Турбинный эффект в эксперименте с хранением ультрахолодных нейтронов

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

При взаимодействии ультрахолодных нейтронов с движущимися поверхностями может происходить изменение их энергии (так называемый турбинный эффект). При этом возможно как увеличение, так и уменьшение энергии нейтронов. В предыдущих экспериментах с захватом ультрахолодных нейтронов в гравитационную ловушку при помощи ее поворота она изготавливалась так, чтобы иметь форму тела вращения, что делалось специально для избежания турбинного эффекта. В данной работе рассмотрен эксперимент с поворотной гравитационной ловушкой, не имеющей форму тела вращения. Методом Монте-Карло проведено моделирование турбинного эффекта на разных стадиях эксперимента. Вычислена трансформация нейтронного спектра с течением времени в зависимости от скорости поворота ловушки. Рассмотрена возможная систематическая ошибка в результате измерения времени жизни нейтрона из-за влияния турбинного эффекта. Получены параметры эксперимента, при которых она отсутствует.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. К. Фомин

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Author for correspondence.
Email: fomin_ak@pnpi.nrcki.ru
Russian Federation, 188300, Гатчина Ленинградской обл., мкр. Орлова Роща, 1

A. П. Серебров

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: fomin_ak@pnpi.nrcki.ru
Russian Federation, 188300, Гатчина Ленинградской обл., мкр. Орлова Роща, 1

References

  1. Antonov A.V., Vul’ D.E., Kazarnovskii M.V. // JETP Lett. 1969. V. 9. P. 180.
  2. Steyerl A., Nagel H., Schreiber F.-X., Steinhauser K.-A., Gähler R., Gläser W., Ageron P., Astruc J.M., Drexel W., Gervais G., Mampe W. // Phys. Lett. A. 1986. V. 116. P. 347. https://doi.org/10.1016/0375-9601(86)90587-6
  3. Andreev A.Z., Glushkov A.G., Geltenbort P., Ezhov V.F., Knyaz’kov V.A., Krygin G.B., Ryabov V.L. // Tech. Phys. Lett. 2013. V. 39. P. 370. https://doi.org/10.1134/S1063785013040159
  4. Fomin A.K., Serebrov A.P. // JETP Lett. 2010. V. 92. P. 40. https://doi.org/10.1134/S0021364010130084
  5. Serebrov A., Varlamov V., Kharitonov A. et al. // Phys. Lett. B. 2005. V. 605. P. 72. https://doi.org/10.1016/j.physletb.2004.11.013
  6. Serebrov A.P., Kolomensky E.A., Fomin A.K., Krasnoshchekova I.A., Vassiljev A.V., Prudnikov D.M., Shoka I.V., Chechkin A.V., Chaikovskiy M.E., Varlamov V.E., Ivanov S.N., Pirozhkov A.N., Geltenbort P., Zimmer O., Jenke T., Van der Grinten M., Tucker M. // Phys. Rev. C. 2018. V. 97. P. 055503. https://doi.org/10.1103/PhysRevC.97.055503
  7. Ezhov V.F., Andreev A.Z., Ban G., Bazarov B.A., Geltenbort P., Glushkov A.G., Knyazkov V.A., Kovrizhnykh N.A., Krygin G.B., Naviliat-Cuncic O., Ryabov V.L. // JETP Lett. 2018. V. 107. P. 671. https://doi.org/10.1134/S0021364018110024
  8. Gonzalez F.M., Fries E.M., Cude-Woods C., Bailey T., Blatnik M., Broussard L.J., Callahan N.B., Choi J.H., Clayton S.M., Currie S.A., Dawid M., Dees E.B., Filippone B.W., Fox W., Geltenbort P., George E., Hayen L., Hickerson K.P., Hoffbauer M.A., Hoffman K., Holley A.T., Ito T.M., Komives A., Liu C.-Y., Makela M., Morris C.L., Musedinovic R., O’Shaughnessy C., Pattie R.W., Jr., Ramsey J., Salvat D.J., Saunders V., Sharapov E.I., Slutsky S., Su V., Sun X., Swank C., Tang Z., Uhrich W., Vanderwerp J., Walstrom P., Wang Z., Wei W., Young A.R. // Phys. Rev. Lett. 2021. V. 127. P. 162501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.162501
  9. Клюшников Г.Н., Серебров А.П. // ЖЭТФ. 2023. Т. 164. В. 3(9). С. 1.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Calculation scheme of the experimental setup: 1 – UCN trap, 2 – vacuum volume, 3 – neutron guide for UCN release from the trap, 4 – gate of the neutron guide for UCN release, 5 – UCN detector, 6 – neutron guide for filling the trap with ultracold neutrons, 7 – gate of the neutron guide for filling UCN.

Download (172KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Timing diagram of the rotation angle of the trap with a holding time of 300 s.

Download (222KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. UCN spectrum at different moments of time: 1 – 650 s, 2 – 700 s, 3 – 1000 s, 4 – when registered on the detector. The energy is counted from the bottom of the trap in a horizontal position (θtrap = 0).

Download (219KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Relative change in UCN energy depending on the collision location for the following processes: a – capture before monitoring, b – capture after monitoring, c – release to the detector after retention. The dashed line shows the trap position in the horizontal position (θtrap = 0). Different scales are determined by different numbers of UCN collisions with the walls at different stages of the experiment.

Download (288KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Results of modeling measurements with different monitoring angles: a – 2.5, b – 5, c – 7.5, d – 10. On the left is the time diagram for different retention times, when the trap rotation time by 180 is 90 s: 1 – short retention time, 2 – long. On the right is the corresponding neutron spectrum when registered on the detector after a short retention time with the following trap rotation times by 180°: 1 – 90 s, 2 – 135 s, 3 – 180 s.

Download (764KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the number of neutrons in the drain after a short holding time on the monitoring angle. The time for turning the trap by 180° is 90 s.

Download (164KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of the correction to the neutron lifetime measurement result on the monitoring angle. The time for turning the trap by 180° is 90 s.

Download (166KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependence of the correction to the neutron lifetime measurement result on the time of trap rotation by 180°. Monitoring angle 7.5°.

Download (153KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences