Development of a Vector Magnet Based on High-Temperature Superconductors for Working with Polarized Neutrons

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Polarized neutron reflectometry is an experimental method for studying metallic thin heterophase layered materials, polymer films, biological systems, free liquide surfaces, and magnetic fluids. It requires experimental equipment that includes a special magnetic system. The described magnetic system, a vector magnet, will allow one to change the direction of the magnetic field in three directions, to place a temperature-control device inside at low and ultra-low temperatures, and will have an aperture that allows one to place a system for detecting neutrons and gamma radiation outside. According to calculations, the cryomagnet will allow the application of a maximum field of up to 3 T in the vertical plane, and of up to 1 T in the horizontal plane. It is proposed to use a 4 mm wide high-temperature superconductor tape to manufacture the vector magnet. A cryostat with a vector magnet will be installed on the REMUR reflectometer on the eighth channel of the IBR-2 reactor.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Altynov

Joint Institute for Nuclear Research

Author for correspondence.
Email: chern@nf.jinr.ru
Russian Federation, Dubna, Moscow region, 141980

A. P. Buzdavin

Joint Institute for Nuclear Research

Email: chern@nf.jinr.ru
Russian Federation, Dubna, Moscow region, 141980

V. I. Bodnarchuk

Joint Institute for Nuclear Research

Email: chern@nf.jinr.ru
Russian Federation, Dubna, Moscow region, 141980

V. D. Zhaketov

Joint Institute for Nuclear Research; Moscow Institute of Physics and Technology; Lomonosov Moscow State University

Email: chern@nf.jinr.ru
Russian Federation, Dubna, Moscow region, 141980; Dolgoprudny, Moscow region, 141701; Moscow, 119991

A. V. Petrenko

Joint Institute for Nuclear Research

Email: chern@nf.jinr.ru
Russian Federation, Dubna, Moscow region, 141980

M. D. Proyavin

A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the RAS

Email: chern@nf.jinr.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603950

A. N. Chernikov

Joint Institute for Nuclear Research; A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the RAS

Email: chern@nf.jinr.ru
Russian Federation, Dubna, Moscow region, 141980; Nizhny Novgorod, 603950

References

  1. Mironov S., Mel’nikov A.S., Buzdin A. // Appl. Phys. Lett. 2018. V. 113. P. 022601. https://doi.org/10.1063/1.5037074
  2. Buzdin A.I. // Rev. Mod. Phys. 2005. V. 77. P. 935. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.77.935
  3. Anderson P.W., Suhl H. // Phys. Rev. 1959. V. 116. P. 898. https://doi.org/10.1103/PhysRev.116.898
  4. Nikitenko Yu.V., Zhaketov V.D. // Phys. Particles Nuclei. 2022. V. 53. P. 1089. https://www.doi.org/10.1134/S1063779622060065
  5. Khaydukov Yu., Pütter S., Guasco L., Morari R., Kim G. // Beilstein J. Nanotechnol. 2020. V. 11. P. 1254. https://doi.org/10.3762/bjnano.11.109
  6. Klenov N., Khaydukov Yu., Bakurskiy S., Morari R., Soloviev I., Boian V., Keller Th., Kupriyanov M., Sidorenko A., Keimer B. // Beilstein J. Nanotechnol. 2019. V. 10. P. 833. https://doi.org/10.3762/bjnano.10.83
  7. Aoki D., Ishida K., Flouquet J. // J. Phys. Soc. Jpn. 2019. V. 88. Iss. 2. P. 022001. https://www.doi.org/10.7566/JPSJ.88.022001
  8. Aksenov V.L., Jernenkov K.N., Khaidukov Yu.N., Nikitenko Yu.V., Petrenko A.V., Proglyado V.V., Andersson G., Wappling R. // Physica B. 2004. V. 356. P. 9. https://www.doi.org/10.1016/j.physb.2004.10.036
  9. Kozhevnikov V.F., Giuraniuc C.V., van Bael M.J., Temst K., Haesedonck Ch.V., Mishonov T.M., Dalgliesh T.R., Khaidukov Yu.N., Aksenov V.L., Fomin V.M., Devreese J.T., Indekeu J. // Phys. Rev. B. 2008. V. 78. P. 012502. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.78.012502
  10. Aksenov V.L., Nikitenko Yu.V., Khaidukov Yu.N., Vdovichev S.N., Borisov M.M., Morkovin A.N., Mukhamedzhanov E.Kh. // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2009. V. 3. P. 495. https://www.doi.org/10.1134/S1027451009040016
  11. Khaydukov Yu.N., Aksenov V.L., Nikitenko Yu.V., Zhernenkov K., Nagy B., Teichert A., Steitz R., Ruhm A., Bottyan L. // J. Supercond. Nov. Magn. 2011. V. 24. P. 961. https://www.doi.org/10.1007/s10948-010-1041-0
  12. Фатеев О.В., Черемухина Г.А., Черненко С.П., Заневский Ю.В., Лаутер Х., Кожевников С.И., Никитенко Ю.В., Петренко А.В. // ПТЭ. 2001. Т. 2. С. 5.
  13. Аксенов В.Л., Жерненков К.Н., Кожевников С.В., Лаутер Х., Лаутер-Пасюк В., Никитенко Ю.В., Петренко А.В. // Cообщения ОИЯИ. 2004. C. 47.
  14. Zhaketov V.D., Hramko K., Petrenko A.V., Khaydukov Yu.N., Csik A., Kopatch Yu.N., Gundorin N.A., Nikitenko Yu.V., Aksenov V.L. // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2021. V. 15. P. 549. https://www.doi.org/10.1134/S1027451021030356
  15. Zhaketov V.D., Petrenko A.V., Vdovichev S.N., Travkin V., Csik A., Kopatch Yu.N., Gledenov Yu., Sansarbayar E., Gundorin N.A., Nikitenko Yu.V., Aksenov V.L. // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2019. V. 13. P. 478. https://www.doi.org/10.1134/S1027451019030352
  16. Zhaketov V.D., Nikitenko Yu.V., Khaidukov Yu.N., Scryabina O., Csik A., Borisov M.M., Mukhamedzhanov E.Kh., Vdovichev S.N., Litvinenko E.I., Petrenko A.V, Churakov A.V. // JETP. 2019. V. 129. P. 258. https://www.doi.org/10.1134/S1063776119070136
  17. Khaydukov Yu.N., Kravtsov E.A., Zhaketov V.D., Progliado V.V., Kim G., Nikitenko Yu.V., Keller T., Ustinov V.V., Aksenov V.L., Keimer B. // Phys. Rev. B. 2019. V. 99. P. 140503. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.99.140503
  18. Khaydukov Yu.N., Vasenko A.S., Kravtsov E.A., Progliado V.V., Zhaketov V.D., Csik A., Nikitenko Yu.V., Petrenko A.V., Keller T., Golubov A., Kupriyanov M.Yu., Ustinov V.V., Aksenov V.L., Keimer B. // Phys. Rev. B. 2018. V. 97. P. 144511. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.97.144511
  19. Devyaterikov D.I., Kravtsov E.A., Proglyado V.V., Zhaketov V.D., Nikitenko Yu.V. // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2022. V. 16. P. 839. https://www.doi.org/10.1134/S1027451022050299
  20. Dobrin I., Chernikov A., Kulikov S., Buzdavin A., Culicov O., Morega A., Dobrin A. // IEEE Trans. Appl. Superconduct. 2016. V. 26. P. 1. https://www.doi.org/10.1109/TASC.2016.2520086
  21. Chernikov A., Dobrin I., Kovalenko N., Kulikov S., Culicov S., Popovici I., Dobrin A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 1021. P. 012048. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/1021/1/012048
  22. S-Innovations (2020) Россия. https://www.s-innovations.ru/
  23. Chernikov A.N. Refrigerator 3He based on closed cycle cryocooler cooling. // Proc. International Conference Condensed Matter Research at the IBR-2. April 25-29 2022, Dubna. P. 47.
  24. Chernikov A.N. // J. Surf. Invest. X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2023. V. 17. P. 473. https://www.doi.org/10.31857/S1028096023040040
  25. Черников А.Н. Рефрижератор растворения 3Нe в 4Нe с вертикальной загрузкой предназначенный для нейтронного эксперимента. // Тезисы докладов РНИКС, 27 сентября — 1 октября 2021, Екатеринбург. C. 279.
  26. Chernikov A.N., Kiselev Yu.F. // Cryogenics. 1990. V. 30 P. 52. https://www.doi.org/10.1016/0011-2275(90)90115-S

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Experimental scheme on the REMUR reflectometer: 1 — horizontal beam aperture 0.1–1 mm wide, which is adjusted by two diaphragms; 2 — incident neutron beam; 3 — sample; 4 — magnetic field applied perpendicular to the sample plane; 5 — magnetic field applied in the sample plane, directed along neutron beam; 6 — reflected neutron beam; 7 — scattered neutrons; 8 — position-sensitive detector; 9 — vertical beam aperture, about 20 mm, controlled by two diaphragms; 10 is a magnetic field applied in the sample plane, directed perpendicular to the neutron beam; 11 is scattered neutrons.

Download (98KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Model of a coil creating a vertical field.

Download (136KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Map of magnetic induction B of a vertical coil at a current of 120 A, the field in the center is 3 Tl, the maximum field on the first layer is 5.5 Tl, the diameter of the first layer is 108 mm. The grid is shown in 2 mm increments. The distance between the upper and lower windings is 40 mm. S is the sample; n is the direction of the neutron flux.

Download (254KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Magnetic induction map B of horizontal coil: The current is 120 A, the field in the center is 1 Tl, the maximum field on the first layer is 4.7 Tl, the diameter of the first layer is 130 mm. The grid is shown in 5 mm increments. The distance between the upper and lower windings is 130 mm. The S — sample.

Download (202KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Design three-dimensional model of a magnet.

Download (105KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. The 3He–4He dissolution refrigerator and the 4He refrigerator combined with it: 1 —a bath with an internal medium temperature of 1 K; 2 — an evaporation bath; 3 — a dissolution chamber; 4 — heat exchangers of the dissolution refrigerator; 5 — heat exchangers of the refrigerator circulation system; 6 — condensers; 7 - capillary heat exchangers; 8 — sample chamber; 9 — heat exchanger; 10 — tube shaft for loading the sample into the sample chamber; n — direction of neutron flux.

Download (17KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Design model of a vector magnet cryostat. Positions 1-10 coincide with Fig. 6; 11 is a 4He liquefier, 12 is a 4He liquid supply tube, 13 is a vector magnet, 14 is a cryocooler of the liquefier, 15 is a cryocooler designed to cool a vector magnet.

Download (130KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».