Thermal up-scattering of very cold and ultra-cold neutrons in solid deuterium
本论文的工作是Paul Scherrer研究所（PSI）以固体氘为超冷中子（UCN）产生介质的高强度超热超冷中子（UCN）源项目的一部分。为了更好地了解固体氘作为冷中子慢化剂和超冷中子转换器的性质和行为，我们进行了一系列实验。本文介绍了用固体氘中的极冷中子和超冷中子进行透射研究所获得的中子总截面的测量结果。介绍了实验装置和数据分析方法，并给出了固体氘样品的制备过程。中子传输的研究得到了晶体的光学研究和拉曼光谱的支持。因此，我们的特点是通过固体氘的中子传输的温度依赖性，我们已经能够确定的作用，相干中子散射所起的作用，调查氘样品。
2004-07-26 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
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
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
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
Low energy upscattering of UCN in interaction with the surface of solid state
针对超冷中子（UCN）在物质阱中贮存时的异常损失问题，进行了UCN与阱面碰撞时的准弹性散射测量。我们观察到，从能量范围0-77 neV到90-200 neV，UCN的准弹性散射概率为每次碰撞（2.2+/-0.2）*10^-8，因此准弹性散射过程不能解释3*10^-5水平上的反常损耗效应。
2006-11-22 nucl-ex
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
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
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
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
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
An Apparatus to Control and Monitor the Para-D2 Concentration in a Solid Deuterium, Superthermal Source of Ultra-cold Neutrons
控制和测量para-D2的浓度是实现固体氘作为强超冷中子（UCN）源的重要一步。为此，我们实施了一种实验技术，通过使D2气体流过填充有顺磁性水合氧化铁颗粒的低温单元来将对位氘分子转化为邻位氘分子。该过程有效地将对-D2浓度从33.3%降低到1.5%。应用旋转拉曼光谱测量残留的对位D2污染物，使其优于2/10^3，氢污染物为1/10^3。我们还将我们的光学技术与常规热导率测量的para-D2浓度进行了对比，报告了我们实施每种技术的一些相关优点和缺点。
2003-07-09 nucl-ex
Understanding Ultracold Neutron Production in Oxygen Solids from Volume and Temperature Dependent Yields
给出了5 ~ 50 K温度范围内固体氧中超冷中子产生的实验数据.实验使用了3个不同尺寸的单元，以研究由于源密度不均匀性而导致的s-O $_2$中的过量UCN弹性散射。我们提出了一个组合的$χ^2$分析的帮助下，蒙特卡罗模拟，其中包含详细的物理UCN运输以及冷中子衰减。计算结果验证了由中子非弹性散射动力学结构函数得到的UCN产生截面和上散射截面，说明了磁散射在增强s-O $_2$中UCN产生中的作用.
2011-03-25 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex
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
Ultracold Neutron Production in a Pulsed Neutron Beam Line
我们介绍了在洛斯阿拉莫斯中子散射中心的脉冲中子束线上进行的超冷中子（UCN）产生实验的结果。该实验装置允许作为目标温度、入射中子能量、目标体积和施加的磁场的函数的UCN生产的一组全面的测量。然而，预期的UCN信号的低计数统计可以被与UCN生产所需的初级冷中子通量的散射相关的大背景淹没。我们已经开发了一种背景扣除技术，利用非常不同的飞行时间的轮廓之间的UCN和冷中子，在脉冲束。利用独特的时序结构，我们可以可靠地提取UCN信号。固体ortho-D $_2$用于校准UCN通过该装置的传输，该装置主要设计用于研究固体O $_2$中UCN的产生。除了设置在设备中的整体检测效率，UCN生产数据使用固体D $_2$表明，UCN上散射截面小于以前的估计，表明广泛用于估计非弹性截面在热和冷制度的不相干近似的不足。
2010-04-15 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex
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
UCN sources at external beams of thermal neutrons. An example of PIK reactor
我们考虑超冷中子（UCN）源的基础上的一种新的方法UCN生产超流氦（4 He）。选择PIK反应堆作为应用这一想法的透视示例，其包括将4 He UCN源安装在热或冷中子束中，并用慢化剂-反射器包围源，慢化剂-反射器起到冷中子源（CN）供给UCN源的作用。由于来自慢化剂-反射体的多次中子反射，源中的CN通量可以比入射通量大几倍。我们表明，这样的源在PIK反应堆将提供一个数量级更大的密度和生产率比一个类似的源在ILL反应堆。我们估计4 He源与固体甲烷（CH 4）或/和液体氘（D2）的慢化反射的参数。我们发现，在PIK反应堆中使用CH 4慢化剂-反射体的这种源将提供约1x10^5 1/cm^3的UCN密度和约2x10^7 1/s的UCN产生速率。这些值分别比最强UCN用户源的值大1000倍和20倍。具有D2慢阻剂-反射剂的源中的UCN密度将达到~2x10^5 1/cm^3的值，并且UCN产生速率将等于~8x10^7 1/s。在具有相同通量的氯化萘束中安装此类源将略微增加密度和生产率。
2015-11-24 nucl-ex physics.ins-det
Precision Measurement of the Neutron Beta-Decay Asymmetry
UCNA合作组利用来自洛斯阿拉莫斯中子科学中心（LANSCE）固体氘UCN源的极化超冷中子（UCN）对中子$β$ -衰变不对称性$A_0$进行了新的测量。实验中的改进导致了统计和系统不确定性的减少，从而导致$A_0 = -0.11954(55)_{\rm stat.}(98)_{\rm syst.}$，对应于轴向矢量与矢量耦合的比率$λ\equiv g_A/g_V = -1.2756(30)$。
2013-02-19 nucl-ex
The Los Alamos Spallation Driven Solid Deuterium Ultracold Neutron Source: Working Notes of March 30, 1998 with Embellishment
导致物理演示超冷中子源，已在洛斯阿拉莫斯运行的工作笔记转录在这里。除了转录的笔记外，还包括一个序言，描述了基本想法的产生路径，以及一个结语，描述了该想法实施过程中的一些发现。
2001-03-15 nucl-ex
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
Time-of-flight spectroscopy of ultracold neutrons at the PSI UCN source
本文利用中子斩波器和飞行时间法测量PSI UCN源的轴向中子速度谱，揭示脉冲后30秒内的谱软化及日内尺度的硬化，并与Monte Carlo模拟相验证。
2023-06-29 nucl-ex physics.ins-det
Commissioning of the new high-intensity ultracold neutron source at the Paul Scherrer Institut
新的高强度超冷中子源已于2009年开始在Paul Scherrer研究所投入使用。这种新一代高强度UCN源的设计目标是超过目前可用于基础物理研究的超冷中子密度的约100倍，其中最大的推力来自对中子电偶极矩的搜索。PSI UCN源是基于通过质子诱导铅溅射产生中子，然后在重水中进行中子热化，并在固体氘晶体中进行中子冷却以获得冷和超冷能量。最近成功地进行了高达2mA的质子束在溅射靶上的束流测试。大多数源组件已安装，其他组件最终安装。该装置正在轨道上的第一次冷却和UCN生产在2010年。
2010-11-17 nucl-ex physics.ins-det
Performance of the upgraded ultracold neutron source at Los Alamos National Laboratory and its implication for a possible neutron electric dipole moment experiment
洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）的超冷中子（UCN）源使用固体氘作为UCN转换器，并由加速器散中子驱动，已成功运行10多年，为各种实验提供UCN，作为第一个基于超热过程的生产UCN源。它最近进行了重大升级。本文介绍了改进后的LANL UCN源的设计和性能。冷中子谱和UCN密度的测量和蒙特卡罗预测相比。源显示为如所建模的那样执行。在生物防护罩出口处测得的UCN密度为$184(32)$ UCN/cm $^3$，比先前报道的最高值增加了4倍。存储在外部腔室中的极化UCN密度被测量为$39(7)$ UCN/cm $^3$，其足以进行实验以搜索具有$σ(d_n) = 3\times 10^{-27}$ $e\cdot$ cm的一个标准偏差灵敏度的非零中子电偶极矩。
2018-01-16 nucl-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Muon Catalyzed Fusion in 3 K Solid Deuterium
氘中的μ子催化聚变传统上是在气体和液体靶中研究的。利用TRIUMF固体氢层靶系统研究了D_2在3 K的固相聚变反应速率。反应的两个不同分支的产物被观察到;中子由液体有机闪烁体，质子由位于靶系统内的硅探测器。测量了$μd$的上超精细态的有效分子形成速率和超精细跃迁速率：$\tildeλ_(3/2)=2.71(7)_{stat.}(32)_{syst.} μ/s$和$\tildeλ_{(3/2)(1/2)} =34.2(8)_{stat.}(1)_{syst.} μ/s$。分子形成速率与最近的其他测量结果一致，但与孤立分子的理论不一致。这种差异可能是由于不完全热化的影响，这是由蒙特卡洛计算研究。提取了s波和p波d+d核相互作用的分支比参数信息。
1997-02-20 nucl-ex
Final results for the neutron $β$-asymmetry parameter $A_0$ from the UCNA experiment
UCNA实验是利用极化超冷中子（UCN）测量中子不对称性参数$β$的实验.经由在固体氘中的向下散射产生的UCN经由通过7 T磁场的传输而极化，并且然后被引导至1 T螺线管电子谱仪，其中在位于谱仪两端的电子检测器包中检测衰变电子。然后从两个探测器包中计数数量的不对称性中提取$A_0$的值。我们总结了2007年、2008- 2009年、2010年和2011- 2013年运行期间UCNA实验的所有结果，最终得出$A_0$的精密度结果为0.67\%。
2019-04-10 nucl-ex physics.ins-det
Measurements of ultracold neutron upscattering and absorption in polyethylene and vanadium
作为超冷中子（UCN）的有效“替代物”的元素的中子截面的研究对于核和粒子物理、宇宙学和重力学中的许多精确实验至关重要。在这种情况下，“吸收”包括中子的俘获和向上散射到UCN能区以上的能量。现有的数据，特别是氢的数据，彼此之间或与理论都不一致。在这份报告中，我们描述了在洛斯阿拉莫斯国家实验室UCN设施的UCN上散射截面的钒和氢在CH $_2$使用同时测量这些元素的辐射捕获截面的测量。我们测量了CH $_2$中氢的$σ_{up}=1972\pm130$ b，这低于理论预期，以及钒的$σ_{up} < 25\pm9$ b，与固体中热激发的中子加热的预期一致。
2013-06-05 nucl-ex
A New High-Intensity Source for Ultracold Neutrons
Nagoya University（名古屋大学）；University of Manitoba（曼尼托巴大学）；TRIUMF（特里姆夫实验室）；Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）；University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；The University of Winnipeg（温尼伯大学）；The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Department of Nuclear Engineering, Kyoto University（京都大学核工学科）；Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science (KURNS), Kyoto University（京都大学综合辐射与核科学研究所（KURNS））；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
TRIUMF超冷先进中子（TUCAN）合作完成超冷中子新源，利用散裂靶中子经重水等慢化，超流氦中非弹性散射使中子减速成超冷中子，运行检测到高计数率。
2026-10-19 nucl-ex physics.ins-det
Measurement of the neutron $β$-asymmetry parameter $A_0$ with ultracold neutrons
我们提出了一个详细的报告的测量中子$β$ -不对称参数$A_0$，宇称违反中子自旋和衰变电子动量之间的角相关，与极化超冷中子（UCN）。UCN从脉冲溅射固体氘源中提取，并经由通过7-T磁场的传输而极化。极化的UCN，然后通过绝热快速通过自旋翻转器场区域，然后在位于1-T $2 \times 2π$螺线管光谱仪内的圆柱形衰变体积存储。不对称性是从位于光谱仪两端的多丝正比室和塑料闪烁体探测器包中的衰变电子的测量中提取的。从2008年和2009年运行期间获得的数据的分析，我们报告$A_0 = -0.11966 \pm 0.00089_{-0.00140} ^{+0.00123}$，从中我们提取的核子，$λ= g_A/g_V = -1.27590 \pm 0.00239_{-0.00377}^{+0.00331}$的弱轴向矢量和矢量耦合常数的比值。分析的完整细节。
2012-07-25 nucl-ex
Enhanced Tritium Production in Irradiated TiD2 from Collisional Fusion in the Solid-State
本文通过模拟与实验研究 TiD2 中氚生成路径，发现在几乎无热中子的高能中子环境下氚产额比已知核反应预测高 2.9 至 5.1 倍，提示存在固态碰撞诱导聚变等额外机制，增强了 Steinetz 等人关于电子屏蔽增强氘-氘聚变结果的可信度。
2025-08-25 nucl-ex
Neutron EDM Experiment with an Advanced Ultracold Neutron Source at TRIUMF
Kyoto University（京都大学）；Research Center for Nuclear Physics, the University of Osaka（大阪大学核物理研究中心）；The University of Manitoba（曼尼托巴大学）；TRIUMF（特利昂姆夫国家粒子加速器中心）；Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）；The University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；The University of Winnipeg（温尼伯大学）
本文报告了TRIUMF超冷中子源的最新进展，该源旨在以10^-27 e·cm的灵敏度寻找中子电偶极矩，通过改进的统计量提升实验精度。
2026-07-21 hep-ex nucl-ex physics.atom-ph
Enhanced nuclear fusion in the sub-keV energy regime
University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本研究展示了在亚千电子伏能量范围内，通过材料自由度调控实现的氘-氘聚变增强现象，揭示了材料环境对核反应的影响。
2025-12-05 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex
Initial results of the TRIUMF ultracold advanced neutron source
University of Manitoba（曼尼托巴大学）；TRIUMF（特柳姆弗国家粒子加速器中心）；Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）；University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；The University of Winnipeg（温尼伯大学）；The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Department of Nuclear Engineering, Kyoto University（京都大学核工系）；Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science (KURNS), Kyoto University（京都大学综合辐射与核科学研究所）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Research Center for Nuclear Physics (RCNP), The University of Osaka（大阪大学核物理研究中心）
TRIUMF利用新超流^4He源产生超冷中子，用于精确测量中子电偶极矩。实验观测到9.3×10^5个超冷中子，结果显示源性能符合预期，有望实现最终生产目标。
2026-06-08 nucl-ex physics.ins-det
