Measurements of ultracold neutron lifetimes in solid deuterium
我们提出了超冷中子（UCN）在固体氘SD 2中的存活时间的第一次测量。该临界参数提供了对利用固体正氘作为源材料的超热UCN源的有效性的基本限制。超热UCN源使UCN的可用密度有了几个数量级的提高，并且对于基础粒子物理实验非常重要，例如寻找静态电偶极矩和自由中子的寿命测量。这些测量是利用耦合到一个spiritual源的中子，提供了一个示范的UCN生产在这种几何形状，并允许系统的热向上散射和污染的影响的研究与仲氘上的UCN的生存时间。
2001-09-28 nucl-ex
UCN Upscattering rates in a molecular deuterium crystal
本文计算了氘分子固体中的超冷中子（UCN）上散射率，考虑了分子内激发和声子的影响。不同的分子物种ortho-D2（具有偶数转动量子数J）和para-D2（具有奇数J）表现出显着不同的UCN声子湮灭截面。此外，对位到邻位-D2转换将UCN耦合到激发旋转态的能量池，而不介导声子。这种异常的上散射机制限制UCN的寿命为4.6毫秒，在正常的D2固体与33%的对位含量。
2000-04-07 nucl-ex
Investigating solid $α-^{15}$N$_{2}$ as a new source of ultra-cold neutrons
固体$^{15}$ N $_{2}$在$α$相中的动力学结构因子（$T<35$ K）在劳厄朗之万研究所的IN 4飞行时间光谱仪上测量，并评估这种物质作为UCN转换器的潜在性能。下散射中子到超冷中子能量的截面被确定为入射能量的函数，以及上散射平均自由程。UCN产生截面被发现约为氘的20%。然而，具有能量181 neV的UCN在$T=5.9$ K处具有46 cm的上散射平均自由程，其比氘大$\sim20$倍。因此，如果可以获得足够的同位素纯度，则大体积的$α-^{15}$ N $_{2}$源可以产生改进的UCN密度。
2013-06-23 nucl-ex
Scattering cross sections of liquid deuterium for ultracold neutrons: Experimental results and a calculation model
我们提出了超冷中子（UCN）在液态氘（T = 20.6 K）中的散射截面$σ_\text{scatt}$，最近通过透射实验测量。解释了必要的原始数据处理程序。基于适当的物理概念，提出了流体力学极限下液态氘相干和非相干散射的计算模型，并与实验数据进行了较好的拟合。非相干近似的UCN在液体氘散射的适用性进行了测试，并发现提供可接受的结果。
2015-11-22 nucl-ex physics.flu-dyn physics.ins-det
Ultracold Neutron Sources: An Essentially Enhanced Optimal Operation Temperature for Ortho-Deuterium-Based Superthermal Converters
Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ), Technical University Munich（海因茨·迈尔-莱布尼茨中心，慕尼黑工业大学）；Technical University Munich, TUM School of Natural Sciences, Physics Department（慕尼黑工业大学，自然科学学院，物理系）
该研究修正了超冷中子源最优工作温度的传统结论，得出基于正氘的超热转换器最优温度为10-12K，放宽了相关实验的低温运行条件。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex physics.ins-det
UCN transport simulation in solid deuterium crystals
超冷中子从低温慢化剂中的提取效率关键取决于慢化剂材料的中子透明度。本文用蒙特卡罗模拟方法模拟了UCN从非理想（无序）固体氘晶体中逸出的几率。它是基于使用的关联函数描述在无序材料的密度波动，后者是从测量的非常低的中子能量总截面为这种材料推断。
2012-03-04 nucl-ex
Direct measurement of the scattering cross sections of liquid ortho-deuterium for ultracold neutrons and comparison with model calculations
本文测量了液态正氘在19-23 K四个温度下对超冷中子的散射截面，与无参数解析模型及先前实验结果高度一致，验证了模型可靠性并确认散射截面与速度成反比的理论预测。
2023-04-01 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex
Characterization of ultracold neutron production in thin solid deuterium films at the PSI Ultracold Neutron source
我们在Paul Scherrer研究所（PSI）的超冷中子（UCN）源的固体氘（sD $_2$）慢化剂中通过超热转换测定了UCN产生率。特别地，我们考虑了少量的小于$20\,$摩尔的D $_2$，其以几mm厚的薄膜沉积在冷却的慢化剂容器表面上。我们测量了氘的同位素（$ c_\text{HD} < 0.2 \, \% $）和同分异构体（$ c_\text{para} \le 2.7 \, \% $）纯度，从而得出结论，在$5\,$ K下的吸收和上散射对来自薄膜的UCN产率具有可忽略的影响。我们比较了计算的UCN产额的基础上，以前测得的热中子通量从重水热慢化剂测量的UCN计数率在束端口。我们证实了我们的结果，从而证明了UCN的生产和运输的来源模拟的绝对特征。
2023-03-14 nucl-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Production of Ultra-Cold-Neutrons in Solid α-Oxygen
我们最近对固体α-氧中声子和磁振子的中子散射测量使我们对这种超热转换器中超冷中子（UCN）的产生机制有了新的认识。固体α-氧中UCN的产生主要受声子激发的影响。磁振子对UCN产生的贡献在E >10 meV以上和E >4 meV时变得稍微重要。与固体氘相比，固体α-氧在热中子或冷中子向下散射到UCN能区中的效率较低。
2010-07-30 nucl-ex
Neutral multi-MeV/u particles from laser-induced processes in ultra-dense deuterium D(0): accurate two-collector timing and magnetic analysis
超致密氘D（0）层中的激光诱导过程使用<200 mJ的ns激光脉冲能量喷射多MeV u-1粒子。这种粒子以前已经观察到mA电流的飞行时间（TOF）收集器在高达1米的距离。信号电流主要是由于次级电子通过撞击MeV粒子在收集器上的喷射。改进的双收集器飞行时间测量现在表明，粒子的能量在1-50 MeV u-1的范围内。它们的分布几乎热高达13 MeV u-1或比热尖锐。最快的尖峰可能表明多体能量转移引起的冲击波加速。0.4 T的磁场仅偏转多MeV粒子通量的一小部分，因此其主要由中性粒子组成。通过将TOF方法与磁偏转相结合，可以确定研究的是多MeV的粒子，而不是来自靶的任何较慢的粒子发射。中性多MeV粒子的结论是超致密氢HN（0）的碎片在其他实验中观察到。
2015-08-28 nucl-ex physics.ins-det
Direct observation of particles with energy >10 MeV/u from laser-induced fusion in ultra-dense deuterium
由脉冲长度为5 ns的0.2 J脉冲引起的超密氘D（-1）核聚变会喷射出能量在MeV范围内的离子。到收集器的ns分辨信号可以直接在示波器上观察到，显示了以2-14 MeV u-1的能量在12-100 ns的飞行时间到达的离子，主要是来自聚变过程的质子和质子碰撞喷射的氘核。电子和光子对快速信号几乎没有贡献。在几mA峰值电流下观察到的信号对应于每次激光发射释放的1x10^13个粒子，并且能量释放> 1 J，假设各向同性形成和观察到的平均粒子能量为3 MeV。靠近激光靶的可移动狭缝给出了信号产生的空间分辨率，几乎只显示来自激光撞击点的快速离子和来自激光撞击点外部的等离子体的穿透光子。利用光电倍增管探测器在线观测聚变过程的初始光子脉冲。
2013-02-12 nucl-ex physics.ins-det
Deuteron Photodissociation in Ultraperipheral Relativistic Heavy-Ion on Deuteron Collisions
在超周边相对论性氘与重离子碰撞中，从重核发射的光子可以使氘离子离解。我们发现氘破裂截面的1.38 barns的氘-金碰撞的质心能量为200 GeV的核子，在相对论重离子对撞机的研究，和2.49 barns的氘-铅碰撞的质心能量为6.2 TeV，建议的大型强子对撞机。这个截面包括强子衍射离解的能量无关的140 mb贡献。在大型强子对撞机中，它的截面与强子相互作用的截面一样大。估计误差为5%。氘核离解可用作光度监测器和中等碰撞参量碰撞的“标记”。
2003-07-02 hep-ph nucl-ex nucl-th
Coherent Neutron Scattering in Polycrystalline Deuterium and its Implications for Ultracold Neutron Production
本文提出了一种计算固体材料（用于实际中子源）中的中子截面的方法，该方法具有较大的相干散射贡献。特别地，多晶ortho-D $_2$的动态结构函数S（Q，$ω$）使用Monte-Carlo计算来评估，所述Monte-Carlo计算在相对于随机取向的晶轴的散射角上执行平均。该方法使用的解析色散函数与力常数来自单晶D $_2$的中子散射数据的轴对称力张量的框架。由此产生的二维地图的S（Q，$ω$）捕获的声子分支的细节，以及分子的旋转，可以直接从多晶D $_2$上的非弹性中子散射的数据进行比较。利用这些高分辨率信息计算了超冷中子（UCN）的产生和上散射损失的绝对截面。所得的散射截面显着不同，特别是对于UCN上散射，从以前的预测使用的方法集中在非相干近似。
2010-05-06 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex nucl-th
A graphite-moderated pulsed spallation ultra-cold neutron source
有人提出建议，并正在努力在世界各地的加速器实验室建造脉冲溅射超冷中子源。在瑞士的保罗·谢勒研究所（PSI）和美国的洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL），计划使用固体氘（SD_2）从冷中子生产UCN。然而，关于如何获得冷中子的哲学却大不相同。本提案描述了第三种方法，其应用温度优化的石墨减速剂与SD_2的组合，并定性地结合了不同方案的优点。这里描述的方案允许构建一个强大的UCN源。假设脉冲质子束为2 mA、590 MeV，平均电流为10微安，则得到的UCN密度超过2000 cm^{-3}，UCN通量约为10^6 cm^{-2} s^{-1}，每800 s的UCN总数超过2*10^9。
2001-09-05 nucl-ex
Solid deuterium surface degradation at ultracold neutron sources
固体氘（sD_2）是产生超冷中子（UCN）的有效转换器。众所周知，sD_2必须足够冷，具有高纯度并且大部分处于其正态，以保证UCN在固体中的长寿命，它们从固体中被提取到真空中。由于晶体的不均匀性限制了弹性散射的平均自由程并降低了提取效率，因此块状sD_2材料的UCN透明度必须很高。在Paul Scherrer研究所和Los Alamos国家实验室的UCN源进行的观测一致表明，在对sD_2进行初始制备或后期处理（"调理"）后，UCN产率随操作时间的推移而降低。我们表明，除了质量的散装sD_2，其表面的质量是必不可少的。我们的观察和模拟支持这样的观点，即由于D_2霜层在脉冲操作下的建立，导致UCN的强烈反射和随后的损失，表面正在恶化。我们报告的UCN产率测量结果，温度和压力行为的氘源操作和调节，和UCN输运模拟。这一点，再加上光学观测的SD_2霜形成的初始透明SD_2在离线研究与脉冲热输入在北卡罗来纳州立大学UCN源的结果在一致的描述UCN产量下降。
2018-08-28 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Solid oxygen as converter for the production of ultra-cold neutrons
我们已经研究了固体氧作为超冷中子产生的转换器材料。在第一系列实验中，检查晶体制备。制备了一种光学半透明固体$α$ -氧晶体。在第二系列实验中，如第一系列实验中一样，将这样的晶体按压痕制备，暴露于FRM II MEPHISTO束线的冷中子通量。提取了氧晶体内部产生的超冷中子，测量了不同转换器温度下的计数率。这些测量的结果给出了一个明确的信号的超高温UCN生产机制在$α$ -氧。在5 K温度下，晶体内部UCN的平均自由损耗长度为$20\,\mathrm{cm}$量级。
2011-07-11 nucl-ex
A source of ultra-cold neutrons for the gravitational spectrometer GRANIT
介绍了GRANIT重力谱仪专用高密度超冷中子源的研制现状。该源利用冷中子在超流氦中的超热转换为UCN。试验表明，液体内部产生的UCN可以被提取到真空中。此外，测试了专用的中子选择通道，以保持高的初始密度，并仅提取具有20 cm/s垂直速度分量的中子用于谱仪。对于光谱仪来说，这个新的源将具有0.18 cm-3（m/s）-3的相空间密度。
2007-08-21 nucl-ex
UCN, the ultracold neutron source -- neutrons for particle physics
超冷中子为中子性质的研究提供了一个独特的工具。概述了PSI的超冷中子（UCN）源，它产生了最高的UCN强度的基础物理实验，利用高强度的质子束结合固体氘在5 K的温度下的高UCN产率。我们简要地列出了重要的基础物理结果的基础上测量中子在PSI。
2021-06-06 nucl-ex physics.ins-det
Upgrade of the ultracold neutron source at the pulsed reactor TRIGA Mainz
介绍了脉冲堆TRIGA Mainz上改进后的固体氘超冷中子源的性能。目前的配置阶段包括安装一个氦浓缩器，以长期进行UCN实验，使用具有改进的传输的不锈钢中子导管，以及在热桥和转换器杯的内壁上涂敷无磁性$^{58}$ NiMo合金。在实验区生物防护罩外的一个体积为32升的“标准”UCN储存瓶（不锈钢）中测量UCN产量，得到UCN密度为8.5 /cm $^3$ ;与以前的设置相比增加了3.5倍。测得的UCN存储曲线与为模拟源而开发的蒙特卡罗模拟的预测吻合得很好。固态氘转化器在冻结过程中的生长和形成受H $_2$预减速剂的邻/对位比的影响。
2017-11-09 nucl-ex physics.ins-det
Characterization of a scintillating lithium glass ultra-cold neutron detector
利用Paul Scherrer研究所（PSI）的超冷中子源对为TRIUMF中子电偶极矩实验研制的$^{6}$ Li玻璃闪烁探测器进行了表征。该检测器的数据采集系统被证明在拒绝背景方面表现良好。估计背景抑制的绝对效率为$99.7\pm0.1$ %。对于可变的超冷中子速率（从$<$ 1 kHz变化到约100 kHz每通道）和在Paul Scherrer研究所看到的背景速率，我们估计绝对检测器效率为$89.7^{+1.3}_{-1.9}$ %。最后，在PSI的超冷中子源的West-2束线的特定设置与商业级联探测器进行了比较。
2016-11-08 nucl-ex physics.ins-det
A hydrogen leak-tight, transparent cryogenic sample container for ultracold-neutron transmission measurements
从基于固体氘（sD $_2$）晶体的转换器中提高可提取的超冷中子（UCN）的数量需要很好地理解UCN输运以及晶体的形态如何影响其对UCN的透明度。通过低温液体和感兴趣的固体（例如氢（H $_2$）和氘（D $_2$））的UCN透射率的测量需要具有薄的、高度抛光的和光学透明的窗口以及良好限定的样品厚度的样品容器。最困难的密封问题之一是氢气和氦气等轻气体在低温下与高真空的密封。在这里，我们报告的样品容器的设计与两个1毫米薄的无定形二氧化硅窗口冷焊到铝夹使用铟丝垫圈，以形成一个简单的，可重复使用的和氢密封的低温密封。该容器满足上述要求，并且在低至4.5 K的温度下，在$10^{-5}$至$10^{-7}$ mbar的范围内，相对于隔离真空，能够承受高达2 bar的氢气压力。此外，结晶过程的照片显示和讨论。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex physics.ins-det
A comparison of two magnetic ultra-cold neutron trapping concepts using a Halbach-octupole array
本文介绍了一种新型的超冷中子磁阱，它由一个长1.2 m、内径为47 mm的Halbach八极永磁体阵列和一组超导端部线圈及偏置场螺线管组成。在一个垂直的，磁引力和水平设置的陷阱的使用进行了比较的有效体积和控制的关键系统的影响，需要在高精度的中子寿命测量的能力。
2015-03-17 nucl-ex physics.ins-det
