Научные задачи
Около половины каналов-нейтроноводов ученые отдадутэкспериментам из области ядерной физики и физики частиц.

Во-первых, исследователи измерят электрический заряд и дипольный момент нейтрона. Во-вторых, ученые в подробностях исследуют β-распад нейтрона — уточнят его период, измерят корреляционные константы процесса и проверят закон сохранения T-четности. Возможно, эти эксперименты объяснят загадку времени жизнинейтрона и укажут на физику за пределами Стандартной модели. В-третьих, часть экспериментов будет посвящена осцилляциям нейтринои поиску стерильных нейтрино.

Схема реактора (кружок в центре) и каналов, отводящих нейтроны к экспериментальным установкам

ПИЯФ
Схема реактора (кружок в центре) и каналов, отводящих нейтроны к экспериментальным установкам

ПИЯФ
Кроме того, на установке будут проводиться нейтронно-оптические и нейтронно-интерферометрические эксперименты, а также исследования слабого нуклон-нуклонного взаимодействия. Все эти темы в настоящее время активно обсуждаются в научном сообществе (чтобы убедиться в этом, достаточно почитать новости), поэтому результатов ПИК ждут не только экспериментаторы, но и теоретики.

На второй половине каналов будут располагаться эксперименты по физике конденсированного состояния. Проще говоря, в этих экспериментах ученые будут определять кристаллическое строение веществ с помощью нейтронных дифрактометров, спектрометрови рефлектометров различных конструкций. Более того, с помощью нейтронов можно наблюдать за динамикой атомов — «снимать кино», а не статичные картинки. Такие измерения широко используются в современном материаловедении, геологии, химии, биологии, медицине и даже археологии.

Попробуем разобраться, почему нейтроны так удобно использовать для исследования внутренней структуры вещества. Характерное расстояние между атомами кристаллической решетки, как правило, составляет несколько ангстрем (10−8 сантиметров), поэтому разглядеть их можно только с помощью частиц со сравнимой длиной волны — рентгеновских или гамма-лучей, электронов, протонов и нейтронов. Тем не менее, по сравнению с остальными кандидатами, нейтроны имеют ряд важных преимуществ.

Во-первых, при одинаковой длине волны кинетическая энергия тяжелых нейтронов гораздо меньше, чем у легких фотонов или электронов (электрон почти в две тысячи раз легче нейтрона, фотон вообще не имеет массы). Вдобавок к этому, нейтроны электрически нейтральны. Следовательно, они слабо взаимодействуют с образцом и с их помощью можно «заснять» низкоэнергетические процессы — например, тепловые колебания атомов.

Во-вторых, нейтроны имеют ненулевой магнитный момент (спин), а потому чувствительны к магнитным свойствам вещества. Например, они могут ухватить возбуждения в высокотемпературных сверхпроводниках.

В-третьих, нейтроны взаимодействуют с ядрами атомов, а не с электронными оболочками, а потому гораздо лучше «чувствуют» изотопический состав вещества. В частности, с помощью нейтронов можно разглядеть легкие атомы водорода и кислорода в соединениях тяжелых элементов, что практически недоступно для других методов. Поэтому нейтронные «микроскопы» играют важную роль при исследовании биологических соединений и разработке материалов для водородной энергетики.

Экспериментальные установки на ПИК планируют вводить постепенно. Буклет ПИЯФа сообщает, что к 2019 году на реакторе будут работать только 12 научных станций: три из них посвящены ядерной физике и физике элементарных частиц, еще девять — физике конденсированного состояния. К 2021 году число установок доведут до 19.

Часть экспериментов будут ставить зарубежные ученые — руководители проекта утверждают, что им уже поступили заявки от нескольких крупных европейских институтов. Учитывая, какие исследования можно провести на ПИК, в это можно легко поверить.
[zen.yandex.ru]


Впрочем, несмотря на то, что пиковый поток на таких установках в десятки раз превышает поток реакторов, их интегральный поток (усредненный за долгое время) все-таки меньше 1015 нейтронов на квадратный сантиметр в секунду. Таким образом, в ближайшие 15–20 лет аналогов ПИК в мире практически не останется.