Uploaded by asliddinfarhodov777

Farhodov A.

advertisement
O‘zbekiston Milliy Universiteti
Fizika fakulteti
Yadro Fizikasi kafedrasi
F-2005 guruh talabasi
Farhodov Asliddinning
Yadro va elementar zarralar fizikasi
fanidan tayyorlagan taqdimoti
Ultrasovuq neytronlar
Ultrasovuq neytronlar
Reja:
1. UCN (Ultrasovuq neyronlar) nima?
2. UCNning o’zaro ta’sirlari
3. UCNni olish usullari
Xulosa
Foydalanilgan materiallar
UCN (Ultrasovuq neytronlar) nima?
• Bu juda sekin neytronlar kristallardan to’liq qaytadi.
• Moddiy idishlarda juda uzoq vaqt saqlanishi mumkin.
• Odatdagi parametrlar:
-tezlik < 8 m/s
- harorat < 4 mK
- kinetik energiya < 300 nev
O'zaro ta'sirlar:
- gravitatsiya: V=mgh
- zaif to’lqin (UCNning parchalanishiga
- imkon beradi)
- magnit ta’sir: V= - μB
- kuchli o’zaro ta’sir
Tortishish kuchi
* V = mgh
* Yer sayyorasidagi neytron uchun:
m = 1 GeV / c2, g = 10 m/ s2, h = 3 m
V = 300 neV
* Eslatib o'tamiz, π‘‡π‘ˆπΆπ‘ < 300 yangi
* Foydalanish:
- UCN spektrometri
- gravitatsion darajalar tajriba
Zaif kuch neytronlarni parchalanishiga olib keladi
𝑛 → 𝑝 + 𝑒 − + 𝑣 + 782 keV
Bu parchalanishda neytronlar
taxminan 15 minut yashaydi.
𝑁𝑣
𝑇𝑣
Magnit kuch
* Neytron magnit momentga ega:
πœ‡ = −1.9πœ‡π΅ = −60 𝑛𝑒𝑉/𝑇
* Magnit maydondagi magnit momentning potensial energiyasi:
𝑉 = −πœ‡π΅
Kuchli o’zaro ta’sir 3D dagi kvant mexanikasi .
Markaziy potensial 𝑉 π‘Ÿ
ℏ 2
𝛻 πœ“ + 𝑉 π‘Ÿ πœ“ = πΈπœ“
2π‘š
2
ℏ 1 πœ•
πœ•πœ“
1
πœ•
πœ•πœ“
1
πœ•
πœ“
2
−
π‘Ÿ
+ 2
sin πœƒ
+ 2 2
+𝑉 π‘Ÿ πœ“
2π‘š π‘Ÿ 2 πœ•π‘Ÿ
πœ•π‘Ÿ
π‘Ÿ sin πœƒ πœ•πœƒ
πœ•πœƒ
π‘Ÿ sin πœƒ πœ•πœ‘2
= πΈπœ“
O’zgaruvchilarni ajratish orqali ishlaymiz : πœ“ π‘Ÿ, πœƒ, πœ‘ = 𝑅 π‘Ÿ π‘Œπ‘™π‘š (πœƒ, πœ‘)
Javob:
1 πœ•
πœ•
1 πœ•2
1 2 π‘š
π‘š
π‘š
sin πœƒ
+ 2
π‘Œ = 𝑙 𝑙 + 1 π‘Œπ‘™ = 2 𝐿 π‘Œπ‘™ ;
sin πœƒ πœ•πœƒ
πœ•πœƒ
sin πœƒ πœ•πœ‘2 𝑙
ℏ
πœ• π‘š
1
π‘š
−𝑖
π‘Œπ‘™ = π‘šπ‘Œπ‘™ = 𝐿𝑧 π‘Œπ‘™π‘š
πœ•πœ‘
ℏ
ℏ2 𝑑 2 𝑒
𝑙 𝑙 + 1 ℏ2
−
+ 𝑉 π‘Ÿ +
𝑒 = 𝐸𝑒
2π‘š π‘‘π‘Ÿ 2
2π‘šπ‘Ÿ 2
Ba’zi qiziqarli oqibatlar :
𝑙 = 0,1,2, . . = 𝑠, 𝑝, 𝑑, …
π‘š = −𝑙, −𝑙 + 1, … , +𝑙
𝑒(π‘Ÿ = 0)=0
3D zarra holati, 1D holatdagiga o’xshaydi, ammo
kelib chiqishi cheksiz potensial devor bilan.
Kuchli O’zaro ta’sir
𝑇𝑛 β‰ͺ 1𝑀𝑒𝑉 π‘’π‘β„Žπ‘’π‘› 𝑙~π‘π‘Ÿ0 ~0,
𝑠 − β„Žπ‘œπ‘™π‘Žπ‘‘
Effiktiv kesim yuzasi : πœŽπ‘’π‘“ = 4πœ‹π‘Ÿ 2
π‘Ž − π‘‘π‘Žπ‘Ÿπ‘žπ‘Žπ‘™π‘–π‘ β„Ž 𝑒𝑧𝑒𝑛𝑙𝑖𝑔𝑖
Zaif potensial
Kuchli potensial
Ko'p turli xil potentsiallar "a > 0“ uchun bir xil qiymatni keltirib
chiqarishi mumkin
Fermi Potensiali
𝑉(π‘Ÿ) ni r=a da effektiv potensial almashtiramiz:
2πœ‹β„2 π‘Ž
𝑉𝑒𝑓𝑓 π‘Ÿ =
𝛿 π‘Ÿ
π‘š
Qattiq jismdagi ko’plab yadrolar uchun :
𝑉𝑒𝑓𝑓
2πœ‹β„2
π‘Ÿ =
π‘š
π‘Žπ‘– 𝛿 π‘Ÿ − π‘Ÿπ‘–
𝑖
Kichik π‘Ž uchun :
𝑉𝑒𝑓𝑓
4πœ‹π‘Žβ„2
π‘Ÿ =
𝑁0
2π‘š
𝑑3 π‘Ÿ ′
2πœ‹π‘Žβ„2
𝛿 π‘Ÿ − π‘Ÿπ‘– =
𝑛0 πœƒ π‘Ÿ ∉ 𝑉 = 𝑉0 πœƒ π‘Ÿ ∉ 𝑉
𝑉
π‘š
Fermi Potensiali
Yadro potensiali ham qaytaruvchi effiktiv
potensialga teng bo’lishi mumkin ("Fermi
potensiali")
Xuddi a > O kabi
Yirik Fermi potensial nikel-58 uchun (58Ni)
Vo = 335 neV
UCNning sinishi
UCNning kristalda singishining kirish chuqurligi
𝑑 ≈ β„·π‘ˆπΆπ‘ ≈ 50 π‘›π‘š
π‘‘π‘™π‘œπ‘ π‘  ≈
1
≈ 0,1 − 1 π‘ π‘š
𝑛0 πœŽπ‘™π‘œπ‘ π‘ 
Nisbat : 𝑓 = 𝑑/π‘‘π‘™π‘œπ‘ π‘  = 10−5 − 10−6
Odatda L ~ 10 sm o'lchamdagi idish uchun neytronlar
bir vaqt: 𝜏 ~ 𝐿/𝑓𝑉 ~ 100 - 1000 s atrofida ushlab turiladi
UCNni olish usullari
An'anaviy Usul:
- Reaktor yadrosidan neytronlarni oling
−𝐸𝑛 = 5 − 10 𝑀𝑒𝑉
- yadrolar bilan issiqlik muvozanatiga keltiring
- "Sovutilgan" neytronlarning energiya taqsimoti
Maksvell-Boltsman taqsimotiga amal qiladi:
𝑁 𝐸 ∝
1
𝐸2
𝑒
𝐸
−π‘˜π‘‡
Kam effektivlik Neytronlarning ulushi m/s
ostida faqat:
300 K da 10-11 30 K da 10-9 UCN rentabelligini:
Kuchaytirish uchun bir nechta fokuslardan
foydalaning
1. vertikal ekstraktsiya
2. turbina
ILL neytron manbai
Institut Laue-Langevin
Grenobl, Frantsiya
Supertermal manba
Ikki energiya darajasiga ega moderatorni ko'rib chiqing: E = 0, βˆ†
Moderator bilan ta’sirlashadigan neytronlar. Moderatorni
uyg’ongan holatga o’tkazish bilan neytronlar energiyasi
pasayishi mumkin.
Issiqlik muvozanatida bu energiya allmashishlar yuz bermaydi.
Maqsad UCNning termal holatga kelishiga yo'l qo'ymaslikdir
Super kondetsansiyalangan : πŸ’ 𝑯 Supertermal manba
"Super issiqlik" Manbalari
* Super termal manbasi UCN ni nima qiladi?
- Neytronning past singishi
- Yuqori bitta fonon energiyasi
* Engil atomlar
* Zaif Kristal
- Uzoq elastik o'zaro ta'sir uzunligi
* Qattiq deyteriy bu xususiyatlarga ega!
SD2-dagi UCN yo'qotishlari
* Deyteriyda yadro yutilishi
- t~ 150 ms
Fononning yuqoriga tarqalishi
- t~ 150 ms TSD2 = 5 K
• Vodorod tarkibidagi yadro yutilishi.
- t ~ 150 ms 0.2% H
* Uyg’ongan-deyteriyning konversiyasi
- t~ 150 ms 1% para-D2
Asosiy va Uyg’ongan holatlarda - D2
• D2 molekulasi ikkita molekulyar holatga ega:
- Orto (simmetrik spin) + L=0,2,…
- Para (antisimmetrik spin) + L=1,3,…
• Asosiy (orto) va uyg’ongan (para) holatlar o'rtasidagi
energiya farqi
5 meV (80 K).
• A+T = 300K da D2 gaz 33% para va 67% asosiy
Uyg’ongan D2 dan sochilish
T-300K da D2 gazining 2%
qismi uyg’ongan hisoblanadi. Past T da, asosiy
holat uchun uyg’ongan holatga aylanish oy davom
etadi. Konversiyani tezlashtirish uchun magnit
moddadan foydalaniladi.
Impulsli netronlar
Neytronlar proton
ta'sirida "spallatsiya"orqali
ishlab chiqariladi
SD2-ga impulslar orasida
sovishini ta'minlaydigan
katta neytron portlashlarini
ishlab chiqarishi mumkin
Volfram neytronlarni 1
GeV proton nur-18
neytronlar/ proton
Kvantlangan
energiya darajalari
Energiya darajasi kutilgan
yutuvchi modda qalinliklarida
kuzatiladi.
Xulosa
Neytronlarning o'zaro ta'sirini aniq o'lchash fundamental fizikaga Oynani
taklif qiladi:
• Neytron Beta Parchalanishi
- Elektr zaif o'zaro ta'sir sinovlari
- Standart modeldan tashqari fizika uchun zond, masalan
• Neytron Elektr Dipol Momenti, Neytron Antineytrontebranishlar
- standart modelda mavjud bo'lmasligi kerak
- Standart modeldan tashqari fizika uchun zond
• Gravitatsion maydondagi neytron kvant holatlari
- Yadrodagi zarrachalar energiya darajasi
- Kvant mexanikasining aniq sinovlari uchun potentsial,
ekvivalentlikprintsip, tortishish modifikatsiyalari.
FOYDALANILGAN MANBALAR:
Internet saytlari:
1. https://arxiv.org/abs/2006.04568
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Ultracold_neu
trons
Adabiyotlar va darsliklar:
1. К.Н.МУΠ₯ИН-Π­ΠΊΡΠΏΠ΅Ρ€ΠΈΠΌΠ΅Π½Ρ‚Π°Π»ΡŒΠ½Π°Ρ
ядСрная Ρ„ΠΈΠ·ΠΈΠΊΠ°. Π’ΠΎΠΌ 2-(94-104 betlar)
Elektron adabiyotlar:
1. Π’.К Π˜Π³Π½Π°Ρ‚ΠΎΠ²ΠΈΡ‡-Π£Π»Ρ‚Ρ€Π°Ρ…ΠΎΠ»ΠΎΠ΄Π½Ρ‹Π΅
Π½Π΅ΠΉΡ‚Ρ€ΠΎΠ½Ρ‹-ΠΎΡ‚ΠΊΡ€Ρ‹Ρ‚ΠΈΠ΅ ΠΈ исслСдованыС
Taqdimot nihoyasiga yetdi.
E’tiboringiz uchun
tashakkur!
Download