергии.
В качестве поглотителя мы будем рассматривать: бор, кадмий или гадолиний.
9 Слайд
Построенная модель дала следующий результат о распределении градиента температур в кристалле. при Q=3*104.
10слайд
Чтобы найти значения градиентов температур в реальном эксперименте, а не в модели найдем количество теплоты Q, выделяемое в поглотителе нейтронов:
Q=(Qo *Ф)/V
Где Qo - количество теплоты выделяющееся от одного акта поглощения, Ф -- поток нейтронов Ф = Фо*h*cosQb*L, где Qb - угол Брэгга, равный 68о, а ,следовательно, CosQb=0,37 , h- высота рабочего кристалла, равная 0,13 м , Ф0=109 Н/м2, а V= d*h*L- объем, равный 182*10-7 м. {d- толщина поглотителя, L- высота кристалла - (7см)}
Q0=?Qi*?i*?i/??i*?i
Где ? -- концентрация атомов , ? -- сечение поглощения, ?*? -- макросечение поглощения одним атомом.
Воспользовавшись линейной зависимостью объемной плотности тепловыделения и значения градиента температур, можем найти реальные, а не модельные значения градиента.
G=Gi * (Q/Qi)
G - значение градиента, Qi - значение количества теплоты используемое в модели.
Qi = 3*104Вт/м3, количество теплоты в модели.
Gi - значение градиента получаемое в модели
11 Слайд
чтение слайда
12 слайд
На данном слайде представлен граффик распределения градиента температур в кристалле для В.
13 Слайд
Можно найти деформацию межплоскостного расстояния.
Внешняя сила Fext, действующая на нейтрон вдоль вектора обратной решетки g эквивалентна градиенту межплоскостного расстояния в этом же направлении с величиной
?= Fext/2*En
где En -- энергия нейтрона внутри кристалла, En = 5,7*10-3эВ.
14 слайд
Наличие внешней силы приведет к искривлению траектории нейтрона в кристалле и, как следствие, к пространственному смещению нейтронного пучка на выходной грани кристалла на величину ?1F . Рассчитав данную величину для нашего случая по следующей формуле {далее послайду}
15 слайд
Была проведена экспериментальная проверка чувствительности
В эксперименте по исследованию чувствительности метода проводимого на пучке тепловых нейтронов реактора ВВР-М (ПИЯФ НИЦ КИ, Гатчина) было получено: ?1F = 6,6мм, что гораздо больше полученных нами значений.
На рисунках изображен сам эксперимент
( только аппертура 56см)
16Слайд
Выводы:
1. Полученные результаты говорят о том, что наименьший градиент температуры достигается при использовании бора, в качестве металла поглотителя.
2. Рассчитано значение смещения нейтронного пучка на выходной грани кристалла для бора, кадмия и гадолиния. Теоретическое значение для каждого из трех элементов не превышает экспериментальную величину.
3. Радиационный нагрев кристалла не оказывает существенного влияния на эксперимент по проверке эквивалентности инертной и гравитационной масс для нейтрона методом дифракции по Лауэ в совершенном кристалле.
