Table Of ContentBELARUS STATE UNIVERSITY
INSTITUTE FOR NUCLEAR PROBLEMS
BASIC AND APPLIED
PHYSICAL RESEARCH
2002–2009
Collected Papers
Editor: Professor V. G. Baryshevsky
MINSK
2009
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ПРОБЛЕМ
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ
И ПРИКЛАДНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ
2002–2009 гг.
Сборник научных трудов
Под редакцией
профессора В. Г. Барышевского
МИНСК
2009
ÓÄÊ53(082)
ÁÁÊ 22.3ÿ43
Ô94
Ðåäàêöèîííàÿ êîëëåãèÿ:
äîêòîðôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõíàóê,
ïðîôåññîðÂ.Ã.Áàðûøåâñêèé(îòâ.ðåäàêòîð);
êàíäèäàòôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõíàóê
Ñ.Í.Ñûòîâà(îòâ.ñåêðåòàðü);
äîêòîðôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõíàóêÌ.Â.Êîðæèê;
äîêòîðôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõíàóêÀ.Ñ.Ëîáêî;
äîêòîðôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõíàóêÑ.À.Ìàêñèìåíêî;
äîêòîðôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõíàóêÂ.Â.Òèõîìèðîâ
Ôóíäàìåíòàëüíûåèïðèêëàäíûåôèçè÷åñêèåèññëåäîâàíèÿ.2002–2009ãã.:
Ô94 ñá.íàó÷.òð./ðåäêîë.:Â.Ã.Áàðûøåâñêèé(îòâ.ðåä.)[èäð.];ïîäðåä.ïðîô.Â.Ã.Áà-
ðûøåâñêîãî.–Ìèíñê:ÁÃÓ,2009.–415ñ.:èë.
ISBN978-985-518-147-8.
Âñáîðíèêåïðåäñòàâëåíûðåçóëüòàòûíàó÷íûõèññëåäîâàíèé,âûïîëíåííûõñîòðóä-
íèêàìèÍÈÈßÏÁÃÓçà2002–2009ãã.âîáëàñòèÿäåðíîéèòåîðåòè÷åñêîéôèçèêè,ïðèêëàä-
íîéôèçèêèèïðèáîðîñòðîåíèÿ.
Ïðåäíàçíà÷åíîäëÿíàó÷íûõðàáîòíèêîâ,àòàêæåñòóäåíòîâèàñïèðàíòîâôèçè÷åñêèõ
ñïåöèàëüíîñòåéâóçîâ.
ÓÄÊ53(082)
ÁÁÊ22.3ÿ43
ВВЕДЕНИЕ
В сборнике трудов приведены результаты научных исследований, выпол-
ненных сотрудниками Института ядерных проблем БГУ в 2002–2009 гг. За это
время получено немало значимых результатов, которые представлены в обзор-
ных публикациях данного сборника. Здесь можно увидеть эволюцию научной
тематики Института, когда некоторые направления и темы развивались и креп-
ли, другие – снимались по различным причинам. Потеря актуальности, сниже-
ние финансирования, уход в иные развивающиеся направления науки, переход
сотрудников в другие организации – все это оказывает влияние на живой про-
цесс развития науки. Читая статьи настоящего сборника, можно проследить и
вспомнить историю Института и осознать, почему произошли такие перемены.
Процесс познания извилист, поэтому важно продвигаться в правильном направ-
лении. В этом и проявляется класс, чутье и квалификация ученого. Приятно че-
рез много лет не стыдиться давних результатов, а гордо повторять известный
афоризм: «Какие мы были тогда умные!». Ежегодные институтские отчеты по
научной работе фиксируют результаты нашей работы. Поскольку из истории
слов не выкинешь, приведем выдержки из этих отчетов с формулировкой глав-
ных научных результатов по годам, а об остальном пусть читатель составит соб-
ственное мнение.
2002 г.
Фундаментальные исследования, проводимые в НИИ ЯП БГУ, привели к
созданию нового направления в области высоких технологий, не имеющего ана-
логов в мире. Это – создание принципиально новых генераторов электромагнит-
ного излучения в СВЧ и оптическом диапазоне. Учеными НИИ ЯП были разра-
ботаны принципы и создан первый в мире макет объемного лазера на свободных
электронах (ОЛСЭ), позволяющий обеспечить как получение большой мощно-
сти излучения, так и перестройку частоты излучения. ОЛСЭ найдут применение
для нагрева термоядерной плазмы, радиолокации, передачи энергии на большие
расстояния и т. д. Применение ОЛСЭ для нагрева термоядерной плазмы важно
для будущих разработок, повышающих энергетическую безопасность страны.
2003 г.
Важнейшим достижением фундаментальных исследований в области физи-
ки является экспериментальное обнаружение неизвестного ранее нового физи-
ческого явления – спинового дихроизма дейтронов, позволяющего проверить
один из наиболее фундаментальных принципов современной картины мира –
принцип причинности. Идея существования этого явления была теоретически
доказана учеными Института ядерных проблем БГУ. Эксперимент был постав-
лен и успешно проведен учеными НИИ ЯП совместно с учеными Института
ядерной физики (г. Юлих, Германия) и Института ядерной физики Кёльнского
университета (Германия).
5
2004 г.
Показано, что первичная черная дыра, попав в нейтронную звезду, успевает
полностью поглотить последнюю за время, меньше чем хаббловское. При
этом в аккреционном потоке вещество нейтронной звезды будет сжато более
чем в 10 раз. Показано также, что измерение доли нейтрино в возможной ней-
тринной вспышке при поглощении белого карлика первичной черной дырой
может позволить определить тип иерархии спектра масс нейтрино.
В рамках прикладных исследований показано, что микроволновое излуче-
ние может быть использовано для повышения урожайности в сельском хозяйст-
ве. Результаты подтверждены на практике и были отмечены дипломом и брон-
зовой медалью на IV Международном салоне инвестиций и инноваций за «Техноло-
гию предпосевной обработки семян зерновых и овощных культур» (М., 2004 г.).
2005 г.
Впервые экспериментально получена генерация перестраиваемого по час-
тоте рентгеновского излучения, образуемого электронами низких энергий в кри-
сталлах. Разработка рентгеновских источников с перестройкой частоты направ-
лена на использование в терапии рака и маммографии.
В области биофизических технологий ведутся активные эксперименты по
использованию микроволновых технологий для повышения урожайности в
сельском хозяйстве. Микроволновая технология повышения урожайности овощ-
ных культур – экологически безопасная биотехнология – позволяет уничтожить
семенную инфекцию, повысить энергию прорастания семян, усиливает развитие
корневой системы, увеличивает фотосинтезирующий аппарат растений, способ-
ствует более быстрому развитию растений и более раннему плодоношению. В
2004–2005 посевных годах данная технология использовалась на 30 га в 8 теп-
личных комбинатах Беларуси. Применение данной технологии позволило полу-
чить прибавку урожая, которая составляла 60 тонн овощей (что примерно равно
60 тыс. долл.).
Для Гомельского государственного медицинского университета изготовле-
ны два программно-аппаратных цитогенетических комплекса Хромосома-01 для
изучения цитогенетического статуса различных групп населения, получившего
дополнительные дозы облучения в результате катастрофы на ЧАЭС, в том числе у
больных раком щитовидной железы.
2006 г.
Разработан эффективный метод отклонения быстрых заряженных частиц
изогнутыми кристаллами, предназначенный для исследования возможностей
очистки гало пучка Большого адронного коллайдера на стадии запланированной
его модернизации с целью повышения светимости.
Впервые предложен метод создания мономолекулярного источника коге-
рентного излучения в терагерцовом диапазоне длин волн (мономолекулярной
лампы бегущей волны, нанолазера на свободных электронах) на основе черен-
ковского и осцилляторного механизмов развития излучательной неустойчиво-
сти. Создание таких источников позволит использовать их в качестве базовых
6
элементов наноэлектроники, а также позволит вводить излучение локально в
изучаемые или обрабатываемые микро- и нанообъекты.
Впервые в стране создан и успешно испытан макет магнитокумулятивного
генератора токов и напряжений для создания сверхсильных магнитных полей.
2007 г.
Обоснована возможность объемного отражения частиц высоких энергий
несколькими кристаллическими плоскостями одного кристалла в условиях дви-
жения под малым углом к кристаллической оси.
Показано, что вклад Т-, Р-нечетных ядерных сил в поворот спина нейтро-
нов, дифрагирующих в нецентросимметричном кристалле, возможно наблюдать
в области резонанса лантана 139La.
Предложена модель темной энергии, основанная на вакуумных флуктуаци-
ях скалярного поля.
2008 г.
Создана теория поглощения белых карликов шестимерными первичными
черными дырами, которая позволила показать, что факт существования белых
карликов свидетельствует о безопасности экспериментов по рождению шести-
мерных черных дыр, готовящихся на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе.
По договору с Национальным институтом геофизики и вулканологии (Ита-
лия) создан подводный гамма-спектрометр К-40 для крупнейшего международ-
ного проекта KM3Net – создания в Средиземном море системы подводных де-
текторов для поиска и исследования космических нейтрино.
Редакционная коллегия
7
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ЯДЕРНОЙ
ФИЗИКИ И ФИЗИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ И СПИНОВЫЙ ДИХРОИЗМ
ДЕЙТРОНОВ В НУКЛОННОЙ МИШЕНИ В ОБЛАСТИ
ЭНЕРГИЙ 5–20 МэВ
В. Г. Барышевский, А. А. Ровба
При прохождении дейтронов через неполяризованное вещество возникают
двулучепреломление (вращение плоскости поляризации дейтронного пучка) и
спиновый дихроизм дейтронов (появление тензорной поляризации у неполяри-
зованного пучка). Приводится теоретическое описание и оценка этих эффектов
при низких энергиях в нуклонной мишени на основе представления дейтрона в
виде двух рассеивающих центров, влияющих друг на друга. При рассмотрении
учитывается только S-рассеяние для сильного взаимодействия.
1. Введение
Долгое время считалось, что явления двулучепреломления (вращения плос-
кости поляризации) и дихроизма присущи только фотонам. Однако открытие
явления прецессии спина нейтрона в поляризованной мишени, обусловленного
ядерным псевдомагнитным полем [1–4], и дальнейший анализ показал, что ана-
логи этих эффектов имеют место не только для фотонов, но и для других частиц
[5, 6]. По этой причине эффекты, обусловленные оптической анизотропией ве-
щества, рассматриваемые в оптике, в действительности представляют собой ча-
стный случай когерентных явлений, возникающих при прохождении поляризо-
ванных частиц через вещество.
Исследование спин-зависимых взаимодействий элементарных частиц при
высоких энергиях является важной частью научно-исследовательских программ,
подготовленных для проведения на накопительных кольцах (COSY, CERN,
RHIC). Изучение многих явлений в физике элементарных частиц требует знание
мнимой и реальной части амплитуды рассеяния на нулевой угол. Если мнимую
часть согласно оптической теореме можно найти через полное сечение рассея-
ния, то реальную часть приходится получать через дисперсионные уравнения
или используя экстраполяцию результатов рассеяния на малый угол. Таким об-
разом, особый интерес представляют явления двойного лучепреломления и спи-
нового дихроизма дейтронов [5, 6], пролетающих через однородное изотропное
вещество. Эти явления позволяют напрямую изучать реальную и мнимую часть
спин-зависимой амплитуды рассеяния, что дает возможность проверить сами
дисперсионные уравнения на основе независимых измерений мнимой и реаль-
ной части. Подтверждение существования этого эффекта приведет к необходи-
мости его учета во всех экспериментах по рассеянию частиц со спином больше,
8
чем 1/2 на поляризованных и неполяризованных мишенях, его вклада в накопи-
тельных кольцах [7] и учета во всех прецизионных экспериментах, таких, на-
пример, как измерение электрического дипольного момента дейтрона.
Согласно [5, 6], в результате прохождения поляризованного дейтронного
пучка через неполяризованную мишень плоскость поляризации поворачивается
на угол
2πρ
φ= ℜ(f(E,0) − f(E,0) )L, (1)
k ±1 0
d
где ρ − число рассеивателей в единице объема, E − энергия дейтрона,
2m E
k = d − модуль волнового вектора дейтрона, m − масса дейтрона, L −
d (cid:61) d
толщина мишени, f(E,0) и f(E,0) − амплитуды рассеяния на угол 0 для
±1 0
дейтронов с проекцией полного момента ±1 и 0 на волновой вектор дейтрона
соответственно.
При прохождении неполяризованных дейтронов через неполяризованную
мишень возникает также спиновый дихроизм дейтронов, т. е. появляется тен-
зорная поляризация у дейтронов, описываемая параметром
3 ρ
A=− P = (σ(E) −σ(E) )L, (2)
4 zz 2 ±1 0
где P – тензорная поляризация, σ(E) и σ(E) − полные сечения рассеяния
zz ±1 0
для дейтронов с проекцией полного момента ±1 и 0 на волновой вектор дей-
трона соответственно.
В области низких энергий, вследствие ионизационных потерь, дейтроны
достаточно быстро теряют энергию. В результате в этом случае мы должны
учесть в (1), (2) зависимость E от пути z, пройденном дейтронами в веществе.
Как следствие, для φ и A имеем следующие выражения:
φ=∫L 2πρ ℜ(f(E(z),0) − f(E(z),0) )dz, (3)
k (z) ±1 0
0 d
A=∫Lρ(σ(E(z)) −σ(E(z)) )dz. (4)
2 ±1 0
0
Первые экспериментальные исследования спинового дихроизма дейтронов
были проведены в 2003 и 2006 гг. на базе электростатического ускорителя дей-
тронов Института ядерной физики Кёльнского университета с участием сле-
дующих ученых: R. Engels, F. Rathmann, H. Seyfarth, H. Stroeher, T. Ullrich –
COSY (г. Юлих, Германия); C. Dueweke, R. Emmerich, A. Imig, J. Ley, H. Paetz g.
Schieck, R. Schultze, G. Tenckhoff, C. Weske – ИЯФ Кёльнского университета
(Германия); А. Васильев, К. Григорьев, М. Микиртычьянц – ПИЯФ (г. Гатчина,
Россия). В эксперименте использовался неполяризованный дейтронный пучок с
9
