La investigación en física nuclear con neutrones es tradicionalmente uno de los campos científicos prioritarios que se desarrollan en el JINR. El uso combinado de las instalaciones básicas del FLNP (fuente pulsada de neutrones resonantes IREN, reactor pulsado IBR-2 y generador electrostático EG-5, así como la instalación TANGRA) permite realizar experimentos en un amplio rango de energías de neutrones, desde fríos hasta ~14 MeV en la actualidad, y el uso de fuentes externas de neutrones, como n_TOF (CERN), hace posible ampliar el rango de energía a varios cientos de MeV. Se están llevando a cabo trabajos para establecer cooperación con CSNS (China) y iThemba (Sudáfrica). Las actividades en el marco del tema están dirigidas a implementar las tareas formuladas en las propuestas para el Plan de Desarrollo a Siete Años de JINR para 2024-2030 en el campo de la “Física Nuclear”. La investigación en física se puede dividir en tres áreas: estudio de violaciones de simetrías fundamentales en las interacciones de neutrones con núcleos, obtención de datos nucleares; estudio de las propiedades fundamentales del neutrón, física de neutrones ultraceldos y muy fríos; investigación aplicada y metodológica. El programa científico sobre el tema “Física Nuclear de Neutrones” se llevará a cabo en el marco de tres proyectos: dos proyectos científicos (“Investigaciones sobre interacciones nucleares de neutrones y propiedades del neutrón” y “TANGRA”) y un proyecto científico y técnico (“Modernización del acelerador EG-5 y su infraestructura experimental”). Las actividades para el desarrollo del concepto de una fuente de UCN en un reactor pulsado se agrupan en una actividad separada.

Proyecto “TANGRA”

El proyecto está dedicado a resolver problemas fundamentales y aplicados utilizando el método de neutrones etiquetados (TNM). El área de interés del proyecto son las reacciones nucleares inducidas por neutrones con energía de aproximadamente 14 MeV. Las principales áreas de investigación en 2024 son:

  • Continuación del programa para medir las secciones transversales de emisión de rayos gamma. Esta información es necesaria para el análisis elemental, simulaciones de Monte Carlo de instrumentos nucleares y verificación de cálculos teóricos. Los datos disponibles son imprecisos e incompletos. Para estas mediciones se desarrolló y construyó una instalación especial, y se llevaron a cabo experimentos de prueba exitosos con C, O, Si. En 2024, se planea medir las secciones transversales de reacción (n,Xγ) para 22 elementos.

  • Mediciones de correlaciones angulares de neutrones dispersados y rayos gamma en dispersión inelástica de neutrones de carbono. Los experimentos para estudiar las correlaciones (n'γ) son importantes para comprender el mecanismo de las reacciones (n,n'). Estas correlaciones son desconocidas para un gran número de núcleos, mientras que existen datos similares para reacciones que involucran protones en un gran número de objetivos, por lo que resulta interesante comparar los datos de protones y neutrones.

  • Continuación del desarrollo de métodos de análisis elemental de suelos en colaboración con Diamant LLC. En 2023, se llevaron a cabo una serie de mediciones de prueba con diversas muestras de suelo para evaluar la sensibilidad de la técnica y optimizar la configuración de la instalación compacta para análisis de campo. Se planea ensamblar y probar un prototipo de instalación de campo en 2024.

Proyecto “Modernización del acelerador EG-5 y su infraestructura experimental”

Como resultado de la implementación del proyecto en 2024, en cooperación con el Instituto de Física Nuclear G.I.Budker de la SB RAS, se mejorarán significativamente los parámetros del sistema de alto voltaje del acelerador EG-5: la fuente de iones será reemplazada por un análogo moderno UHF con control por fibra óptica; el tubo acelerador será cambiado por un análogo con óptica de iones tipo condensador; se modernizará la instalación para análisis elemental de objetos planos mediante haces de iones (reemplazo de la bomba de vapor-aceite de alto vacío por un análogo moderno turbomolecular, instalación de la cámara de la instalación sobre una base antivibración, reemplazo del módulo de procesamiento de señales por un análogo moderno desarrollado en JINR, mejora del rendimiento general de la instalación optimizando la disposición de los elementos del sistema de vacío).
La modernización del sistema de acelerador de alto voltaje nos acercará a la solución de las principales tareas técnicas del proyecto: restaurar el rango de energía de las partículas aceleradas: 900 keV - 4.1 MeV y aumentar la corriente del haz de iones a 100-250 μA manteniendo la estabilidad de energía en un nivel no peor que 15 eV y su estabilidad espacial suficiente para implementar la opción del espectrómetro de microhaz / microsonda nuclear.
Las actividades en el marco del proyecto en 2024 nos permitirán acercarnos a la resolución del problema de crear una fuente de neutrones (rangos de energía de 20 keV - 1 MeV y 3 - 5.1 MeV, flujos de hasta 107 partículas/s cm2), lo que permitirá estudiar las reacciones nucleares-neutrónicas, la resistencia a la radiación de sólidos y realizar estudios de varios objetos mediante métodos de física nuclear. También, en 2024, se planea desarrollar técnicas experimentales complementarias para estudiar la estructura, microestructura, propiedades ópticas, eléctricas y electrónicas de las capas cercanas a la superficie de sólidos.

Proyecto “Estudio de la interacción de neutrones con núcleos y las propiedades del neutrón”
En el marco de este proyecto se planea:

  • Estudio de las propiedades de las resonancias de neutrones, búsqueda y estudio de los efectos de violación de paridad y los efectos que indican violación de la T-invarianza.

  • Estudio integral del proceso de fisión nuclear: estudio de los efectos TRI y ROT en la fisión; medición de las distribuciones en masa-energía y ángulos de fragmentos, neutrones y rayos gamma instantáneos; mediciones de neutrones y rayos gamma retardados; búsqueda de modos raros y exóticos de fisión (fisiones ternarias, cuaternarias y quinarias; fisión en tres fragmentos de masa comparable).

  • Estudio de reacciones inducidas por neutrones con emisión de partículas cargadas.

  • Obtención de datos para energía nuclear y astrofísica: medición de secciones transversales integrales y diferenciales de neutrones, correlaciones angulares en el rango de energía de neutrones fríos a cientos de MeV.

  • Se planea reanudar las mediciones de correlaciones angulares y rendimientos de rayos gamma para resonancias p-onda ya conocidas en varios núcleos, así como buscar nuevas resonancias p y nuevos efectos que indiquen violación de paridad y T-invarianza.

    El trabajo principal se llevará a cabo en la fuente de neutrones resonantes IREN. Los experimentos para medir los efectos TRI y ROT formalmente T-odd en la fisión, realizados en los reactores de alto flujo ILL (Grenoble) y FRM-II (Garching), se continuarán en JINR utilizando el haz de neutrones polarizados del reactor IBR-2.
    A pesar de la larga duración del pulso del reactor IBR-2, la resolución de la técnica de tiempo de vuelo permite resolver resonancias de baja energía hasta varios electronvoltios a longitudes de trayecto de vuelo del orden de 15-30 m. Se podrá continuar el trabajo con fuentes externas de neutrones, como nTOF (CERN), CSNS (China) o ESS (Suecia).
    En 2024, se planea realizar un estudio de captura de neutrones resonantes en 176Lu y 177Lu en el rango de energía de neutrones de 1-300 eV. El propósito del experimento es estudiar la influencia de la interacción de Coriolis sobre la estructura de los estados excitados nucleares.
    Se continuará la investigación de modos raros de fisión (ternaria, cuaternaria y quinaria) de núcleos para fisión inducida por neutrones de los isótopos de uranio 233U y 235U.
    Se planifican mediciones de secciones transversales para reacciones (n,p), (n,α) sobre diversos isótopos. En 2024, se planea medir las secciones transversales de reacción (n,α) sobre muestras gaseosas de Ar, F, O, Ne en EG-5, FLNP JINR (En=3-5 MeV) y en el acelerador tandem HI-13 CIAE (En=8-11 MeV).

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