А.В. Стрелков

История открытия ультрахолодных нейтронов

ЛНФ-ОИЯИ 1996

Введение

    Уже давно меня многие просили написать о том, как нам удалось впервые наблюдать ультрахолодные нейтроны. Вероятно, я никогда бы не собрался, да и не решился взяться за такое дело. Однако в декабре 1995 г. я с заболеванием сердца попал на два месяца в больницу (Судьба!) и там на "свободе" от повседневной текучки я попытался это сделать.
    Говорят, что воспоминания о чем-то - это прежде всего воспоминания о самом себе. И всегда - это взгляды из сегодня во вчера, подневольно улучшаемые логическими связками. Ибо в той жизни, в том реальном времени события развивались своим ходом, иногда необоснованно шараханно,. и, уж конечно, не подлаживались заранее под будущее повествовательное изложение. Так что любая мемуарика неизбежно подвирательна в той или иной степени. Несмотря на эту, казалось бы, абсолютную истину я попытался учесть влияние возрастного синдрома на описание того, что я помню. К тому же я заглянул в свои записи, которые вел в то время. Я не согласовывал свой текст с коллегами - непосредственными участниками того эксперимента, ибо я нисколько не сомневаюсь в подлинности тех событий, которые описал. Я очень хорошо помню то время еще и потому, что оно тогда давало мне ни с чем не сравнимую приятность от сделанного, когда мы дружно все вместе навалились на одно дело и увлеченные одной целью, несмотря ни на что, все-таки достигли ее; когда у нас был замечательный учитель, замечательный физик и замечательный человек - Федор Львович Шапиро.

История открытия ультрахолодных нейтронов

    Впервые об ультрахолодных нейтронах я услышал весной 1967 г. от замдиректора нашей Лаборатории Федора Львовича Шапиро, когда он посетил меня в больнице в Москве. Он рассказывал мне об эксперименте американского физика П.Миллера по попытке обнаружить электрический дипольный момент у нейтрона. Для этого им были использованы очень медленные нейтроны, которые можно было перегнать на спортивном автомобиле. А лучше бы в этом эксперименте использовать еще более медленные нейтроны - те, "которые Вы, Саша, - говорил Федор Львович, - сможете перегнать бегом! Выздоравливайте и займемся этим" -подбадривал он меня. Я отнесся к этому как к "байке", назначение которой было только то, чтобы поддержать человека, лежащего очень долго в больнице.
    Однако через год, в начале мая 1968 г., Федор Львович позвал в свой кабинет меня и работающего со мной Леню Булавина, аспиранта из Киевского университета, усадил на диван и с мелом у доски рассказал о возможности выполнить эксперимент по проверке закона сохранения Т-четности посредством обнаружения электрического дипольного момента у нейтрона, если таковой у него есть. В отличие от опыта П.Миллера, Федор Львович предложил использовать не пучок медленных нейтронов, а струю газа, состоящую из отдельных очень медленно движущихся нейтронов, скорости которых не превышали несколько метров в секунду. Это были те самые ультрахолодные нейтроны (УХН), о которых Федор Львович мне рассказывал в больнице. Применение УХН должно было существенно повысить чувствительность такого эксперимента и, что не менее важно, избавить от систематической ошибки, свойственной установке П.Миллера. На прощанье Федор Львович подарил нам по свежему оттиску своей статьи в журнале УФН, посвященной этой проблеме, и сказал - "Подумайте!".
    В то время мы с Леней Булавиным занимались критическим рассеянием нейтронов. Леня по телефону известил своего руководителя кафедры молекулярной физики профессора Голика о предложении Федора Львовича, однако из Киева Л.Булавину запретили заниматься "другими побочными делами". Ближайший мой коллега и товарищ Юра Останевич весьма прохладно, даже с долей сарказма прокомментировал мой рассказ о предложении Федора Львовича заняться УХН, и я остался один. Я прочитал целую главу об УХН в нашем "нейтронном учебнике" И.И.Гуревича и Л.В.Тарасова, однако так и не понял - как же практически можно работать с этими самыми УХН.
    Через некоторое время, подсев ко мне в столовой, Федор Львович во время обеда продолжил агитировать меня за УХН, а в конце разговора он предложил мне через Володю Нитца разыскать "бесхозного", как он выразился, аспиранта из Института химической физики Покотиловского и обсудить с ним эту задачу. Вскоре я встретился с Юрой Покотиловским, и мы с ним, еще не зная толком, как ставить опыт с таким экзотическим объектом, большей частью фантазировали и шутили. Потом мы начертили установку для поиска УХН в наших стандартных огромных ржавых нейтроноводах, предполагая концентрировать поток УХН на выходе из такого нейтроновода с помощью огромного сходящегося конуса, уменьшив сечение нейтроновода до размера маленького детектора на основе фотоумножителя.
    С середины мая до середины июня я опять был вынужден провести в 52-ой больнице в Москве. Посещая меня в больнице, Федор Львович на сей раз принес мне несколько книг по фантастике и посоветовал через эти книги поднимать свое настроение, а Юра Покотиловский рассказал мне, что его Федор Львович приглашал на семинары в ИТЭФе и ЛИПАНе, на которых Федор Львович агитировал тамошних физиков заняться экспериментами с УХН на их реакторах. Юра также поведал мне, что все маститые нейтронщики с интересом выслушивали Федора Львовича, однако никто не согласился сразу переключиться на поиск УХН, мотивируя тем, что им надо докончить проводимые на пучках нейтронов свои эксперименты, а через год они обещали приступить к экспериментам с УХН. Федор Львович отлично понимал, что из большого реактора должно вылетать и большое количество УХН, однако нежелание хозяев мощных реакторов заняться УХН убедило его предпринять попытку обнаружить УХН на нашем "дохленьком" ИБРе, полный поток нейтронов от которого был меньше почти в тысячу раз.
    Как только я выписался из больницы и вернулся в Лабораторию, я услыхал от Федора Львовича предложение попытаться успеть провести эксперимент по наблюдению УХН еще до летней остановки ИБРа на реконструкцию, которую планировали провести за один год. Для усиления этих работ он решил привлечь еще двух очень квалифицированных физиков - В.И.Лущикова и Ю.В.Тарана. 18 июня Федор Львович собрал нас в своем кабинете и еще раз рассказал нам о преимуществах УХН в эксперименте по наблюдению электрического динольного момента нейтрона, наметил план действий по первому опыту с УХН. Прежде всего он отметил то, что, несмотря на огромный проигрыш нашего ИБРа в среднем потоке нейтронов по сравнению со стационарными реакторами, у ИБРа есть большое преимущество в том, что УХН можно будет наблюдать в перерыве между импульсами реактора, тем самым эффективно подавляется фон от более быстрых нейтронов, который ожидался в сто миллиардов раз больший, чем поток УХН. Федор Львович также высказал скептическое предположение, что УХН смогут далеко распространяться по вакуумным трубам, поскольку каждое столкновение УХН со стенкой ожидалось диффузным из-за очевидного предположения, что размеры УХН намного меньше величины шероховатостей стенок. Поэтому Федор Львович предложил попытаться зарегистрировать УХН в непосредственной близости от активной зоны реактора, отведя их по короткой медной трубе, загнутой в полукруг. В качестве детектора УХН был предложен сцинтилляционный метод, для чего надо было выяснить, - сможем ли мы фотоумножитель, находящийся на расстоянии порядка одного метра от активной зоны реактора, защитить так, чтобы он не "заткнулся" во вспышке реактора и смог бы работать в промежутке между импульсами реактора. Шло обсуждение, Федор Львович, в основном, стоял у доски, а мы, как всегда, сидели напротив на диване и слушали его. Только Ю.Таран сидел отдельно от всех в кресле у письменного стола Федора Львовича и, положив ноги на журнальный столик, позевывал, глядя в потолок. Потом он взял маленькую бумажку для записок из чернильного прибора со стола Федора Львовича, сделал из нее самолетик и пускал его по кабинету в разгар нашей дискуссии, а в конце, выйдя с нами из кабинета в коридор, заявил нам, что в "очередную аферу шефа он ввязываться не хочет", т.к. сильно устал и хочет отдохнуть после длительной командировки во Францию.
    В ближайшую остановку реактора на выходные дни, когда большая компания из нашей Лаборатории в жару двинулась вниз по Волге на моторках в устье реки Медведицы на пикник, я остался в Дубне и за два дня на багажнике своего велосипеда, объезжая 100-метровую пролетную базу, перевез из экспериментального зала в зал реактора огромную гору парафиновых блоков и свинцовых кирпичей. В этом деле мне помогал скучающий и разомлевший от жары вахтер на ИБРе, который широко раскрыл все двери и каждый раз помогал мне преодолевать высокий порожек при въезде в зал реактора. В понедельник мы уже все вместе у активной зоны реактора собрали защиту фотоумножителя, а во вторник уже получили однозначный ответ - более тонны защиты явно не хватало, чтобы защитить фотоумножитель. Он "затыкался" от вспышки реактора так, что не мог регистрировать нейтроны в пятисекундном промежутке между вспышками реактора. Результат этого эксперимента несколько охладил наши стремления. Федор Львович продолжал придерживаться того мнения, что отражение УХН от внутренних стенок будет полностью диффузным. И поскольку ожидалось, что внутри трубы УХН будут толпиться только у активной зоны, нужен был какой-нибудь метод отгрести УХН подальше от реактора. Я в студенческие годы три сезона работал комбайнером на уборке урожая на целине и вспомнил про применяемый в комбайне шнековый метод транспортировки сыпучих тел - зерна и половы с помощью шнека -вращающейся винтовой поверхности. С этой идеей транспортировки УХН по нейтроноводам я пришел к Федору Львовичу. Он сначала улыбнулся, сказав мне, что он не знает конструкции зернового комбайна, но хорошо знает конструкцию обычной мясорубки, где работает такой же механизм и одобрил эту идею. Взбодренный этим, я через несколько дней принес в кабинет Федору Львовичу чертеж установки с коническим шнеком, который должен был не только транспортировать УХН, но и, утрамбовывая, концентрировать их в очень малом объеме у вершины конуса. На сей раз Федор Львович сразу забраковал мою идею, показав, что при ударе о движущуюся поверхность УХН будут увеличивать свою скорость выше критической, тем самым резко потеряют возможность полного отражения от стенок удерживающего объема - будут поглубже заходить в стенки и поглощаться в них.
    Время шло. Начался уже июль, нашему ИБРу по плану оставалось работать меньше одного месяца. Нам не оставалось ничего, кроме надежды на то, что, несмотря на диффузное рассеяние, некоторая доля УХН все-таки доберется самоходом, т.е. без подталкивания до другого конца длинной вакуумной трубы, которая должна выходить в экспериментальный зал, где детектор УХН можно уже надежно защитить от излучения реактора. Выбрали на реакторе наиболее удобный и, к счастью, достаточно свободный в то время канал N2, хозяин которого В.В.Голиков был уже в отпуске. Буквально за пару дней мы нарисовали общий вид установки с учетом конкретных размеров и возможностей наших мастерских, и 10 июля мы с Юрой Покотиловским вдвоем в приподнятом настроении вошли в кабинет к Федору Львовичу и показали ему наш эскиз установки. Каково же было наше недоумение, когда Федор Львович, выслушав нас, посмотрел на свой перекидной календарь и, глядя в сторону от нас в окно (а он всегда так делал, когда ему приходилось сообщать неприятные вещи собеседнику), выразил сомнение в том, что мы успеем в оставшееся время до остановки реактора изготовить такую установку и даже еще что-нибудь померить. Мы с Юрой возразили ему, сказав, что, если он даст нам в распоряжение мастерские, то мы постараемся успеть. Федор Львович немного помолчал, а потом согласился с нами. Выйдя из его кабинета, мы буквально бросились рисовать конкретные чертежи для мастерской. Рационально используя время, мы воспользовались принципом нашего коллеги В.П.Алфменкова -в таких случаях в мастерскую сначала сдаются детали установки, которые мы можем быстро нарисовать, но которые долго делаются в мастерской. Окончательно остановились и на материале стенок нейтроновода - была выбрана имеющаяся в наличии на складе медная труба диаметром 10 см и толщиной стенки 3 мм. Внутреннюю поверхность сначала решили просто почистить, протравив ее в азотной кислоте, но наш Химик И.М.Столетова предложила применить раствор для химической полировки. Чтобы подавить поглощение УХН в зазорах фланцевой стыковки отдельных участков труб, эти зазоры были минимизированы так, чтобы конец медной трубы непосредственно упирался в начало другой трубы с выжимной резиновой прокладкой на большем диаметре. Для того, чтобы избежать капризной сварки с медной трубой фланцев, мы решили их припаять оловом, а сами фланцы для быстроты и легкости обработки решили изготовить из сыпучей латуни. Глубоко за полночь, уже под утро следующего дня я подсунул в щель под дверь токарного цеха нашей мастерской эскиз фланцев для нейтроновода, на обороте которого было крупными буквами написано обращение к мастеру цеха: "Л.Г.Орлову! Сие -ультрасверхсрочное! Начните, пожалуйста, с самого утра! Саша."
    Выспавшись и придя в лабораторию, я тут же в коридоре повстречался с начальником мастерских Н.А.Мацуевым, у которого я спросил, как делаются наши детали. Он ответил мне: "Да никак!" И сказал мне, что нормальные дела нормальные люди так не делают, что это - партизанщина и что он сам должен разобраться в ситуации, порекомендовав встретиться с ним завтра... Я сразу понял, что Федор Львович еще не успел его "накачать", чтобы он дал нам "зеленую улицу" в мастерских. Уже погрустневший, я зашел в токарный цех к Лене Орлову. Он, узнав от меня о моем разговоре с Н.А.Мацуевым, сказал мне с улыбкой: "Крутятся твои детали с утра на двух станках": несмотря на то, что Федор Львович действительно еще не давал им команды ускорить наши работы, однако они с Мацуевым, увидя мою депешу, сами решили, что моя просьба серьезная, а к тому времени, когда к ним придет команда от начальства, детали уже будут почти готовы. Я потом рассказал об этом Федору Львовичу, он улыбнулся и тут же пошел в мастерскую. В этот же день Федор Львович сказал нам, что он дает нам в помощь еще двух высококвалифицированных лаборантов - Е.Н.Кулагина и С.И.Неговелова, а также инженера Б.И.Апполонова, хорошо знающего вакуумные установки в экспериментальном зале.
    Мы обсудили детали устройства детектора УХН. Был выбран сцинтилляционный способ счета заряженных частиц, которые образуются при захвате нейтрона ядрами лития, тонкий слой которого наносится на поверхность сцинтиллятора - слоя сернистого цинка. Слой лития должен был быть в виде специально подобранного химического соединения так, чтобы по возможности подавить энергетический барьер для УХН от поверхности этого вещества. Существование этого энергетического барьера на поверхности вещества должно позволить нам посредством последовательных отражений УХН от стенок трубы транспортировать и хранить их в сосудах, однако этот же барьер не дает возможность проникнуть УХН внутрь вещества детектора и тем самым поглотиться и зарегистрироваться в нем. В литиево-содержащей молекуле вещества детектора с помощью подбора атомов, обладающих сильно различающимися способностями рассеивать нейтроны, удается почти полностью подавить отражающий барьер. Такой детектор способен регистрировать нейтроны с любыми скоростями, однако для выделения доли УХН из общего потока нейтронов Федор Львович предложил использовать метод тонкой шторки, изготовленной из того же вещества, что и стенки нейтроновода. Если детектор закрыт шторкой, УХН отражаются от нее и детектор их не считает; таким образом, разница в счете открытого детектора и детектора, закрытого шторкой, и составляет счет УХН. Чтобы сомнений в этом не было, шторка должна быть очень тонкой - такой, чтобы в величине ослабления потока нейтронов шторкой определяющую роль играло бы отражение нейтронов от поверхностного потенциала шторки (толщина этого слоя не превышает 0,1 микрометра), а не захват нейтронов ядрами материала шторки. Для надежности измерений решили использовать одновременно два близко расположенных детектора, поочередно закрываемых одной и той же шторкой.
    Ю.Покотиловский занялся изготовлением детектирующих тонких слоев. Сцинтиллятор из сернистого цинка осаждался из водной взвеси порошков на тонких стеклянных кружках диаметром ~ 4 см, которые крепились через тонкий слой вакуумного масла к поверхности фотокатодов фотоумножителя типа ФЭУ-13.
    За остаток дня я нарисовал чертежи такого детектора, а наутро принес их в мастерскую. На сей раз Н.А.Мацуев безропотно подписал их и сказал: "Беги к Орлову!" Леня Орлов, взяв мои чертежи, сказал свое излюбленное словечко "Изуродуем!", а это означало, что он очень быстро выполнит этот заказ.
    Управлять установкой мы решили из пультовой физиков; она располагалась рядом с анализаторным залом в Лабораторном корпусе, а от него до реактора -почти целый километр. Дистанционное управление шторкой поначалу решили осуществить с помощью двух сельсинов. Мы рукой поворачивали ось одного сельсина в пультовой и чувствовали по сопротивлению движения оси этого сельсина, как далеко за 1 километр у детектора ось, приводимая в движение вторым сельсином, перемещая шторку от одного детектора к другому, упирается в крайнее положение. Схема была очень проста - никакой автоматики, ни моторов, ни концевых выключателей и контрольных лампочек - просто поворачиваем шторку будто сплошной жесткой осью длиной - 1 км до ощущаемого рукой упора.
    В понедельник 15 июля прямые участки труб с фланцами были готовы, но проблемой оказалось изготовление изогнутого участка нейтроновода, а это было принципиальным элементом нашей установки. Идея эксперимента была довольна проста: нейтроны, вылетающие из замедлителя, расположенного внутри вакуумной медной трубы будут разлетаться во все стороны, и только УХН, отражаясь от стенок, в конце концов дойдут до другого конца трубы, где будут зарегистрированы детектором. Как только труба, расположенная по оси пучка, выходила из зала реактора в экспериментальный зал, она круто загибалась, отводя в сторону УХН из прямого пучка, и вводила их в защитный куб, в центре которого был расположен детектор УХН. Изготовление этого крутого поворота медной трубы и вызвало у нас затруднение. Кто-то сказал, что в ЦЭМе есть трубогибочный станок, я сел на велосипед и через 10 минут увидел этот нехитрый агрегат. Местные власти сказали мне, что этот станок, в принципе, работает, но не сдан еще в эксплуатацию: не хватало, якобы, каких-то бумажек, разрешающих пользование им. Я, видать, так рьяно убеждал солидного начальника включить для нас этот станок, что он попросил меня покинуть помещение, а седовласый старик-рабочий сказал мне тихонько при выходе: "Тащи трубу, согнем на той неделе, а "этот" уходит через пару дней в отпуск".
    Ждать мы не стали, а на ЦЭМ власть Федора Львовича уже не распространялась, и нам ничего не оставалось, как только попытаться согнуть трубу своими силами. Из-за экономии времени сразу же отбросили варианты с изготовлением специальной оснастки и приспособлений. Попросту набили трубу сухим песком, открыли люк канализационного колодца у самого входа со двора в лабораторию и, уперев один конец трубы в стенки колодца, втроем тянули за длинное сосновое бревно, затыкающее трубу сверху. Руководил этой работой наш сварщик М.Г.Зайцев, который одновременно прогревал место изгиба сразу двумя ацетиленовыми горелками.
    Уже к вечеру следующего дня мы попробовали провести химическую полировку труб по рецепту, предложенному нам И.М.Столетовой. Мы отказались изготовлять специальную огромную ванну для химической обработки длинных труб, а решили обойтись только малым количеством раствора - около 10 литров - смесью кислот, заливая раствор непосредственно внутрь трубы менее чем наполовину и, заглушив трубу с обоих концов, вращали ее вокруг своей оси, которая оставалась горизонтальной. Практически это выглядело так: мы катали эти трубы по асфальту лабораторного двора, пиная их ногами впереди себя. Потом поднимали один из концов трубы, быстро разбалчивали заглушку и сливали кислоту. При этом из трубы вырывалось облако удушливого бурого газа, а прохожие, глядя на это, острили, говоря, что мы пытаемся материализовать из этого дыма Старика Хоттабыча.
    Однако "первый блин оказался комом" - качество внутренних стенок было отвратительное, намного хуже, чем у контрольных образцов. Дело оказалось в том, что процессы разбалчивания и слива кислоты до промывки водой занимали довольно большое время, за которое на свежепротравленной поверхности под действием воздуха появлялись темные разводы. Решили все делать побыстрее; однако, как на грех, из нашего длинного тоненького шланга, надетого на водопроводный кран умывальника шла хилая струйка воды, а нужна была очень мощная струя воды для быстрого смыва кислоты со стенок. Тут нам в голову пришла идея использовать пожарный брандспойт первого этажа на лестничной клетке у черного хода; однако на улице было уже темно, и мы решили отложить это дело до утра. На следующее утро я по дороге в институт заехал к самому главному пожарнику Дубны - Н.И.Гусарову, который, выслушав мою просьбу, сказал мне, что брандспойты служат только для тушения пожаров, а не для производственной деятельности; однако они могут совместить профилактическую промывку брандспойта с нашей просьбой, но для этого он потребовал бумагу от главного инженера ОИЯИ. Из пожарки я позвонил в лабораторию, чтобы обратиться за помощью к Федору Львовичу, но ею не было на месте, а главный инженер нашей Лаборатории С.К.Николаев на мою просьбу повлиять на Гусарова II.И. ответил мне невнятно: "Вечно ты, Саша, что-то придумываешь!" Когда я появился в Лаборатории, то увидел, что Женя Кулагин вовсю уже пользуется пожарным брандспойтом, промывая трубы после слива кислоты. Работал он быстро - струя воды была очень сильная, летели брызги, и он был весь мокрый, а двор был залит огромными лужами. Я спросил его, кто ему разрешил пользоваться брандспойтом. "Никто", - ответил он, махнув рукой. А результат был блестящим в прямом и в переносном значении этого слова - трубы сияли на солнце красно-голубым отливом. Подошедший Федор Львович тоже порадовался с нами хорошим результатам обработки труб и сказал, что, "если у Вас плохое настроение, то загляните внутрь этой сверкающей трубы и Ваше настроение сразу улучшится". В этот же день мы собрали в стендовом зале в мастерских и откачали весь нейтроновод, а на завтра наметили переезд на реактор.
    На следующий день почти до обеда мы ждали заказанную накануне машину, да так и не дождались и решили перетащить нейтроновод в экспериментальный зал на себе. Один из участков нейтроновода - трехметровую трубу с фланцами досталось нести мне и Славе Лущикову. Мы несли ее на плече; Слава шел впереди меня и курил, а когда прошли уже 44-ое здание, он решил переложить трубу на другое плечо, а заодно и поджечь спичкой потухшую сигарету. В результате этого труба соскочила с его плеча и, ударившись фланцем об асфальт, больно отдала мне в плечо (это, как выяснилось потом, казалось бы, обычное происшествие впоследствии могло иметь роковое значение для всего нашего эксперимента). Быстро сболтили отдельные участки нейтроновода и затолкали его на канале N2 в уже имеющуюся трубу гораздо большего диаметра, направленную на активную зону. Пространство между трубами закрыли тремя защитными коллиматорами, которые не только центрировали наш медный нейтроновод по оси пучка, но и позволили существенно сократить площадь прямого пучка, выпускаемого в экспериментальный зал. Часть прямого пучка по сечению нашего медного нейтроновода выходила в экспериментальный зал, и у нас разгорелись дебаты: где и как разместить ловушку прямого пучка. Решили, что самой лучшей защитой от прямого пучка будет то, что в этот пучок мы никаких поглотителей ставить не будем, кроме стенок кривого колена нейтроновода, а пропустим прямой пучок мимо и затем поглотим его в ловушке, удаленной на значительное расстояние от детектора. У активной зоны установили специально изготовленный большой парафиновый замедлитель, в который заглубили начальный участок нейтроновода, предварительно вставив внутрь его цилиндрический блок из оргстекла толщиной 10 см. В этом дополнительном замедлителе, или конверторе, как мы потом стали называть его, УХН образовывались уже внутри трубы, через стенки которой они не могут проходить из обычного замедлителя, расположенного вне трубы. Федор Львович предлагал в качестве такого конвертора поставить лист полиэтилена толщиной 1 мм, однако я настоял именно на большом конверторе из оргстекла, в котором вдоль оси было просверлено множество глухих отверстий - это был так называемый дырочный замедлитель, которыми я в то время увлекался. Дырочный замедлитель более эффективен для тепловых и холодных нейтронов, и я подумал, что и для УХН это свойство сохранится. Федор Львович был с этим не согласен, но разрешил мне поставить именно такой конвертор, сказав, что, наверное, хуже-то не будет, т.к. УХН должны рождаться только в очень тонком приповерхностном слое. Всего неделю спустя Федор Львович пожалел, что согласился на постановку такого большого конвертора. В субботу, 20 июля, мы собрали нейтроновод и откачали его. В самый последний момент перед постановкой детектора нам удалось достать только сравнительно толстую медную фольгу для шторки толщиной 15 микрон -Г.М.Осетинский выдал нам ее из своих закромов, обещая, что в ЛЯРе через несколько дней он достанет нам более тонкую.
    К вечеру в экспериментальном зале появились главный инженер нашей лаборатории С.К.Николаев и начальник смены ИБРа С.А.Квасников, которые, увидев, что мы "нагородили", выразили сначала сожаление, а потом даже протест и приказали нам разобрать нейтроновод и закрыть шибер канала. Они объяснили нам, что это является категорическим требованием специнструкции о безопасности и защите активной зоны от террористов - в выходные дни они могли из неохраняемого экспериментального зала, легко вытащив наш нейтроновод. проникнуть через открытый шибер в зал реактора и похитить или разрушить активную зону реактора. Однако нам очень не хотелось разбирать и вытаскивать уже откачанный нейтроновод, и я тут же пожаловался по телефону Федору Львовичу. После долгих и нервных телефонных переговоров был найден выход - попросили вахтера из зала реактора ночью приглядывать и за экспериментальным залом.
    Федор Львович предложил нам измерить поток тепловых нейтронов на месте расположения нашего конвертора. УХН являются органической частью потока тепловых нейтронов, имеющих максвелловское распределение при комнатной температуре со средней скоростью 2200 м/ с. Диапазон скоростей УХН - от 0 до 5 м/с в этом спектре занимает очень маленькую относительную долю всего ~ 5·10-12. Как часть распределения, поток УХН должен быть пропорционален потоку тепловых нейтронов, значение которого надо было знать для расчета предполагаемого потока УХН. Пришедший сразу в голову традиционньй активациониый метод пришлось отбросить, т.к. он требовал дистанционного механизма доставки активируемою образца, калиброванных детекторов, чем мы не располагали и в спешке не могли быстренько сделать. Решили непосредственно измерить ноток тепловых нейтронов в прямом пучке в экспериментальном зале. Стандартный газоразрядный счетчик нейтронов с трехфтористым бором расположили на оси пучка сразу после крутого изгиба нейтроновода, стенки которого должны ослаблять пучок тепловых нейтронов всего-навсего на несколько процентов. К сожалению, даже для сильно заколлимированного пучка до 1 мм2 счетчик "заткнулся" во время вспышки реактора. Тогда мы решили на несколько порядков уменьшить эффективность счетчика, перезаполнив его смесью аргона с очень малым (но точно известным) количеством гелия-3. Для этого мы просверлили этот стандартный счетчик и припаяли к нему маленькую трубочку с краном. Надлежащую концентрацию гелия-3 удалось сделать только с третьей попытки, мотаясь на велосипеде в лабораторное здание, где производили перезаполнение счетчика. По времени пролета на анализаторе мы увидели четкий максвелловекий спектр тепловых нейтронов на конверторе, из которого вылетали регистрируемые нами тепловые нейтроны.
    Импульсы от детектора УХН решено было регистрировать параллельно пересчеткой и временным анализатором. Федор Львович продолжал усиливать нашу команду и, вызвав из отпуска нашего электронщика А.И.Иваненко, попросил его приготовить четыре иересчетки, которые должны быть задублированы, синхронно включаться и быть блокированы на время импульса реактора. Саша Иваненко за пару дней разыскал четыре пересчетки ПП-12, привел их в порядок и сделал пульт управления; причем он расположил пульт в каком-то посылочном деревянном ящике, о который можно было занозиться. К дну ящика и его стенкам он гвоздями прибил несколько реле и переключателей. Увидев такой пульт, Федор Львович рассмеялся, сам сделал на нем несколько переключений и, убедившись в его надежности, поблагодарил Сашу за выполненное задание. Независимо от пересчеток, импульс от детектора параллельно подавался на временной анализатор. Прежде чем УХН доберутся до детектора, они должны довольно долго хаотично ударяться о стенки трубы; поэтому скорость их регистрации детектором предполагалась равномерной в промежутке между вспышками реактора, что и хотелось нам проконтролировать с помощью временного анализатора. Таким образом, анализатор должен перекрывать весь временной диапазон между вспышками реактора, который работал в режиме редких вспышек - 1 вспышка в 5 секунд. До этого в нашей Лаборатории на реакторе не исследовались такие медленные процессы, а все временные анализаторы в ту пору были у нас самодельные, назывались они МЗУ (магнитное запоминающее устройство) и служили для спектрометрии нейтронов по времени пролета. Даже тепловые и холодные нейтроны пролетали расстояния от реактора до детекторов за время, не превышающее десятой доли секунды; за это время и производился анализ скоростей регистрируемых нейтронов, а пятисекундный диапазон работы был не освоен нашими электронщиками. За эту задачу взялся сам начальник нашего анализаторного зала Г.Н.Зимин, и всего за один день он запустил МЗУ-3 в нужном для нас режиме. Весь интервал от вспышки до вспышки был разбит на тысячу каналов; данные выводились на цифропечать - это были десятки метров бумажной ленты, на которой вначале была видна прямая вспышка реактора и пик от тепловых нейтронов, а в остальном промежутке - сплошные нули и, только иногда, единицы, общее количество которых на ленте можно было сосчитать на пальцах - это и был счет от самих УХН и запаздывающих нейтронов. Складывая все единицы, мы получали число, совпадающее с числом, зарегистрированным пересчетками за то же время.
    В четверг 25 июля мы закончили складывать защиту детектора. Она представляла из себя огромный, более 2 метров высотой, куб из парафиновых и бетонных блоков, стоящий в углу экспериментального зала вблизи шибера канала N2. Вакуумная откачка нейтроновода осуществлялась через небольшое отверстие, ~ 1 см2, в нейтроноводе, поэтому только незначительная часть УХН должна была теряться в этом отверстии. Борис Иванович Аполлонов приладил откачную трубу к мощной вакуумной системе установки поляризованных нейтронов на третьем канале, и наш нейтроновод откачался за несколько часов до вакуума лучше, чем 10-3 мм рт.ст., чего было вполне достаточно, чтобы остаточный воздух в трубе не мешал УХН свободно распространяться по трубе-нейтроноводу.
    В пятницу 26 июля все было готово, и мы включили установку. Детекторы что-то считали, однако перевести шторку из пультовой комнаты нам не удалось, т.к. нам не хватало силы сельсина, чтобы преодолеть усилие зажатого вакуумного сальника привода оси шторки на детекторе. При ослаблении нажимной гайки сальника в нем появлялась заметная течь, и вакуум резко ухудшался. Чтобы добраться до детектора, пришлось несколько раз разбирать и собирать нашу громоздкую защиту, в центре которой располагался детектор УХН. Решили пока без больших переделок переводить шторку руками, ухватившись за ось шторки на детекторе. На эту возню ушел почти весь день, и вечером в экспериментальном зале остались только мы с Ю.Покотиловским. Было уже довольно поздно, но нам хотелось выяснить, что же считает детектор. Тут же в экспериментальном зале мы нашли пересчетку, подключили ее к детектору и увидели, что детектор что-то считал, а при закрытой шторке этот счет почти полностью прекращался. Мы несколько раз открывали и закрывали шторку. Эффект был стабильным. Переключили пересчетку на второй фотоумножитель, и на нем наблюдалась большая зависимость скорости счета от положения шторки. Это были УХН! Нашей радости не было предела. Так легко и сходу мы видим огромный эффект, вот они -эти УХН! Вскоре мы заметили, что наш детектор регистрирует нейтроны только в сам момент вспышки реактора, а УХН должны были регистрироваться но нашим предположениям более или менее равномерно. Это не могли быть более быстрые, чем УХН, нейтроны из вспышки реактора, поскольку счет от быстрых и тепловых нейтронов совершенно не должен зависеть от положения тонкой медной шторки, которая никак не могла в несколько раз поглотить поток более быстрых, чем УХН, нейтронов. Для определения момента вспышки реактора нам не надо было смотреть в осциллограф на "нули" (специальные электрические импульсы от реактора, сообщающие о начале вспышки реактора), потому что в момент вспышки реактора по всему экспериментальному залу через каждые 5 секунд раздавался мощный ударный стук от установки В.В.Нитца, в которой в момент вспышки реактора на магнит разряжалась огромная батарея конденсаторов и что-то в его системе дребезжало и вибрировало. Юра первый догадался, что наш детектор регистрирует обычный свет, вызванный свечением нашего внутреннего конвертора-замедлителя из оргстекла под действием излучения реактора. Этот свет хорошо проходит внутри нашей блестящей трубы от реактора и регистрируется фотоумножителем, т.к. наши детектирующие нейтроны слои достаточно тонки, частично пропускают свет. Свет не доходит до фотоумножителя, когда он закрыт непрозрачной для света медной шторкой. Наблюдаемый нами эффект должен бы сохраниться и при напуске воздуха в трубу. Так оно и оказалось. Более того: сняв детектор и заглянув в трубу при потушенном в зале свете, мы увидели слабые голубоватые вспышки, следующие синхронно точно в такт с громыханием нитцевской установки.
    В принципе, этот свет не должен был мешать нам наблюдать УХН, поскольку детектор блокируется на время вспышки, и мы продолжили измерения, однако переделка привода шторки заняла у нас почти весь следующий день. Утром в субботу мы решили в дистанционном приводе шторки заменить слабый сельсин на электромотор с редуктором, который отвинтили от электронного самописца. Для постановки электромотора на место сельсина на детекторе понадобилась деталь, эскиз которой я быстро набросал, однако изготовить эту деталь можно было только на большом токарном станке, т.е. только через 2 дня, в понедельник, т.к. в выходные, естественно, в мастерских никого нет. Я предложил сделать эту нехитрую деталь сразу же на токарном станке в нашей мастерской, куда я знал как Проникнуть и без ключа. Услышав это, Федор Львович пошел со мной в мастерскую, посмотрел, как я начал работать на станке, а потом все время, пока я был в цехе, прохаживался у входной двери в лабораторию для того, чтобы перехватить и отвлечь кого-либо, кто мог бы "застукать" нас, самовольно работающих в мастерской. Когда я вышел из цеха с готовой деталью, то встретил Федора Львовича, который с тревожным выражением на лице сказал мне, что он не предполагал, что шум от работающего станка так сильно будет раздаваться но всему пустующему зданию. Только к вечеру удалось запустить измерения; хотя мы не смогли так хорошо откачать трубу, как раньше, но достигнутого вакуума было еще достаточно для свободного распространения УХН но трубе.
    Наутро я пришел в пультовую и увидел сонных Ю.Покотиловекого и С.Лущикова, которые дежурили всю ночь и огорошили меня "сюрпризом": у них четко наблюдалась обратная шторочная разница - открытый детектор считал меньше, чем детектор, закрытый шторкой. Это уже нельзя было хотя бы как-нибудь разумно интерпретировать. Подошел Федор Львович и тоже удивился наблюдаемому обратному эффекту. Ясно было из соображений здравого смысла, что это был какой-то аппаратурный эффект. К сожалению, быстренько разобраться с этим, что-нибудь поменяв в параметрах установки, было невозможно, поскольку детектор считал менее одного импульса в минуту и статистика набиралась очень долго. Федор Львович сел у пересчеток и стал строить на бумажке распределение во времени импульсов or детектора, и вскоре он сообщил нам, что ожидаемого распределения Пуассона у него не получается; а иногда импульсы приходили пачками по несколько штук сразу, но с моментом вспышки реактора это было не связано Я поехал в экспериментальный зал в надежде увидеть какие-нибудь искрения около нашей установки, наводки от которых, в принципе, могли бы объяснять наблюдаемый эффект. Я долго смотрел в осциллограф, однако не заметил присутствия каких-нибудь инородных импульсов или "рвани", которая обычно присутствует при наводках. Перед отъездом из экспериментального зала я заметил, что вакуум в нашем нейтроноводе еще более ухудшился и еле-еле дотягивал до середины шкалы термопарного вакууметра. Я убедился, что насосы работают нормально, а входной вентиль открыт полностью. Эту весть я привез на пульт. Вакуум был единственным параметром, который изменился, поэтому общим мнением было решено послать меня снова в зал, чтобы я специально еще более ухудшил вакуум в нейтроноводе. Когда я это сделал и приехал в пультовую снова, то мне показали огромные пачки импульсов, идущие от детектора. Скоро пришло объяснение этому эффекту: в нашей схеме отрицательное высокое напряжение было подано на фотокатод, и мы видели пробои в вакууме у фотокатода, вызванные некоторой проводимостью стекла фотоумножителя. Когда заземленная металлическая шторка накрывает детекторные слои и фотокатод, то напряженность электрического поля над фотокатодом резко возрастает и пробои увеличиваются. Поэтому при закрытой шторке детектор считал больше, а увеличение интенсивности пробоев с ухудшением вакуума было вызвано тем, что вакуум порядка десятой доли мм рт.ст. является наиболее легкопробойным.
    Снова пришлось идти в экспериментальный зал. Сняли детектор и заземлили у него фотокатод, подав высокое напряжение на анод - пробои сразу пропали, даже несмотря на то, что вакуум продолжал монотонно ухудшаться, хотя по расчету даже такой неважный вакуум пока еще не должен был повлиять на интенсивность распространяющихся УХН НО нейтроноводу. Федор Львович высказал предположение, что вакуум монотонно ухудшается по причине выделения водорода из внутреннего замедлителя-конвертора иод действием излучения реактора. При этом он пожалел, что ранее согласился с постановкой мною конвертора в виде большого блока из оргстекла, выход водорода из которого должен быть намного больше, чем из тонкой полиэтиленовой пластинки, которую он рекомендовал поставить в качестве конвертора УХН.
    Опять запустили измерения только поздно вечером. Через два дня, в 2230 31 июля, реактор остановился по плану на предстоящую реконструкцию. Набранной статистики явно не хватало, чтобы утверждать, что мы наблюдаем УХН, хотя положительная шторочная разница наблюдалась довольно уверенно. Нам обидно было откладывать на целый год этот эксперимент, дожидаясь окончания реконструкции реактора. Мы сидели на пульте установки и мечтали, чтобы реактор поработал бы еще две недели - мы добрали бы статистику и сделали бы ряд контрольных экспериментов. Я высказал мнение, что мечты наши несбыточны, ибо реактор встал окончательно и нам надо идти и разбирать установку. Для доказательства я рассказал о картине, которую застал на пульте ИБРа. Моя рабочая комната в то время была как раз напротив пульта ИБРа, и поутру я заглянул на пульт. Там я увидел, как наш КИПовец Коля Паженцев с каким-то молодым мальчиком с помощью кусачек снимают приборы с пульта ИБРа. Как только это услышал Федор Львович, он тут же подошел к телефону, позвонил на пульт реактора и попросил пока приостановить разборку пульта. А нам он сказал, что, может быть, реактор еще будет работать и что это окончательно решится на директорском совещании после обеда.
    В этот день во второй половине дня я был вызван телефонным звонком секретаря нашей Лаборатории Марии Семеновны Лисицыной в приемную директора. Вскоре из кабинета И.М.Франка ко мне вышел Федор Львович и, выведя меня в коридор, попросил попытаться быстро провести анализ газа в Нейтроноводе. Он сказал, что если окажется, что это воздух, то это значит, что в нейтроноводе образовалась течь. "А если в нейтроноводе окажется водород, то тут уже делать нечего и придется сдаваться", - сказал Федор Львович. "Я смогу продержаться еще минут сорок", - добавил он, доведя меня до лестницы. Только потом он нам рассказал, что на этом совещании все, кроме него, были против продления сроков работы реактора. Директор Лаборатории Илья Михайлович Франк, не согласившись с доводами Федора Львовича о некотором продлении работы ИБРа, выдвигал свои: слава Богу, реактор отработал свое и без аварий; "блиц-кригов" в исследовательской работе не бывает, и давал нам рекомендации, чтобы мы получше подготовились и уже через год на модернизированном реакторе продолжали бы свои эксперименты. "А за это время" - советовал нам И.М.Франк -"вы разобрались бы с пока нерешенной проблемой, которая не дает нам возможности наблюдать УХН - с выделением водорода из замедлителя, который должен поглощать наши УХН в нейтроноводе". Поэтому Федор Львович и просил быстро провести анализ газа в нейтроноводе.
    Спустившись этажом ниже в пультовую нашей установки, я никого там не нашел; не с кем было даже поделиться и поплакаться о безнадежности нашего положения, ибо за такое время этот анализ газа сделать казалось абсолютно невозможным. Я пробежал глазами по списку ЛЯПовских и ЛЯРовских телефонов, где бы мог, в принципе, быть масс-спектрометр или газовый хроматограф, даже куда-то позвонил..., но это был самый разгар отпусков; да если бы я и разыскал газоанализатор, то любой из них нужно было бы полдня приводить в чувство.
    Вдруг как-то сразу задача показались мне очень даже простой: надо попытаться использовать огромную разницу в удельных весах этих газов - 1 литр воздуха весит чуть более 1 грамма, а водорода - более чем в 10 раз меньше. На велосипеде я помчался в свою комнату в 44-ом корпусе. Взял литровую круглодонную колбу, заткнул ее резиновой пробкой, в которую вставил стеклянный вакуумный кран. Взвесил колбу с воздухом и - с откачанным воздухом. Точное взвешивание я проводил на аналитических весах, на которые большая и рогатая с краном колба не помещалась, поэтому пришлось воспользоваться внешней подвеской. Колба находилась внизу под столиком, на котором стояли весы, и была привязана медной проволокой к одному из коромысел весов. Проволока проходила через специальное отверстие в плите - основании весов, из которого был вынут механизм арретирования. На велосипеде я поехал в экспериментальный зал к нашей установке, держа в одной руке откачанную колбу и большую стеклянную воронку. Несмотря на остановку реактора, откачивающие наш нейтроновод насосы вовсю молотили, и возле них я увидел Бориса Ивановича Апполонова, который помог мне быстренько заполнить колбу из выхлопа форвакуумного насоса. Для этого я из туалета принес обычное ведро, которое Борис Иванович заполнил более чем наполовину вакуумным маслом из расходного блока огромного форвакуумного насоса. Я рукой опустил в масло воронку и полностью заполнил ее с надетым шлангом и зажимом, соединяющим его с привезенной мною вакуумной колбой. Снизу в воронку под маслом мы подвели трубку с выхлопными газами из насоса, который откачивал нашу установку. Сразу же стало понятно, что процесс заполнения колбы займет большое время, т.к. пузырьки всплывали очень редко и, собираясь, очень медленно вытесняли масло из вершины конуса воронки. Чтобы не ждать наполнения колбы до атмосферного давления, мы с Борисом Ивановичем открутили от какой-то установки образцовый вакууметр и, подсоединив его к трубке, соединяющей воронку с колбой, откачали воздух из шлангов и вакууметра. Когда у меня кончилось терпение накапливать редко всплывающие пузырьки, я открыл колбу и собрал в нее весь газ, накопившийся в воронке. Оказалось, что давление в колбе было всего 0,3 атм. Я закрыл кран на колбе и помчался с ней к весам. С учетом разницы в давлениях я рассчитал удельный вес газа в колбе - он с точностью до 5% совпадал с удельным весом обычного воздуха. Запыхавшийся, я вбежал в приемную директора, намереваясь тут же сообщить Федору Львовичу эту радостную весть. Однако Мария Семеновна остановила меня и, узнав, что мне нужен Федор Львович, сказала, что она сейчас допечатает на машинке какую-то срочную бумагу и с ней войдет "туда" и позовет мне Федора Львовича. Я сидел в приемной; время шло. а бумажка все печаталась. Кто-то заглянул и вызвал Марию Семеновну в коридор, а я этим временем взял лист бумаги и большими буквами написал: "Это -воздух!"; согнул ее вдвое, дописал на ней "Федору Львовичу!" и подсунул под вторую дверь тамбура кабинета П.М.Франка. Вошедшая Мария Семеновна, застав меня в согнутом положении в тамбуре и с недовольным лицом сказав мне "Не терпится!", стала допечатывать свою бумагу Федор Львович вышел почти сразу. Я показал ему свои записи весов колбы; он очень быстро все понял и произнес, улыбаясь: "Конечно же!"
    Совещание продолжалось еще очень долго Я даже успел съездить в город п, возвращаясь, встретил С.К.Николаева, выходящего из двери лаборатории, который, кисло кивнув мне, сказал: "Не знаю, как вы будете работать, когда я уже почти всех распустил в отпуск!" Я понял, что это была наша победа! Через некоторое время мы все собрались в пультовой; пришел Федор Львович и подтвердил, что реактор для нас еще будет работать две недели. От других участников этого директорского совещания мы потом узнали о том, что Федор Львович, борясь за продолжение срока работы реактора, даже серьезно предлагал свою кандидатуру в качестве инженера электрика для дежурства в смене на пульте ИБРа взамен тех, кто уже успел уехать в отпуск на юг.
    На следующий день мы вошли в зал реактора с гелиевой подушкой и течеискателем, быстро отыскали течь в нейтроноводе она оказалась в оловянной пайке одного из фланцев нейтроновода, причем течь была именно во фланце того участка трубы, которая грохнулась об асфальт с плеча Славы Лущикова при переноске ее из лабораторного корпуса в экспериментальный зал. Понятна нам стала и причина ухудшения вакуума со временем эта трещина в пайке постепенно увеличивалась под действием очень тяжелого коллиматора, который буквально висел на этом фланцевом соединении, т.к. не был подперт снизу. Дыру запаивать не стали, а просто замазали ее пластилином, а коллиматор отодвинули подальше от активной зоны так, чтобы он совсем не касался внутреннего нейтроновода. Вытащили из нейтроновода злосчастный блок из оргстекла дырочного конвертора, заменяв его на тоненький полиэтиленовый диск толщиной в I мм. За эти два дня остановки мы заменили медную фольгу на шторке на более гонкую, т.к. толщина ранее используемой шторки в 15 микрон была достаточной, чтобы аффективно поглотить альфа-частицы и создать "шторочную разницу". Мы не видели возможностей существования такой альфа-активности, наведенной реактором и распространяемой в газовой фазе по трубе, однако, чтобы отмести и такие, пусть экзотические, но возможные сомнения, мы решили поставить шторку потоньше, бета-активность никак не могла вызвать "шторочную разницу" при нижнем пороге регистрации нашего детектора ~ 1 МэВ, поскольку шторка толщиной даже в 15 микрон практически прозрачна для бета-частиц таких энергий. Так как не удалось разыскать тонкую медную фольгу, решили изготовить ее своими силами на установке термического распыления металлов в вакууме. Такая установка была в нашем отделе в группе полупроводниковых детекторов у Э.З.Рындиной, но сама она была в отпуске. Мы быстро сами разобрались в этой установке и на ней за один день наготовили целый набор свободных от подложки медных фольг, одну из которых толщиной В 1,6 микрона мы поставили на детектор УХН в качестве шторки. При такой тонкой шторке именно поверхностный энергетический барьер меди толщиной ~ 0,1 мкн должен был отражать от себя УХН, не пропуская их на детектор. Даже если бы небыло такого отражающего барьера, УХН при прохождении такой тонкой шторки поглощались бы всего-навсего на 2% и не смогли бы создать заметной шторочной разницы. Таким образом, только поверхностный отражающий нейтроны потенциал мог бы дать разницу в счете между открытым и закрытым шторкой детектором.
    Наконец мы были готовы к новому циклу, и по нашей команде реактор снова запустился 4 августа. Он по-прежнему работал круглосуточно в режиме редких вспышек - одна вспышка в 5 секунд при средней мощности в 6 кВт. На сей раз измерения прошли очень гладко. Интенсивность регистрации открытого детектора составляла около одного импульса в 3 минуты, а при закрытой шторке он считал в три раза меньше.
    Я сидел ночью в пультовой и смотрел на красные, бегающие по кругу, огоньки декатронов пересчеток, которые регистрировали импульсы от детектора. Электродвигатель перемещения шторки включался вручную, перемещая шторку с одного детектора на другой один раз в 200 секунд. Иногда при такой редкой статистике эффект был обратный - закрытый детектор считал больше, чем открытый. По этому поводу я сильно переживал - как у телевизора, когда транслировали хоккейный матч СССР-Канада, и, глядя на пересчетки, очень сильно "болел" за УХН. К утру, сложив результаты всех серий, я увидел, что шторочная разница во много раз превышает статистическую ошибку. Утром еще из дома позвонил мне в пультовую Федор Львович, которому я с восторгом ответил, что наблюдается четкий эффект. Федор Львович попросил меня спокойно продиктовать ему непосредственные показания пересчеток (он так и раньше делал - звонил, чаше всего из Москвы, и просил продиктовать непосредственные данные и цифры из журнала, а потом при встрече у него уже были свои графики и посчитанные ошибки). А через час он появился в пультовой, где наша команда была уже в сборе. Федор Львович улыбался, в руках он держал огромный арбуз, который он пристроил на краю стола. Посмотрев в журнал на цифры и убедившись, что эффект продолжает со временем, как он сказал, "статистически утверждаться", предложил нам арбуз со словами: "Заслужили! Давайте съедим этот большой нейтрон!" Арбуз был вкусный, а настроение у нас было приподнятое. Я, увидев, что Федор Львович крутит в руках бельевую прищепку, предположил, что он приехал в Лабораторию на велосипеде (а он очень редко для этого пользовался велосипедом), и, желая пошутить, сказал ему: "Федор Львович, а эффекта-то у нас не было бы, если бы у Вас арбуз упал с велосипеда!", на что он быстро ответил, что эффекта действительно у нас не было бы, "если бы Вы, Саша, расколотили бы стеклянную колбу с газом, когда гоняли с ней на велосипеде".
    Федор Львович предложил оценить время удержания УХН в трубе посредством измерения зависимости интенсивности регистрации УХН от давления газообразного гелия, подаваемого в трубу. Скорость атомов гелия при нормальной температуре более чем в 200 раз превышает скорость УХН, которые в этом случае могут считаться практически стоящими на месте. Поток атомов гелия, бомбардирующий стоячие УХН, зависит от давления гелия, а вероятность их столкновения (сечение) при таких взаимных скоростях сближения хорошо известна, что позволяет рассчитать процесс исчезновения УХН из трубы из-за ускорения их ударами атомов гелия уверенно и достаточно точно. Гелий должен быть очень чист, особенно от водородосодержащих примесей, содержание которых не должно Превышать долей процента, т.к. сечение взаимодействия нейтрона с ними превышает сечение взаимодействия с гелием больше чем на два порядка. Баллон с паспортом и гарантированно чистым гелием удалось разыскать только в ЛЯПе у Б.С.Неганова, откуда мы почти целый километр катили его, пиная ногами по асфальтовой дороге. На эти измерения, или "гелиевую кривую", как мы ее назвали, ушло более суток.
    Среднее время удержания УХН в трубе, определенное таким способом, составило около 300 секунд. Это означало, что УХН, добираясь от реактора до детектора, на самом деле в трубе реально проходят гораздо больший путь, во много раз превышающий минимальное расстояние от реактора до детектора - ~ 10 метров. Таким образом, подтвердилось предположение, что механизм распространения УХН по трубам - диффузный.
    "Под занавес" мы успели провести еще два контрольных измерения, доказывающих, что мы регистрируем именно УХН. В одном из них мы поставили на один из фотокатодов детекторный слой с литием в химическом соединении с фтором. По расчету у такого соединения имеется довольно значительный энергетический отражающий барьер по сравнению с почти отсутствующим барьером у соединения гидроокиси лития, которое использовалось во всех рабочих измерениях. Эксперимент показал, что интенсивность регистрации УХН детектором с фтористым литием была на расчетную величину меньше, чем у детектора с гидроокисью лития.
    В последнюю ночь работы реактора с 12 на 13 августа было решено поставить на фотокатоды только сцинтилляторы с сернистым цинком, но совсем без литиевых слоев. Интенсивность регистрации детектором упала при этом более чем на порядок, что подтверждало, что в нашей до этого наблюдаемой "шторочной разнице" мы действительно наблюдаем нейтроны, а не тяжелые заряженные частицы.
    Утром в 600, 13 августа 1968 г., реактор ИБР остановился, и уже окончательно, на предстоящую реконструкцию. Конечно, нам еще хотелось поиграть с этим удивительным газом из нейтронов. Особенно нам хотелось приподнять детектор на высот}' около 2 метров над уровнем нейтроновода, куда УХН уже не смогли бы подняться в поле тяжести Земли. Интересно было бы и расположить внутри трубы поглотитель УХН в виде масляного пятна недалеко от детектора, что должно было сильно уменьшить счет УХН на детекторе. Однако это мы смогли проделать только позднее на более мощных реакторах, куда впоследствии были перенесены эксперименты с УХН.
    Измерения закончились. В Лаборатории стало совсем тихо. Через несколько дней мы разобрали свою установку, оставив в зале реактора только наактивированный участок нейтроновода Постепенно стали возвращаться из отпусков загорелые наши сотрудники, которым мы увлеченно рассказывали о наших опытах с УХН. Почти все, слушая, улыбались, чем выражали скорее всего не радость, а большую долю иронии по поводу услышанного - уж слишком непривычно все это было для нейтронной физики по сравнению с традиционными методиками экспериментов на пучках нейтронов. Некоторые с долей ехидства окрестили наши опыты "развлечениями в области романтической физики".
    Слава Лущиков сразу же укатил в Сочи в свое традиционное место отдыха. Пошли грибы. Мы с Юрой Покотиловским, возвращаясь на велосипедах из леса в Коровинском заливе с далеко не полными корзинами, у ЦЭМа встретили Федора Львовича, идущего с работы. Мы остановились. Федор Львович, заглянув в наши полупустые корзинки, с улыбкой заметил, что мы с Юрой УХНов наловили больше, чем набрали грибов. Потом он сообщил нам, что, посмотрев на результаты измерений на временном анализаторе, он увидел - "шторочная разница" уверенно наблюдается даже с учетом регистрации детектором прямой вспышки и тепловых нейтронов. А это означало, что импульсность используемого нами реактора, конечно, позволила подавить фон, но не настолько, чтобы мы не смогли бы зарегистрировать УХН и на стационарном реакторе мощностью всего 6 кВт. У обычных исследовательских стационарных реакторов мощность на три порядка больше - значит, и УХН там должно быть во столько же раз больше и их можно будет выделить над фоном от более мощного реактора.
    При расставании Федор Львович посоветовал нам отправиться в отпуск и хорошенько отдохнуть, а по возвращении - заняться переездом на какой-нибудь более солидный реактор.
    Мне никуда уезжать не хотелось, а снова хотелось окунуться в это суматошно беспокойное время, которым мы жили последний месяц: в голове все еще стучали насосы, а в глазах мелькали огоньки пересчеток. Все-таки я решил пойти в отпуск. Я люблю Волгу и опять хотел посмотреть на нее с парохода, тем более что скорость его совпадает со скоростью только что увиденных нами УХНов. Я взял свой драный ватник, рюкзак, надел старые кеды и, уговорив капитана первого попавшегося парохода, спрыгнул с бетонной стенки шлюза на Большой Волге на палубу "Сухоны", на которой доплыл до Волгограда. Оттуда попутными машинами по степям я добрался через Оренбург до уральского городка Юргамыш, где в международном лагере наблюдал за полным солнечным затмением; затем я посетил в Казахстане и на Алтае три целинных зерносовхоза, где мне пришлось поработать десять лет тому назад. Вернулся только почти через месяц и узнал, что Федор Львович уже поговорил с руководителем Отделения ядерной физики ИАЭ им. И.В.Курчатова Л..В. Грошевым, который, узнав о первых положительных результатах экспериментов с УХН в Дубне, незамедлительно предоставил нам В распоряжение самый интенсивный и самый удобный канал N3 на пятимегаваттном реакторе ИРТ. Полгода мы часто ездили в Москву в ИАЭ, где на многочисленных совещаниях в верхах обсуждали вопросы по созданию большой и удобной установки УХН силами конструкторского бюро и мастерских ИАЭ. Однако, даже несмотря на то, что некоторые отдельные части этой установки были уже готовы, у нас лопнуло терпение - не работать С УХН., а наблюдать за графиком создания гигантской установки в Москве?! Уговорив руководство в ИАЭ, мы решили сделать установку попроще в Дубне. Всего за две недели в Дубне на основе нашего медного уже работающего в первом эксперименте нейтроновода УХН мы создали установку дли Москвы Морозным утром 14 февраля мы погрузили эту установку на "газик" и отвезли ее в Москву, где через неделю уже были снова начать! исследования с УХН. А о большой, создаваемой в ИАЭ, установке так никто и не вспомнил. Поток УХН в Москве на дубненской установке в сто раз превысил поток УХН в первом эксперименте в Дубне и был бы еще больше, если бы мы не были вынуждены поставить на стационарном реакторе алюминиевый конвертор, у которою генерирующая способность УХН почти в десять раз меньше.
    Таким образом, несмотря на то, что УХН были впервые наблюдены в Дубне, почти все последующие исследования с УХН проходят за ее пределами, на более мощных реакторах.
    Весной 1975 г. в Москве, в Госкомитете по изобретениям и открытиям, Я.Б.Зельдовичу, В.И.Лущикову, Ю.Н.Покотиловскому и мне были вручены дипломы за открытие УХН.
    Диплом Федора Львовича, скончавшеюся в 1973 г., получила его жена -Софья Матвеевна Шапиро.

Пространное послесловие

    Открытия и другие значительные достижения в науке и технике обычно следуют без большой задержки за общим развитием знаний о природе, которым они обязаны самым непосредственным образом. Например, высадка человека на Луну не могла произойти намного раньше, чем она произошла, а открытия в физике элементарных частиц почти незамедлительно следовали за вводом в действие новых ускорителей. Открытие УХН не подчиняется этой закономерности, т.к. оно могло бы произойти и на четверть века раньше.

Немного истории.

    Оптический потенциал, который объясняет отражение УХН от поверхности, Э.Ферми ввел еще в 1934 г. для описания смещения оптических спектральных линий в зависимости от давления в газообразном источнике света. Впоследствии Э.Ферми перенес этот метод для объяснения полного отражения нейтронов от поверхности. С появлением в начале сороковых годов атомных реакторов - мощных источников нейтронов он, направляя пучки тепловых нейтронов иод малыми углами к поверхности и измеряя абсолютную величину максимально возможной нормальной компоненты (значение оптического потенциала), тем самым определил амплитуды рассеяния для целого ряда веществ. В принципе, тогда же можно было бы и наблюдать впервые УХН, для чего нужно было только засунуть в канал реактора вакуумированную медную трубу с последующим изгибом. Почему этого не сделал Э.Ферми, остается загадкой, тем более, что Э.Ферми, но словам Б.М. Понтекорво, несколько раз в разговоре с ним упоминал о бутылке с нейтронами.
    Процесс полного отражения УХН от поверхности вещества является естественным следствием волновой природы нейтрона, и вполне вероятно, что многие физики и в те годы думали о нейтронных бутылках. Я сам слыхал об этом от Э.Л.Андроникашвили, который сказал мне, что еще давно хотел заниматься "консервацией нейтронов, откачивая их из реактора", и этой идеей он зажег И.В.Курчатова, который под эту задачу разрешил ему постройку реактора в Тбилиси. Мои коллеги говорили, что идею об удержании нейтронов высказывали А.И.Ахиезер, И.Я.Померанчук, А.И.Алиханов.
    Однако только Я.Б.Зельдович оставил документальный след своих предложений, опубликовав в 1959 г. в ЖЭТФе статью об удержании медленных нейтронов. Эту идею он высказывал и раньше и, как рассказывают Ю.С.Замятнин и другие участники семинара во ВНИИЭФ (г.Саров) в начале 50-х годов, услышав о том, что нейтроны могут быть загружены в ящик, почти никто не поверил в серьезность этого сообщения, тем более, что все знали - сам Я.Б.Зельдович любил пошутить на семинарах. Вот эту ситуацию, когда идея удержания нейтронов буквально витала в воздухе, очень точно отразил Я.Б.Зельдович, начав свою статью словами: "Идея удержания медленных нейтронов высказывалась неоднократно..," (без каких-либо ссылок на ранее опубликованные работы). В этой статье он первый с помощью простых И понятных рассуждений сделал оценку времени удержания нейтронов в замкнутых сосудах из графита и бериллия. Через год в этом же ЖЭТФе появилась статья В. В. Владимирского, в которой предлагалось удерживать медленные нейтроны в магнитных бутылках, благодаря наличию у нейтрона магнитного момента. Помимо этого в его обстоятельной статье, в качестве развития идеи Я.Б.Зельдовича, была предложена идея конвертора  (внутреннего замедлителя) с оценкой эффективности его действия, предлагались вакуумированные нейтроноводы для транспортировки нейтронов и т.д. В этой же статье впервые появился термин "ультрахолодные нейтроны".
    В 1962 г. в журнале "Z. Physik" вышла статья Т.Шпрингера из мюнхенской школы проф. Г.Майер-Лейбница, в которой был описан эксперимент но выводу из реактора медленных нейтронов по медной слегка изогнутой вертикальной вакуумированной трубе. В принципе, на этой установке в то время можно было бы наблюдать впервые и УХН, если бы внутри трубы был поставлен дополнительный конвертор-замедлитель или переднее донышко трубы было бы выполнено из алюминия толщиной не более 1 мм для ввода в трубу из водяного замедлителя нейтронов с несколько большими, чем у УХН, скоростями, которые при подъеме в поле тяжести Земли превратились бы в УХН на уровне верхнего конца нейтроновода.
    Полгода спустя после того, как мы в Дубне впервые обнаружили УХН, в журнале "Phys. Lett." вышла статья А.Штайерла из этой же мюнхенской школы, в которой была описана установка, отличающаяся от установки Т.Шпрингера наличием прерывателя нейтронов, расположенным в начале нейтроновода у акгивной зоны реактора. Эта установка представляла из себя спектрометр очень холодных нейтронов но времени пролета, на которой был получен пучок очень медленных нейтронов в диапазоне скоростей, вплотную примыкавшем к диапазону скоростей УХН На этой установке исследовались зависимости сечения взаимодействия нейтронов с ядрами для очень малых энергий. Впоследствии именно эта работа часто упоминалась как работа, в которой практически одновременно с нашей были впервые обнаружены УХН.
    Один из соавторов открытия УХН, Я.Б.Зельдович, в 1975 г., в Лондоне, давая интервью корреспонденту газеты "Таймс", сказал, что открытие УХН - "Это чисто советское открытие", и это его заявление обидело некоторых западных физиков, которые в качестве контрдовода приводили результаты работы А.Штайерла. Мне кажется, что те люди, которые обиделись на слова Я.Б. Зельдовича, сами не знали до конца - что же такое представляют из себя УХН Специфика поведения УХН заключается в том, что нейтроны, отражаясь от поверхности, при всех углах падения могут быть заключены, как газ, в замкнутые сосуды, где претерпевают десятки тысяч последовательных столкновений о стенки. Это свойство и выделяет УХН из пучка нейтронов с несколько большими энергиями, которые наблюдал А.Штайерл. Желая увидеть этот самый нейтронный газ, А.Штайерл год спустя выполнил эксперимент, где он пытался пойман» УХН в графитовом сосуде, наполняя его УХН непосредственно у активной зоны реактора с последующей транспортировкой сосуда до детектора. Опыт был неудачный, поскольку детектор УХН блокировался от наведенной бета- и гамма-активности материала сосуда Еще два года спустя А.Штайерл этот же сосуд присоединил к верхнему концу вертикального канала и наблюдал УХН, но спустя уже три года после того, как они впервые были наблюдены в Дубне.
    Так почему же так долго никто не решался даже попробовать поставить эксперимент с УХН? Очевидно, что причина состояла в том, что к феномену УХН физики относились как к экзотической, забавной и...бесполезной игрушке. Очевидное применение УХН к измерению времени жизни тоже не вдохновляло экспериментаторов, поскольку к этому времени уже существовали довольно точные и надежные данные по распаду нейтрона, полученные по регистрации продуктов распада нейтрона на пучках тепловых нейтронов.
    Нельзя сказать, что статья Я.Б.Зельдовича в свое время осталась совсем незамеченной например, как только она вышла из печати, в нашей Лаборатории по предложению Ф.Л.Шапиро был проведен семинар, на котором с докладом об удержании нейтронов выступил В.В.Голиков, однако после обсуждения этой работы не было предпринято никаких практических действий для проведения экспериментов с УХН.
    Так прошло еще несколько лет, прежде чем в вышедшем учебнике по медленным нейтронам И.И.Гуревича и Л.В.Тарасова УХН была посвящена целая глава, однако эта книга только добавила пессимизма у исследователей заявлением, что УХН "вряд ли будут использованы в эксперименте" по причине их исключительно малой относительной доли в спектре нейтронов от реактора.
    Может быть, и по сей день УХН так и остались бы невостребованными и существовали бы только в виде красивой сказки, если бы не Ф.Л.Шапиро, который в 1968 г. призвал нас к практическому освоению УХН, т.к. усмотрел большие преимущества в их использовании в эксперименте по наблюдению электрического дипольного момента нейтрона. Сейчас прошло уже 27 лет с первого наблюдения УХН, в котором их плотность составляла всего 10-5 УХН в одном кубическом сантиметре. В исследования с УХН за это время были вовлечены различные исследовательские центры в нашей стране и за рубежом с обширной географией; Москва (5 институтов), Дубна, Гатчина, Алма-Ата, Мелекесс и Лыткарино, а также Германия, Канада, Англия, Франция и США Для получения УХН были использованы исследовательские реакторы начиная с университетского маломощною реактора мощностью 0,5 Мвт до высокопоточнего реактора СМ-2 мощностью 100 Мвт с рекордным потоком нейтронов. В настоящее время в стадии запуска находится установка для получения УХН на самом высокопоточном импульсном реакторе БИГР в Сарове. Особняком в этом списке присутствует установка для "безреакторного" получения УХН в США, базирующаяся на сильноточном ускорителе протонов (мезонной фабрике). Всего в разных лабораториях мира было построено более сорока типов различных нейтроноводных и других конструкций по извлечению УХН. Усилиями ряда экспериментальных групп изучались вопросы генерации, транспортировки, спектроскопии, хранения и детектирования УХН. На сей день максимально достижимая плотность составляет ~ 100 УХН в одном кубическом сантиметре, а время удержания УХН в сосудах, в основном, определяется только процессом бета-распада свободных нейтронов - ~ 900 с. Все эти данные получены чисто эмпирически; теория УХН больших достижений в этой области пока не имеет.
    К сожалению, в последнее время размах исследований с УХН существенно сузился. Причин здесь мною. Это, прежде всего, - прямое следствие Чернобыльской катастрофы, приведшей к закрытию многих исследовательских реакторов, общее сокращение расходов на науку и на фундаментальные исследования особенно. Сокращение широты исследований с УХН объясняется и тем, что на настоящее время все простые полудемонстрационные эксперименты на несложных маломощных источниках УХН уже выполнены, а в более серьезных исследованиях нужны очень интенсивные пучки УХН для получения моноэнергетических нейтронов и для получения достаточной статистической точности в измерении тонких эффектов. Высокоинтенсивные источники УХН уже не так просты и не так дешевы, как первые источники УХН. Прежде всего, они должны базироваться на высокопоточном реакторе, иметь довольно сложное криогенное обеспечение для применяемых далеко не безопасных жидко- или даже твердодейтериевых источников и иметь высокотехнологичные зеркальные нейтроноводы. В настоящее время гордость советской науки и техники - высокопоточиый реактор СМ-2 в Мелекессе -в угоду безопасности переделан после реконструкции так, что больше не имеет горизонтальных каналов, а вертикальные каналы имеют очень малое сечение. Таким образом, на сей день в мире остался один работающий источник УХН на высокопоточном реакторе ИЛЛ в Гренобле, на который выстроилась большая очередь с предлагаемыми экспериментами.
    В последнее время при использовании управляемых затворов для УХН разрабатываются методы получения плотных сгустков УХН от импульсных реакторов. Плотность УХН в этих сгустках соответствует потоку тепловых нейтронов в пике импульса реактора, которая на много порядков превосходит значение потока нейтронов даже для высокопоточных реакторов. Идея эта не нова и высказывалась еще Ф.Л.Шапиро на заре развития работ по УХН, в частности, применительно к мигающему реактору типа ИБР, однако все практические попытки осуществления этой идеи не привели к положительным результатам. Дело в том, что объемы этих сгустков УХН очень малы и, чтобы набить ими сосуд с подходящей емкостью, требуется время, значительно превышающее время удержания УХН в сосуде. В связи с проводимой конверсией в последнее время появилась возможность использовать военные импульсные редко срабатывающие (1-2 раза в сутки) реакторы с предельно возможной мощностью во вспышке, которую ограничивает только последующее разрушение активной зоны. На таком реакторе при использовании метода быстро движущегося конвертора достигается эффект "вытряхивания" УХН; при этом они выходят из гораздо большего объема конвертора, чем из покоящегося. На самом мощном такого типа реакторе БИГР (ВНИИЭФ, г. Саров) эффект динамического конвертора позволяет планировать достижимую плотность - 105 УХН в 1 см3 в сосуде объемом около 2-х литров. Аналогичным способом, но на порядок с меньшим значением плотности, УХН могут быть получены на менее мощных импульсных реакторах типа TRICA, которые довольно широко распространены в зарубежных исследовательских центрах. Общий поток УХН, потребляемых в эксперименте на установках, базирующихся на реакторе TRICA, может быть и не меньше, поскольку частота срабатывания таких реакторов на порядок больше, чем у уникального реактора БИГР.
    Возможностей дальнейшего повышения потока нейтронов в стационарных реакторах больше нет по причине предельно допустимых радиационных нагрузок на топливо и конструкционные материалы активной зоны. В принципе, увеличения предельно получаемого потока нейтронов еще на порядок можно ожидать в стационарном реакторе типа ВРТТ с большой кольцевой вращающейся активной зоной, проект которого существует уже довольно давно, однако сейчас нет даже надежд на его осуществление. Гораздо меньшие удельные радиационные нагрузки испытывают материалы в нейтронных источниках на основе расщепления тяжелых ядер под действием сильноточного пучка протонов на мезонных фабриках. Эти безупречные в экологическом отношении источники нейтронов по импульсному и среднему потоку нейтронов пока еще не перекрыли возможностей реакторов и вряд ли это сделают в будущем.
    Недавно в Гатчине в слабопоглощающем замедлителе из твердого дейтерия была экспериментально показана возможность существенного увеличения эффективности использования потока тепловых нейтронов для генерации УХН. Это дает определенные надежды на повышение достижимых плотностей, хотя на пути к реализации этого проекта для получения рекордных плотностей УХН на высокопоточном реакторе существует еще много технических трудностей. Вероятно, основным применением этого метода будет способ получения приемлемых плотностей УХН даже в относительно слабых потоках тепловых нейтронов, а может быть, УХН в достаточных количествах могут быть получены даже на обычных нейтронных генераторах типа (d-d) или (d-t).
    Если с момента открытия УХН до середины 70-х годов изучалось поведение УХН и совершенствовались методы работы с ними, то в дальнейшем УХН превратились в инструмент для ряда фундаментальных исследований. "Первой ласточкой" был эксперимент, проведенный в Гатчине, в котором была на порядок понижена верхняя граница значения возможно существующего электрического дипольного момента у нейтрона (ЭДМ) по сравнению с результатом, полученным ранее на пучках нейтронов. Это был тот самый эксперимент, который предложил Ф.Л.Шапиро, и именно этот эксперимент стимулировал начало опытов с УХН. А в Дубне, где и родилась эта идея, буквально сразу же после первого наблюдения УХН создавался другой вариант этой установки для поиска электрического дипольного момента нейтрона. Более чем за двадцать лет на ее создание было затрачено много сил и средств, однако она не была доведена даже до возможности работы с УХН и была в конце концов просто-напросто выкинута на свалку. Результаты поиска ЭДМ у нейтрона, как элементарной частицы, могут пролить свет на вопросы, связанные с фундаментальными представлениями в современном естествознании - нарушение симметрии во времени, обнаруженное к тому времени только в единственном эксперименте 1964 г. на К0-мезонах. В дальнейшем, в экспериментах Гатчинской, а затем и Гренобльской групп, ЭДМ у нейтрона с помощью УХН так и не был обнаружен, а верхнедопустимая граница его существования понижена до 10-25 е.см. Таким образом, она опустилась даже ниже тех значений ЭДМ, которые были в ту пору предсказаны теоретиками, однако последние в долгу не остались и сейчас предлагают еще несколько вариантов теорий, но которым значение ЭДМ у нейтрона может существовать, но уже на 2-3, а то и на 8 порядков ниже того уровня, который определен экспериментально на сей день. Эксперименты с целью (все-таки!) обнаружить ЭДМ у УХН. постоянно совершенствуясь, продолжаются и до сих нор, однако они идут уже далеко не с тем задором, с которым они начинались, потому что возможности методики с УХН исчерпаны почти полностью, а аппетит теоретиков, так легко отбросивших искомое значение ЭДМ дальше на 8 порядков, уводит исследователей из области современных реальных возможностей.
    УХН позволили существенно улучшить точность определения времени жизни свободного нейтрона, по сравнению с существовавшим ранее результатом измерения этой величины на пучках тепловых нейтронов. Казалось бы, такой опыт с УХН чрезвычайно прост. Наполнив УХН в бутылку, надо только нажать на секундомер и снять экспоненциальную зависимость плотности УХН в сосуде от времени, т.е. поступить точно так же, как обычно определяют период полураспада радиоактивного источника. Однако при отражении от стенок сосуда существуют некоторые потери УХН, которые заметным образом уменьшают время хранения УХН в сосуде. На сей день существуют результаты трех экспериментальных групп (ИЛЛ Гренобль, ИАЭ Москва и ЛИЯФ Гатчина - ОИЯИ Дубна) по определению времени жизни нейтрона, которые в своих работах имеют различия в методике учета поглощения УХН на стенках. Во всех трех экспериментах достигнутая точность более или менее одинакова и составляет ~ 0,3% от среднего полученного времени жизни нейтрона - 884 с. Казалось бы, дальнейшее уточнение значения времени жизни свободного нейтрона имеет только академическое значение и является демонстрацией престижа и возможностей самих исследователей, однако ситуация, сложившаяся в потребности более точного знания этой величины, имеет и свой) интригу. Дело в том, что в настоящее время наблюдается несоответствие между экспериментально полученными данными по времени жизни нейтрона и данными но коэффициенту корреляции его продуктов распада. Это несоответствие в настоящее время пока установлено неточно Для этого требуется дальнейшее увеличение точности экспериментальных результатов, и если эта разница в результатах подтвердится, то она, может быть, даже потребует для своего объяснения некоторой перестройки фундаментальных представлений в микромире.
    К настоящему времени пока не найдена постановка эксперимента с УХН но поиску электрического заряда у нейтрона, которая выгодно отличалась бы от пучкового варианта постановки такого эксперимента. В этих экспериментах измеряется накопление смещения траектории движения нейтрона (или набеги фаз, если привлечена резонансная методика) в электрическом поле, которое автоматически "замазывается" при хаотических отражениях газа УХН. Для поиска заряда нейтрона использование УХН в виде сколлимированного пучка с фокусировкой и другими элементами геометрической оптики не дали впечатляющих успехов. Чувствительность этой установки оказалась в несколько раз хуже, чем у пучкового эксперимента, поскольку время пребывания УХН в установке не превышало десятых долей секунды, а плотность пучка УХН в этой установке намного уступала достижимой плотности тепловых или холодных нейтронов.
    УХН, обладая почти макроскопической длиной волны, оказались очень удобным объектом для проведения целого множества демонстрационных экспериментов с использованием интерференционных фильтров, дифракционных решеток и зонных пластинок, в которых была подтверждена справедливость стационарной квантовой механики. А.Штайерл даже построил нейтронный микроскоп, правда, с очень скромными по сравнению с оптическими аналогичными приборами характеристиками: увеличением ~ 50 и разрешающей способностью, не превышающей точности измерения обычным штанген-циркулем - ~ 0,05 мм. В этом оптическом приборе ход лучей или, вернее, траектории нейтронов, под действием силы тяжести искривляются так, что они скорее всего напоминают семейство аксиально расположенных фонтанов воды. В принципе, предельное разрешение такого прибора, которое может быть достигнуто, ~ 500 А0, однако вряд ли такой прибор будет построен в обозримом будущем, поскольку для его создания, кроме всего прочего, потребуется плотность УХН на 6 порядков больше плотности наиболее интенсивного источника УХН в настоящее время.
    Ждет своей реализации и предложенная в 1976 г. М.В.Казарновским более привлекательная возможность изучения волновых свойств распространяющегося нейтронного пакета в пространстве и приготовления волновых пакетов различной пространственной конфигурации. Для гамма-квантов некоторые измерения в области нестационарной квантовой механики были проделаны еще в шестидесятых годах By, однако для УХН экспериментальные возможности намного шире.
    Перспективными являются и прикладные исследования с УХН, особенно в области физики поверхности. УХН хорошо "видят" только атомы поверхности, т.к. они всю свою жизнь проводят только в приповерхностном слое вещества стенок сосуда толщиной всего ~ 150 А0 и в полете в вакууме между отражениями, где УХН не поглощаются. В настоящее время проведены уже первые эксперименты по элементному анализу поверхности с использованием реакций (n,α) и (n,γ) и по изучению динамики тепловых колебаний поверхностных атомов. Поскольку глубина проникновения УХН в вещество сильно зависит от скорости УХН, то, меняя скорость УХН, можно производить сканирование по глубине изучаемых характеристик вещества в диапазоне от 0 до 300 А0. Интересны и планируемые эксперименты по наблюдению доли неупруго рассеянных УХН на объемном сверхтекучем 4Не и на сверхтекучих поверхностных пленках.
    В заключение о некотором сюрпризе, который "преподнесли" УХНы своим исследователям. С первого же эксперимента по удержанию УХН в сосудах и по сей день наблюдается огромное несоответствие между теоретически рассчитанным и экспериментально наблюдаемым временами удержания УХН.
    Запертый в сосуд УХН в основном проводит свое время на лету от удара до удара о стенки сосуда, а аномально большие потери, как было показано экспериментально, наблюдаются именно в моменты этих ударов, а не в свободном полете нейтрона. Теоретически рассчитанное количество ударов о стенки должно быть не менее ~108 для слабопоглощающих нейтроны веществ, а реально наблюдается в эксперименте только ~ 105 соударений и не более. На первых этапах исследований с УХН к этой проблеме отношение было еще достаточно несерьезное, т.к. оставались еще надежды на появление более совершенной теории, да и к самим экспериментам были еще обоснованные "придирки", поэтому-то и казалось, что в конце концов все-таки удастся связать концы с концами.
    Прошло более двадцати лет. Результаты четырех независимых теоретических исследований не нашли никаких добавочных каналов утечки УХН, а эксперименты четырех групп исследователей показали, что эта громадная разница между предсказанием теории и Экспериментом, или аномалия, как ее стали называть, действительно существует. Казалось бы, некоторая ясность в этом деле наступила в 1976 г., когда в Мелекессе были зарегистрированы УХН, убегающие из сосудов посредством ускорения их в момент удара о стенку сразу до энергии тепловых нейтронов. Однако последующие эксперименты показали, что величина утечки УХН с понижением температуры сосуда, как и ожидалось, падает, но только до некоторого значения температуры - ~ 50 К, после чего величина утечки перестает зависеть от температуры вплоть до 4 К, что ставит под сомнение предположение, что пропажа хранящихся УХН идет путем их нагрева на тепловых колебаниях атомов стенки.
    Так или иначе, а процессов потерь УХН в веществе могут быть только два: захват УХН ядрами и неупругое рассеяние УХН с ускорением и последующим вылетом их из сосудов. На сей день твердо установлено, что аномалию нельзя объяснить процессами с обычными значениями сечения захвата и рассеяния для ядер вещества стенок или какого-то универсального загрязнения поверхности этих стенок. В качестве наиболее вероятного загрязнения поверхности стенок сосуда многими исследователями и в течение уже многих лет рассматриваются ядра водорода на поверхности веществ, однако и это предположение сейчас не может быть рассмотрено в качестве кандидата на объяснение аномалии, поскольку и гипотеза о водородосодержащей поверхностной пленке противоречит ряду уже выполненных экспериментов.
    Трудно себе представить, что для диапазона скоростей УХН сечение ядерного захвата нейтрона (обычно, n,γ) по какой-то неведомой причине увеличивается на два порядка свыше того, соответствующего скорости УХН "законного" значения сечения, которое подчиняется закону 1/v, справедливость которого установлена А.Штайерлом вплоть до энергии УХН. На основании последнего сообщения В.И.Морозова из Гренобля, где он сейчас ведет эксперимент, можно утверждать: если и существует эффект увеличения сечения (n,γ) для УХН в бериллии, то он не превышает только 5-ти кратного нормально ожидаемого сечения захвата УХН в бериллии. А т.к. для бериллия наблюдаемая аномалия требует увеличения сечения в 100 раз (а не только в 5 раз), то процесс (n,γ), вероятно, не может рассматриваться как кандидат на причину аномального поглощения УХН в сосудах.
    Сейчас, в том же Гренобле выполняется эксперимент, целью которого является попытка обнаружить процессы ускорения УХН на стенках сосудов только до малых энергий, намного меньших средней энергии теплового колебания атомов стенок сосуда (на первый взгляд, этот процесс должен противоречить классической термодинамике, однако существуют некоторые указания на реальность существования такого типа нагрева УХН). Этот диапазон скоростей ускоренных нейтронов у экспериментаторов был пока вне наблюдения. Таким образом, скоро можно будет ответить на вопрос, покидают ли УХН сосуды посредством их ускорения на стенках во всем диапазоне скоростей от УХН до тепловых или ...
    В сложившейся ситуации, наверное, нельзя однозначно ответить на вопрос, какой вариант развития событий был бы более интересен и предпочтителен для исследователей, когда будет или не будет обнаружен процесс ускорения УХН на стенках как причина аномальных потерь УХН на стенках сосудов?
    Ситуация с долголетним и устойчивым существованием феномена аномальной утечки УХН из сосудов, пожалуй, только от отчаяния привела некоторых теоретиков для ее объяснения к привлечению ряда экзотических, порой даже эксцентричных, предположений, сотрясающих даже основы мироздания. Для примера я приведу только некоторые опубликованные в печати вероятные причины аномалии: восстановление высокоэнергетического хвоста волнового пакета ψ-функции после удара нейтрона о стенку; нелинейная квантовая механика и линейная квантовая механика с полевым центром, скрытые состояния и нейтрон-антинейтронные осцилляции, существование у нейтрона предраспадного состояния со спином 3/2 (с одинаковой ориентацией всех входящих в состав нейтрона кварков d↑ d↑ u↑), предполагаемое наличие незначительных осцилляций на краю потенциальной ямы ядра, специфическое квазиупругое рассеяние, вызывающее поглощение УХН, свойственное только УХН, поверхностные релеевские волны большой амплитуды, взаимодействие n→е посредством магнитного момента нейтрона с тепловыми флюктуациями поляризационных токов в веществе и т.д.
    Весь этот перечень потешек пока может только веселить и настраивать экспериментаторов на выполнение более серьезных исследований, в которых будет все-таки найден путь исчезновения УХН из сосудов, ибо возможности дематериализоваться у нейтрона нет, а поэтому всегда в эксперименте можно проследить за дальнейшей судьбой нейтрона после его ухода из сосуда.
    Не исключен и романтический вариант результата дальнейших исследований, который покажет, что в природе аномалии содержится новая физика, поскольку только для УХН можно проследить так много последовательных взаимодействий одной и той же элементарной частицы. До сих пор у экспериментаторов не было аналогичных объектов исследований. А может быть, в решении этой проблемы хоть как-нибудь проявится совершенно уникальное положение УХН как материального объекта в природе - для УХН почти равносильны все четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное. Чем дальше идет время, тем все больше кажется, что именно в попытках объяснить природу аномалии содержится самая интересная физика УХН.
    Пример иследований с УХН показывает, что для изучения свойств и структуры элементарных частиц иногда вовсе не обязательно ускорять эти частицы в гигантских ускорителях и сталкивать их друг об друга. Наоборот, в некоторых случаях бывает выгоднее использовать очень медленно движущиеся элементарные частицы, чтобы существовала возможность подольше понаблюдать за действием на них различных полей в экспериментальной установке.
    Аналогичные стремления к использованию очень малых скоростей наблюдаются и в физике ультрахолодных атомов, которая очень бурно развивается в последнее время.
    Если в электростатическом поле исключена сама возможность существования потенциальных ям и пребывания заряженных частиц в них в состоянии устойчивого равновесия (теорема Ирншоу), то для поля электромагнитной волны это не так. Первое сообщение о возможности удержания заряженных частиц в пучностях стоячих электромагнитных волн появилось в ЖЭТФе в 1958 г., т.е. довольно близко во времени с выходом пионерской работы об УХН Я.Б.Зельдовича. Авторами этой публикации были горьковские электрофизики А.В.Гапонов и М.А.Миллер. Они показали, что на частицу в стоячей электромагнитной волне действует средняя по времени сила, направленная к узлу волны, причем потенциал этой силы пропорционален квадрату модуля электрической напряженности и не зависит от знака заряда. В электромагнитном поле нейтральные атомы поляризуются и на них действует электрострикционная сила, которая образует потенциальную яму Эта потенциальная яма может удерживать частицы или электрические диполи, если скорость их не превышает некоторую критическую величину. В 1968 г. (т.е. том же году когда были открыты УХН) в "Письмах в ЖЭТФ" появляется статья В.С.Летохова (Институт спектроскопии), в которой рассматриваются вопросы удержания (или "пленения", как тогда называли этот процесс) атомов в стоячей волне лазера. В этой статье В.С.Летоховым (впоследствии он внес большой вклад в эту область исследований) было показано, что даже для мощных лазеров излучающих ~ 100 кВт/см2 , величина потенциального барьера для атомов довольно незначительна - ~10-9 эВ, что соответствует граничной скорости ~ 0,1 м/ с (для атомов аргона). Такие атомы, направленные вертикально вверх в поле силы тяжести Земли, могут подняться на высоту всего 1 мм. Несмотря на то, что доля таких медленных атомов в струе газа при комнатной температуре очень мала в отличие от источников нейтронов, у атомных источников проблем с интенсивностью почти нет Такие ультрахолодные атомы можно получить и с помощью замедления их тентовой скорости посредством встречного пучка от лазера и поместить их в трехмерные потенциальные ямы на продолжительное время.
    Интерес к такого рода исследованиям объясняется прежде всего в осуществлении возможности до предела сократигь допплеровское температурное уширение спектральных линий излучения (и поглощения), что позволит создать лазеры с чрезвычайно высокой разрешающей силой и высокой стабилизацией частоты.

На головную страницу

Рейтинг@Mail.ru