Практикум на ИБР-2

Знакомство с установками: начнем с международного класса

Импульсный реактор периодического действия ИБР-2 работает в Лаборатории нейтронной физики имени И.М.Франка ОИЯИ с 1984 года. На сегодняшний день он по-прежнему остается самым мощным источником нейтронов для научных исследований в мире (интенсивность потока нейтронов - 10¹⁶ н/см²с). В то же время это очень экономичная и достаточно дешевая в эксплуатации установка. Благодаря низкой средней мощности (2 МВт) активация оборудования и выгорание зоны происходят медленно. Главное отличие ИБР-2 от других реакторов состоит в механической модуляции реактивности с помощью подвижного отражателя. В 1996 году в целях улучшения эксплуатационных и физических характеристик начата программа модернизации реактора, после реализации которой время использования зоны реактора и подвижного отражателя продлится еще как минимум 20 лет при режиме работы 2500 часов в год. Ежегодно ученые из 30 стран мира проводят на ИБР-2 около двухсот экспериментов.

- Ряд методик, разработанных на ИБР-2, имеют принципиальные преимущества по сравнению с другими источниками, - рассказывает и.о. директора ЛНФ А.В.Белушкин. - Мы как раз и выбрали для студентов те практикумы, которые полностью отвечают мировым стандартам и на которых получены результаты, публикуемые в авторитетных научных журналах. Идеология у нас такая – научить слушателей тем методам, которые у нас есть, показать возможности, продемонстрировать те задачи, к которым эти методы могут быть применены. Для нас неважно, где дальше будет работать студент – в Москве, Пахре или Пущино. Пусть знает, что такой метод существует, и, когда возникнет в нем необходимость, он уже будет знать, куда обращаться.

Практическая часть Школы состоит из двух взаимодополняющих частей. Во-первых, лабораторные работы. Проводятся они с целью подготовки слушателей к эксперименту, поэтому лабораторный практикум не носит абстрактного, отвлеченного характера, а является как бы тренировкой перед проведением физического эксперимента. Руководители соответствующих установок знакомят студентов с основными нейтронными методиками, рассказывают, как устроена установка, как она работает, какие физические задачи можно на ней решать.

Второй существенной частью Школы являются экспериментальные работы. Собственно, это проведение маленьких экспериментов на реакторе. Подготовительная часть - инструктаж по технике безопасности, по радиационной безопасности - проходит при неработающем реакторе, а затем слушатели непосредственно участвуют в реальном эксперименте на "живом" оборудование. После этого необходимо провести обработку данных, написать отчет и представить его к защите.

Практикум на ИБР-2 проходил по следующим направлениям:

• Нейтронная дифракция - сейчас без этого метода не обходится ни одно исследование нового явления, в Дубне оно традиционно хорошо развито. Государственная премия 2000 года присуждена ученым Института и их коллегам за развитие этого направления. На ИБР-2 работает несколько высококлассных нейтронных детекторов.

Фурье-детектор высокого разрешения уникален тем, что имеет предельно возможное для нейтронных дифрактометров пространственное разрешение, с его помощью можно определить смещение атомов из положенных по симметрии позиций с точностью до 0,1 процента. Создавался он совместно с физиками ПИЯФ РАН (Гатчина) и Центром технических исследований Финляндии.

Дифрактометр для монокристаллов. На нем можно изучать процесс создания монокристаллов в реальном времени, то есть получать дифракционные спектры во время синтеза.

Дифрактометр со встроенными камерами высокого давления был создан совместно с физиками "Курчатовского института". На такой установке можно изучать образцы и явления в диапазоне давлений до 200 кбар.

Текстурный дифрактометр СКАТ предоставляет особый интерес для исследований в науках о Земле. Создавался он совместно с немецкими физиками и ориентирован на изучение текстуры горных пород. Слушателям Школы было предложено исследовать образцы, взятые из сверхглубокой скважины в Польше.

Дмитрий Зайцев (МГУ, ФНМ): - То, что я узнал здесь, мне точно пригодится в дальнейшей работе. Мы довольно часто используем рентгеновскую дифракцию, изучая структуру материалов. А нейтроны как раз и позволяют расширить исследования, сделать то, что не может сделать рентген.

• Следующее направление - неупругое рассеяние нейтронов - изучалось на двух установках. Спектрометр НЕРА-ПР создан при участии польских физиков. С его помощью можно изучать динамические процессы в твердых телах и жидкостях, силы межатомного взаимодействия, что позволяет делать предсказания относительно различных физических явлений, свойств веществ, прогнозировать создание новых материалов. Вторая установка - спектрометр ДИН-2П создан вместе с физиками из Обнинска. Его отличают оригинальная конструкция и криогенное оборудование, то есть возможность использования низких температур.
• Метод малого углового рассеяния представляет особенный интерес для исследований биологических объектов и полимеров. Он позволяет исследовать надатомные структуры масштаба от 10 до 300 ангстрем.

Алексей Скворцов (аспирант института цитологии РАН, СПб): - В научном направлении, которым я занимаюсь, наблюдается своего рода методический голод, и на кафедре мне предложили поехать, узнать, какие существуют новые методы исследования вещества и процессов, в нем происходящих. Меня заинтересовали два метода - малоугловое рассеяние, исследование структур с промежуточными размерами и нейтронно-активационный анализ. Дело в том, что с такого масштаба экспериментами мне сталкиваться не приходилось. Здесь своя атмосфера, связанная со спецификой эксперимента. Слаженность работы и оптимизм здесь у людей, как будто, выше, чем в других научных центрах.

• Достаточно новое направление по сравнению с предыдущими – нейтронная рефлектометрия – использование поляризованных нейтронов. Собственный магнитный момент нейтронов дает возможность изучать магнитные структуры.
• Еще один метод не связан напрямую с рассеянием нейтронов, но служит важным дополнительным элементом, так как позволяет исследовать состав вещества. Это нейтронно-активационный анализ на установке РЕГАТА, где проводятся работы по биомониторингу – исследованию окружающей среды.

Екатерина Дедловская (МГУ, ФНМ): - Реактор меня, действительно, потряс. Я, наверное, больше оценивала увиденное как женщина. Думала, что все запущено, как сейчас в некоторых российских институтах. А оказалось, наоборот, все на уровне, и в научном плане далеко продвинуто вперед. Я имею в виду не только установку РЕГАТА, на которой ведется нейтронно-активационный анализ (как мне сказали, исследования имеют 15 грантов). Удивительно, что используется каждая установка, связанная с ИБР-2, причем используется на всю катушку. Это для России удивительно.