Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2024, № 9

Российская академия наук
ПОВЕРХНОСТЬ
РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ 
И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
№ 9      2024      Сентябрь
Журнал основан в 1982 году 
Выходит 12 раз в год
ISSN: 1028-0960 
Издается под руководством 
Отделения физических наук РАН
Главный редактор
Член-корреспондент РАН А.А. Левченко
Редакционная коллегия:
Г.Е. Абросимова, д.ф.-м.н. (заместитель главного редактора); В.Ю. Аристов, д.ф.-м.н.; 
А.С. Аронин, д.ф.-м.н.; А.В. Белушкин, д.ф.-м.н., член-корр. РАН; В.А. Бушуев, д.ф.-м.н.;
Н.В. Волков, д.ф.-м.н.; А.Э. Волошин, д.ф.-м.н.; С.В. Григорьев, д.ф.-м.н.;
В.П. Дмитриев, д.ф.-м.н.; А.П. Захаров, д.ф.-м.н.; В.М. Каневский, д.ф.-м.н.;
М.В. Ковальчук, д.ф.-м.н., член-корр. РАН; Д.П. Козленко, д.ф.-м.н.;
О.В. Коновалов, к.ф.-м.н.; С.В. Коновалов, д.т.н.; 
Э.А. Коптелов, д.ф.-м.н. (заместитель главного редактора);
Е.С. Клементьев, к.ф.-м.н. (ответственный секретарь); А.А. Лебедев, д.т.н.; 
Д.В. Рощупкин, д.ф.-м.н.; А.В. Солдатов, д.ф.-м.н.; В.Г. Станкевич, д.ф.-м.н.; 
Д.Ю. Чернышов, к.ф.-м.н.; Н.И. Чхало, д.ф.-м.н.; Xizhang Chen, PhD
Редакционный совет:
Председатель: В.А. Матвеев, д.ф.-м.н., академик РАН;
В.Л. Аксенов, д.ф.-м.н. член-корр. РАН; Ю.А. Владимиров, д.б.н., академик РАМН; 
О.Д. Далькаров, д.ф.-м.н.; В.В. Кведер, д.ф.-м.н., академик РАН;
Г.Н. Кулипанов, д.ф.-м.н., академик РАН; И.Г. Неизвестный, д.ф.-м.н. член-корр. РАН; 
Э.В. Суворов, д.ф.-м.н.
Заведующая редакцией Н.В. Еременко
Научные редакторы: Н.Е. Новикова, О.Н. Хрыкина
Адрес редакции: Москва, ул. Бутлерова, 17а
Телефон: +7 (499) 743-00-32
E-mail: surf@crys.ras.ru
INTERNET: http://www.issp.ac.ru/journal/surface/
Ɇ ɨɫɤɜɚ
Ɏ ȽȻɍ ɂɡɞɚɬɟɥɶɫɬɜɨ ©ɇɚɭɤɚª
© Российская академия наук, 2024
© Редколлегия журнала «Поверхность. 
Рентгеновские, синхротронные и нейронные  
исследования» (составитель), 2024

СОДЕРЖАНИЕ
Номер 9, 2024
Источник ультрахолодных нейтронов на основе сверхтекучего гелия для реакторного комплекса ПИК
В. А. Лямкин, А. П. Серебров, А. О. Коптюхов, С. Н. Иванов, Э. А. Коломенский, А. В. Васильев
3
Оценка размеров областей когерентного рассеяния в сплавах по нейтронным дифракционным данным
Б. Ержанов, И. А. Бобриков, А. М. Балагуров
12
Влияние вакуумного ультрафиолетового излучения на изменение инфракрасных фурье-спектров 
поглощения, электрических и гидрофобных свойств композита на основе полиимидных трековых 
мембран, заполненных кремнеземом
Н. И. Черкашина, В. И. Павленко, А. Ю. Ручий, С. Н. Домарев, Е. В. Форова
25
Синтез сульфида галлия (II)
Д. Н. Борисенко  
35
Экспериментальное и численное исследования повреждений, вызванных сильноточным 
электронным пучком, конструкционных материалов, предназначенных для первой стенки мощных 
плазменных установок
 Н. П. Бобырь, Е. Д. Казаков, М. Ю. Орлов, А. Р. Смирнова, А. В. Спицын, 
М. Г. Стрижаков, К. А. Сунчугашев, С. И. Ткаченко
42
Оценка потенциалов внутренней зарядки диэлектриков, покрытых проводящей пленкой
Н. Г. Орликовская, Е. Ю. Зыкова, А. А. Татаринцев
50
Зависимость радиационной стойкости карбида кремния от температуры облучения
А. А. Лебедев, В. В. Козловский, М. Е. Левинштейн, К. С. Давыдовская, Р. А. Кузьмин
58
Особенности формирования слоев на поверхности вентильных металлов в процессе ионноассистируемого осаждения металлов из плазмы вакуумного дугового разряда
В. В. Поплавский, О. Г. Бобрович, А. В. Дорожко, В. Г. Матыс
64
Гидридные фазы, синтезированные на основе высокоэнтропийного сплава TiZrNbMoTa
С. А. Лушников, Т. В. Филиппова 
73
Структура, дефекты упаковки и электрохимическое поведение α-Ta, полученного химическим 
газофазным осаждением
А. Н. Лубнин, В. И. Ладьянов, Б. Е. Пушкарев, И. В. Сапегина, Р. Р. Файзуллин,
Л. Х. Балдаев, С. Ю. Трещёв
80
Определение соотношения атомов и молекул в потоке теллура с помощью масс-спектрометра
В. И. Михайлов, Л. Е. Поляк
90
Об аномальной диффузии быстрых электронов в кристалле кремния
В. В. Сыщенко, А. И. Тарновский, В. И. Дроник
95
Оценка компонентного состава и толщины измененного слоя карбидов вольфрама и тантала при 
стационарном распылении ионами гелия
В. В. Манухин
101
Микроструктура и деформационное поведение новых металлокерамических ламинированных 
композитов Ta/Ti3Al(Si)C2–TiC
А. В. Абдульменова, Е. Б. Кашкаров, Д. Г. Кроткевич, Н. Травицкий
106

Contents
No. 9, 2024
Ultracold Neutron Source Based on Superfluid Helium for the PIK Reactor
V. A. Lyamkin, A. P. Serebrov, A. O. Koptyuhov, S. N. Ivanov, E. A. Kolomenskiy, A. V. Vasilev
3
Estimation of the Coherently Scattering Domain Size in Alloys from Neutron Diffraction Data
B. Yerzhanov, I. A. Bobrikov, A. M. Balagurov
12
Influence of Vacuum Ultraviolet on Changes in Fourier-Transform Infrared Spectra, Electrical and 
Hydrophobic Properties of a Composite Based on Polyimide Track Membranes Filled with Silica
N. I. Cherkashina, V. I. Pavlenko, A. Yu. Ruchii, S. N. Domarev, E. V. Forova
25
Synthesis of Gallium (II) Sulfide
D. N. Borisenko
35
Experimental and Numerical Study of Damage Caused by High-Current Electron Beam of Construction 
Materials Intended for the First Wall of Powerful Plasma Installations
N. P. Bobyr, E. D. Kazakov, M. Yu. Orlov, A. R. Smirnova, A. V. Spitsyn, M. G. Strizhakov, 
K. A. Sunchugashev, S. I. Tkachenko
42
Estimation of Internal Charging Potential of Dielectrics Coated with Conductive Film
N. G. Orlikovskaya, E. Yu. Zykova, A. A. Tatarintsev
50
Dependence of the Silicon Carbide Radiation Resistance on the Irradiation Temperature
A. A. Lebedev, V. V. Kozlovski, M. E. Levinshtein, K. S. Davydovskaya, R. A. Kuzmin  
58
Features of the Formation of Layers on the Surface of Valve Metals in the Process of Ion Beam Assisted 
Deposition of Metals from Vacuum Arc Discharge Plasma
V. V. Poplavsky, A. G. Babrovich, A. V. Dorozhko, V. G. Matys
64
Synthesis of Hydride Phases Based on TiZrNbMoTa High-Entropy Alloy
S. A. Lushnikov, T. V. Filippova
73
Structure, Stacking Faults and Electrochemical Behavior of α-Ta Prepared by Chemical Vapor Deposition
A. N. Lubnin, V. I. Lad’yanov, B. E. Pushkarev, I. V. Sapegina, R. R. Faizullin, 
L. Kh. Baldaev, S. Yu. Treschev
80
Determination of the Ratio of Atoms and Molecules in a Tellurium Beam Using a Mass Spectrometer
V. I. Mikhailov, L. E. Polyak
90
On Anomalous Diffusion of Fast Electrons through the Silicon Crystal
V. V. Syshchenko, A. I. Tarnovsky, V. I. Dronik
95
Evaluation of the Component Composition and Thickness of the Modified Layer of Tungsten and Tantalum 
Carbides During Stationary Sputtering by Helium Ions Bombardment
V. V. Manukhin
101
Microstructure and Deformation Behavior of Novel Metal–Ceramic Laminated 
Composites Ta/Ti3Al(Si)C2–TiC
A. V. Abdulmenova, E. B. Kashkarov, D. G. Krotkevich, N. Travitzky
106

ПОВЕРХНОСТЬ.  РЕНТГЕНОВСКИЕ,  СИНХРОТРОННЫЕ  И  НЕЙТРОННЫЕ  ИССЛЕДОВАНИЯ,  2024,  №9,  c. 3–11
УДК 621.039
ИСТОЧНИК УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ НА ОСНОВЕ 
СВЕРХТЕКУЧЕГО ГЕЛИЯ ДЛЯ РЕАКТОРНОГО КОМПЛЕКСА ПИК
© 2024 г. В. А. Лямкина, *, А. П. Сереброва, А. О. Коптюхова, С. Н. Иванова, 
Э. А. Коломенскийа, А. В. Васильева
аНИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ, Гатчина, 188300 Россия
*e-mail: lyamkin_va@pnpi.nrcki.ru
Поступила в редакцию 11.01.2023 г.
После доработки 15.02.2024 г.
Принята к публикации 15.02.2024 г.
В НИЦ “Курчатовский институт”
— ПИЯФ создают высокоинтенсивный источник 
ультрахолодных нейтронов на основе сверхтекучего гелия для научных исследований в области 
фундаментальной физики. Источник ультрахолодных нейтронов спроектирован для установки 
на самый большой из имеющихся экспериментальных каналов реакторного комплекса ПИК — 
горизонтальный экспериментальный канал ГЭК-4. Плотность потока тепловых нейтронов 
на выходе из канала составляет, согласно расчетам, 3 × 1010 см–2с–1. В новом источнике 
ультрахолодных нейтронов станет возможным достигнуть плотности ультрахолодных нейтронов 
3.5 × 103 см–3 на выходе из каземата реактора и 200 см–3 в спектрометре, предназначенном для 
измерения электрического дипольного момента нейтронов. Разработанная нейтроноводная 
система ультрахолодных нейтронов сможет поочередно обслуживать пять экспериментальных 
установок. На начальном этапе источник ультрахолодных нейтронов запланировано оснастить 
экспериментальными установками: спектрометром электрического дипольного момента 
нейтронов и двумя установками по измерению времени жизни нейтронов (с гравитационной 
и магнитной ловушками). Для данного источника ультрахолодных нейтронов был спроектирован 
и реализован уникальный технологический криогенный комплекс для работы со сверхтекучим 
гелием в условиях реакторной установки. Комплекс включает в себя оборудование для получения 
температур вплоть до 1 К и отвод тепла от сверхтекучего гелия в количестве до 60 Вт. 
Ключевые слова: источники нейтронов, ультрахолодные нейтроны, сверхтекучий гелий, электрический дипольный момент нейтрона, время жизни нейтрона.
DOI: 10.31857/S1028096024090012, EDN: EITVWJ
ВВЕДЕНИЕ
Для исследований фундаментальных свойств 
нейтрона 
использование 
ультрахолодных 
нейтронов (УХН) — с энергией ниже 10–7 эВ — 
открывает новые экспериментальные возможности. Эти нейтроны можно хранить в ловушках, 
что при их достаточной плотности существенно 
повышает чувствительность измерений. Поэтому разработка высокоинтенсивных источников 
УХН является исключительно важной задачей. 
Когда энергия нейтрона меньше граничной 
энергии проникновения в вещество, то происходит отражение нейтрона от
поверхности 
материала. Способность УХН к
отражению 
от поверхности позволяет хранить их в замкнутом сосуде, как было отмечено в 1959 году [1]. 
Удержание УХН возможно также и в магнитных 
ловушках за счет взаимодействия магнитного 
момента нейтрона с магнитным полем ловушки 
[2, 3]. 
В настоящее время УХН в основном используют для фундаментальных исследований в физике 
элементарных частиц. Сюда относятся поиск 
электрического 
дипольного 
момента 
(ЭДМ) 
нейтрона, измерения времени жизни нейтрона, 
исследования асимметрии β-распада нейтрона. 

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 9     2024
ЛЯМКИН и др.
4
Производство нейтронов снизкой энергией обязательно требует использования самых современных криогенных технологий. Большой выход холодных нейтронов (ХН), сэнергией 10–4–5 × 10–3эВ, 
очень холодных нейтронов (ОХН), с энергией 10–7–10–4 эВ, и ультрахолодных нейтронов 
(УХН) можно получить, подвергая реакторные 
нейтроны термализации в низкотемпературных 
замедлителях, обычно состоящих из водорода или 
дейтерия. Плотность УХН зависит от начальной 
интенсивности нейтронного потока и эффективности криогенного замедлителя (или конвертора, 
если преобладают одиночные акты неупругого 
рассеяния). Однако размещение замедлителя 
с криогенной температурой в высоком нейтронном потоке на реакторе связано с проблемой отвода радиационного тепла. Чем ниже температура 
замедлителя, тем сложнее решить эту проблему. 
Работы по созданию источников ультрахолодных нейтронов на реакторе в НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ носили пионерский 
характер [4] и некоторые из них были защищены 
авторскими патентами [5, 6]. К 1985 году были 
использованы практически все возможности увеличения плотности УХН, так как источники были 
размещены в максимально возможном потоке 
тепловых нейтронов — в центре активной зоны 
на реакторе “ВВР-М” [7] и на высокопоточном 
реакторе в ILL [8] при температуре жидкого водорода и дейтерия. После успешных исследований 
начались активные попытки увеличить плотность 
УХН с использованием более низких температур. 
Однако использование очень низких температур 
и высоких нейтронных потоков находятся в очевидном противоречии. Тем не менее в настоящее 
время активно развивают два метода получения 
УХН при очень низких температурах: при температуре 4 К с использованием твердого дейтерия 
(s-D2) и при температуре 1 К с использованием 
сверхтекучего гелия 4He (на фазовой диаграмме 
[9] эти условия соответствуют области He-II). Общий прогресс развития источников УХН в мире 
представлен на рис. 1.
ПРОИЗВОДСТВО УЛЬТРАХОЛОДНЫХ 
НЕЙТРОНОВ В СВЕРХТЕКУЧЕМ ГЕЛИИ 
Рассеяние нейтронов в сверхтекучем гелии 
было 
теоретически 
проанализировано 
еще 
в 1945 г. [10], что, возможно, вдохновило автора 
[1] на рассмотрение этой полностью свободной 
от поглощения нейтронов среды для образования 
УХН. Однако из-за сложности поддержания этой 
низкотемпературной жидкости вблизи активной 
зоны ядерного реактора эта идея не получила 
немедленного 
дальнейшего 
развития. 
Затем 
в 1977 г. была опубликована идея использования 
дисперсии когерентных возбуждений в сверхтекучем гелии для механизма образования УХН [11], 
10
5
10
4
10
3
10
2
10
1
Ãîä
Ïëîòíîñòü ÓÕÍ, ñì–3
10
0
ÎÈßÈ
ÈÀÝ
ÏÈßÔ
±åêóùèé ïðîåêò ÏÈßÔ
ÏÈßÔ
ÏÈßÔ
sD2 íà ðåàêòîðå
èñïûòàíèå ïðîòîòèïà
sD2 èìïóëüñíûé ðåæèì
LANL-PNPI
LANL
PSI-ÏÈßÔ
sD2 èìïóëüñíûé ðåæèì
ÏÈßÔ
ïåðâûé
ýêñïåðèìåíò
ñsD2
®ÄÏÁÚÄ
 ÜÉÐÎÄÏÇËÄÌÑÚ

ÐÍ
ÐÁÄÏÔÑÄÉÒÖÇË
ÂÄÊÇÄË
ÏÈßÔ
ÏÈßÔ
TUM
ÍÈÈÀÐ
ÏÈßÔ
ÏÈßÔ
ÈßÔ
ILL
ILL
ILL
TRIUMF
TRIGA
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025
10
–1
10
–2
10
–3
10
–4
10
–5
10
–6
10
–7
Рис. 1. Эволюция плотности УХН с течением времени в различных источниках УХН: ●— ПИЯФ; ▲— другие; 
пустые фигуры — на основе сверхтекучего гелия; фигуры с точкой внутри — на основе твердого дейтерия (s-D2); 
полностью залитые черным фигуры — другие методы получения УХН. Текущий проект ПИЯФ источника УХН 
на основе сверхтекучего гелия отмечен точкой в кружке. 

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 9     2024
ИСТОЧНИК УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ
5
также была отмечена возможность получения 
больших плотностей УХН в сверхтекучем гелии, 
установленном на выведенном пучке холодных 
нейтронов.
При образовании УХН в сверхтекучем гелии 
используют 
дисперсионную 
кривую 
Ландау, 
связывающую энергию и импульс возбуждений 
(фононов, ротонов) сверхтекучего гелия. В точке, 
где она пересекается с параболической кривой 
дисперсии для свободного нейтрона, как показано на рис. 2, при длине волны нейтрона 8.9 Å нейтрон может превратиться в УХН в когерентном 
неупругом процессе, испустив одиночный фонон, 
тем самым передав большую часть своей энергии, 
равной 1 мэВ, в квантовую жидкость. Нужно отметить, что, хотя некогерентных взаимодействий 
нейтрона с гелием нет, тем не менее, существуют 
процессы, которые приводят к нагреванию УХН 
внутри гелия. Это процессы, в которых участвует 
больше одной квазичастицы. Для таких процессов 
законы сохранения не носят строго избирательного характера, и потому возбуждение нескольких 
квазичастиц с низкой энергией могут приводить 
к нагреванию УХН, но с понижением температуры роль этих процессов быстро уменьшается. 
Например, при Тс = 1 К двухфононные процессы 
ограничивают время жизни УХН внутри гелия 
130 с, а при 0.6 К — 4000 с.
Чтобы использовать такие большие постоянные времени, необходимо также подавить другие 
потери УХН. Это потери УХН на стенках корпуса 
источника, которые могут быть небольшими 
за счет правильного выбора материала. Кроме 
того, необходимо удалить изотоп 3Не, сильно 
поглощающий нейтроны, из конвертера до содержания 10–12. Такая чистота гелия достижима 
при использовании очистки методом постоянной 
прокачки сверхтекучего 4Не через специальный 
фильтр (superleak) [12–14]. 
В настоящее время разработки источников 
УХН на основе сверхтекучего гелия проводят 
в различных странах, включая Канаду [15], Францию [16], США [17] и Японию [18]. В то время 
как принцип образования УХН путем конверсии 
холодных нейтронов в сверхтекучем гелии был 
экспериментально подтвержден в нескольких лабораториях в масштабе прототипов, следующим 
важным шагом будет его реализация в условиях 
высокопотокового нейтронного реактора. 
ПРОЕКТ ИСТОЧНИКА УЛЬТРАХОЛОДНЫХ 
НЕЙТРОНОВ НА РЕАКТОРНОМ 
КОМПЛЕКСЕ ПИК
В 2020 году был дан старт реализации программы по созданию приборной экспериментальной 
базы для реакторного комплекса ПИК. Одним 
из главных приборных комплексов в этой программе стал новый источник УХН для проведения 
исследований в области физики фундаментальных взаимодействий на основе сверхтекучего гелия [19]. Источник УХН на основе сверхтекучего 
гелия предназначен для проведения исследований в области физики фундаментальных взаимодействий. Согласно проекту, он будет установлен 
на самый большой из имеющихся эксперимен0.4
0.6
0.8
1.0
Ýíåðãèÿ íåéòðîíà, ìýÂ
1.2
1.4
1
2
1.6
0.2
0.5
1.5
2.5
3.5
1.0
2.0
Îáðàòíàÿ äëèíà âîëíû, Å
–13.0
0
0
Рис. 2. Зависимости энергии возбуждения фонона (дисперсионые кривые) от волнового вектора в сверхтекучем 
гелии: для свободного нейтрона (1) и кривая Ландау (2).

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 9     2024
ЛЯМКИН и др.
6
тальных каналов реакторного комплекса ПИК — 
горизонтальный 
экспериментальный 
канал 
ГЭК-4 диаметром 220 мм (рис. 3). Носовая (внутриказематная) часть источника УХН, вплотную 
прилегает к фланцу канала ГЭК-4. В носовой 
части необходимо разместить свинцовый экран, 
графитовый 
замедлитель, 
жидкодейтериевый 
предзамедлитель и конвертор нейтронов из сверхтекучего гелия. Расчеты по оптимизации источника УХН показали следующие величины притока 
тепла от реактора к различным частям источника 
УХН: свинцовый экран — 267 Вт; жидкодейтериевый предзамедлитель — 10.7 Вт; сверхтекучий 
гелий — 3.85 Вт.
Для поддержания работы источника УХН 
потребовалось спроектировать большой и технологически сложный комплекс, который расположился в двух зданиях и на двух площадках. 
Принципиальная схема расположения частей 
этого комплекса приведена на рис. 4.
Для 
внутриказематной 
сборки 
источника 
УХН в нише разборной радиационной защиты 
реакторного комплекса ПИК необходимо сфорРис. 3. Расположение источника УХН со сверхтекучим гелием на реакторе ПИК. Слева –реализация на канале 
ГЭК-4. Справа — схема источника УХН: 1 — изотопно-чистый сверхтекучий 4Не; 2 — природный гелий в теплообменнике при температуре 1 К; 3 — предзамедлитель (жидкий D2); 4 — графит; 5 — свинцовый экран; 6 — биологическая защита источника УХН; 7, 8 — многослойная биологическая защита реакторного комплекса; 9 — канал ГЭК-4.
Рис. 4. Принципиальная схема расположения источника УХН. 

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 9     2024
ИСТОЧНИК УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ
7
мировать канал диаметром 1000 мм, а криогенное 
оборудование разместить в
непосредственной 
близости от головной части и УХН. 
Систему вакуумной откачки паров гелия 
необходимо разместить как можно ближе к камере источника УХН. Это связано с тем, что 
температура гелия в камере источнике УХН 
зависит от давления насыщенных паров гелия 
в камере теплообменника — чем ниже давление 
паров, тем ниже температура гелия. Более низкая 
температура гелия, в свою очередь, увеличивает 
время хранение нейтронов в сверхтекучем состоянии [20].
Общий вид расположения оборудования представлено на рис. 5.
Для проверки работоспособности данного 
комплекса источника УХН была создана и запущена полномасштабная модель с учетом всех 
условий работы реакторного комплекса ПИК. 
Эта модель включала в себя все криогенные 
и вакуумные установки, которые запланированы к размещению в комплексе. Температурные 
исследования 
проводили 
с
использованием 
электрического нагревателя, который имитировал тепловой поток от излучения реактора. 
Чтобы сделать эти исследования максимально 
реалистичными, всю низкотемпературную часть 
модели окружал тепловой экран с рабочей температурой 20 К. 
Технологический комплекс со сверхтекучим 
гелием для полномасштабного моделирования 
источника УХН включает в себя: модель источника УХН, криостат, гелиевый ожижитель L-280, 
гелиевый рефрижератор TCF-50, систему вакуумной откачки паров гелия, систему сжатия и храРис. 5. Общий вид оборудования технологического комплекса источника УХН на реакторном комплексе ПИК. 
A — защитный каземат канала ГЭК-4, B — зона криогенного оборудования источника УХН, C — зона экспериментальных установок на пучках УХН, D — мастерская для экспериментов на пучках УХН, E — комната оператора 
источника УХН. 1 — внутриказематная часть источника УХН, 2 — сосуды с изотопно-чистым 4Не, 3 — система 
вакуумной откачки паров гелия, 4 — гелиевые и дейтериевые трубопроводы.

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 9     2024
ЛЯМКИН и др.
8
нения гелия, вспомогательные технологические 
системы, контрольно-измерительные приборы 
и автоматику.
В результате работ на полномасштабной модели источника УХН были достигнуты следующие 
результаты [21]: обоснована выбранная технология получения сверхтекучего гелия при 1.2 К; 
подтверждена возможность снятия с сверхтекучего гелия тепловых нагрузок до 60 Вт; проведен 
тестовый эксперимент по очистке гелия от сильно 
поглощающего нейтроны изотопа 3He; накоплен 
опыт эксплуатации данного комплекса перед его 
перемещением на действующий реактор.
Центральной частью источника УХН является 
внутриказематная часть, в которой находится 
конвертер объемом 35 л со сверхтекучим гелием 
при температуре 1 К. Принципиальная схема 
внутриказематной части (в реальных пропорциях) 
представлена на рис. 6. В передней части внутриказематной чаcти источника УХН находятся свинцовый экран (1) для снижения теплопритоков 
к низкотемпературным конструкциям источника 
УХН от гамма-излучения, блоки графитового 
замедлителя (18), камера с жидкодейтериевым 
предзамедлителем (2) и камера со сверхтекучим 
гелием (3).
Отвод теплопритоков от сверхтекучего гелия 
осуществляется через теплообменник (5) через 
стенку (4). Хладагентом в этой схеме выступает 
жидкий 
4He. Для получения температур 
4He 
на уровне 1 К необходимо поддерживать давление насыщенных паров на уровне 50 Па. Откачку 
паров 4He осуществляют через трубопровод (11). 
Для уменьшения теплопритоков к низкотемпературным элементам источника УХН предусмотрен 
и тепловой экран (8) с рабочей температурой 
20 К.
Низкотемпературная часть источника УХН 
заключена в
вакуумный модуль, состоящий 
из вакуумного контейнера (6), свинцового экрана 
и графитового блока. Вакуумный модуль размещен на опорной тележке (7), оборудованной 
колесами для передвижения по рельсам. Сверху 
уложены алюминиевые блоки (17), повторяющие 
форму выреза разборной защиты реакторного 
комплекса.
Охлаждение теплового экрана (8) и процесс 
конденсации дейтерия в дейтериевой камере (2) 
осуществляют с помощью гелия при температуре 
20 К через трубопровод (9). Подача жидкого 4He 
в камеру теплообменника (5) происходит от криостата через трубопровод (10). Дейтерий в камеру 
предзамедлителя подают через трубопровод (14) 
от
дейтериевого ресивера. Трубопровод (14) 
имеет двойные стенки, в зазоре которых находится газообразный гелий для предотвращения 
возможности образования водородно-воздушной 
взрывоопасной среды.
По аналогии с дейтериевой камерой (2) гелий в камеру источника УХН (3) подается через 
трубопровод (12). Трубопровод (12) напрямую 
соединен с ресивером, заполненным изотопно-чистым 4He. При получении рабочей температуры 1 К в теплообменнике (5) гелий начинает 
перетекать и конденсироваться в камере источника УХН. По величине остаточного давления 
в ресивере можно судить об уровне гелия в камере источника УХН.
Рис. 6. Конструктивная схема источника УХН (описание узлов далее по тексту).

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 9     2024
ИСТОЧНИК УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ
9
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На базе реактора ПИК в НИЦ “Курчатовский 
институт” — ПИЯФ создают высокоинтенсивный 
источник ультрахолодных нейтронов на основе 
сверхтекучего гелия для научных исследований 
в
области фундаментальной физики. Производство УХН в гелии позволит достичь плотности нейтронов вплоть до 3.5 × 103 см–3 в камере 
со сверхтекучим гелием и 200 см–3 в спектрометре, 
предназначенном для измерения электрического 
дипольного момента нейтронов, на выведенном 
нейтроноводе УХН [22]. Описанный выше источник позволит существенно увеличить плотность 
УХН по отношению к существующему мировому 
уровню. За счет высокоинтенсивных потоков 
ультрахолодных нейтронов станет возможным 
значительно повысить качество исследований 
по таким вопросам как поиск электрического дипольного момента нейтрона и измерение времени 
жизни нейтрона.
Ключевым элементом источника УХН является, разработанная в ПИЯФ, внутриказематная 
часть, которая будет установлена на горизонтальный канал реактора ГЭК-4. Внутри этого элемента расположены емкость со сверхтекучим гелием 
при температуре 1 К и емкость с жидким дейтерием при температуре 20К. Для штатной работы 
источника УХН был спроектирован большой 
технологический комплекс с криогенным и вакуумным оборудованием, способный поддерживать 
рабочую температуру 35 литров сверхтекучего 
гелия и 53 литров жидкого дейтерия в условиях 
теплопритоков от реактора ПИК. 
Прогресс в точности измерений электрического дипольного момента нейтрона представлен 
рис. 7. С первого результата по поиску электрического дипольного момента нейтрона с помощью 
УХН в ПИЯФ в 1980 году [18] верхний предел 
величины электрического дипольного момента 
нейтрона был понижен на два порядка величины. 
Проект эксперимента по определению электрического дипольного момента нейтрона с использованием нового источника УХН, представленный в [24], предполагает увеличение точности 
измерении на порядок величины, до уровня 10–27
е·см (e — элементарный электрический заряд), 
по отношению к лучшему на данный момент результату [25], полученному с твердодейтериевым 
источником УХН.
Что касается измерений времени жизни 
нейтрона, использование УХН сыграло определяющую роль в точности этих измерений, 
и дальнейшее улучшение качества таких измерений представляется вполне возможным. 
Предварительные расчеты показывают фактор 
выигрыша в счете детектора установки по измерению времени жизни в гравитационной ловушке 
для реактора ПИК не менее 16 раз по отношению 
к эксперименту на реакторе в ILL [24].
На базе этого источника запланировано выделить четыре участка под размещение различных экспериментальных установок по физике 
фундаментальных 
взаимодействий. 
Предлагаемый проект позволит создать современный 
нейтронный центр коллективного пользования 
с уникальным высокоинтенсивным источником 
ультрахолодных нейтронов. В работе центра коллективного пользования могут принять участие 
многие институты и университеты России.
ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, грант №23-72-10007.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют, что у них нет конфликта 
интересов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Зельдович Я.Б. // ЖЭТФ. 1959. Т. 36. С. 1952.
2.
Владимирский В.В. // ЖЭТФ. 1960. Т. 39. С. 1062.
3.
Базаров Б.А., Ежов В.Ф., Коврижных Н.А., Рябов В.Л., Андреев А.З., Глушков А.Г., Князьков В.А., 
10–21
10–22
10–23
10–24
dn, e.ñì
10–25
10–26
10–27
10–28
1965
1975
1985
1995
Ãîäû
2005
2015
2025
Рис. 7. Прогресс в понижения верхнего предела величины электрического дипольного момента нейтрона dn. ▼— ORNL-Harvard, ●— ORNL-ILL, ■— 
ILL-sussex-RAL, ♦— PSI, ▲ — ПИЯФ. Результаты 
до 1980 года получены с использованием холодных 
нейтронов. Последняя точка — прогноз результата, 
который будет получен к 2025 году на новом источнике УХН на реакторе ПИК.