Наука - практике

С 25 февраля по 28 марта в Международном центре теоретической физики имени А.Салама (ICTP) в Мирамаре-Триест, Италия, прошел семинар "Данные по ядерным реакциям и ядерные реакторы: физика, дизайн и безопасность".

Этот семинар проводится каждые два года под эгидой ЮНЕСКО и МАГАТЭ, и в нем принимают участие как слушатели, так и лекторы из многих стран мира. По мнению организаторов, потребность в такого рода мероприятии продиктована необходимостью преодолевать ситуацию, когда ученые и технологи, так или иначе связанные с ядерной энергетикой, не всегда хорошо представляют, чем занимаются их коллеги в других странах и каково общее состояние дел и перспективы развития этой области. Еще одна проблема, которую семинар был призван решать, - снижение уровня физического образования у инженеров-ядерщиков в мире в целом. И хотя семинар длился более месяца, число охваченных тем было настолько велико, что отведенного времени едва хватило для их подробного рассмотрения. Однако эффективной работе семинара способствовали как великолепная организация, так и удачный выбор времени (море в марте еще слишком холодное, чтобы отвлекаться от напряженной работы).

В течение первой недели работы семинара председательствовал доктор М.Херман из МАГАТЭ, а с вводным обзором формальной теории ядерных реакций выступил профессор Х.Вайденмюллер. Профессора Х.Хофман и В.Карлсон обсудили основы микроскопического подхода и подробно рассмотрели частные модели и подходы. Дневные заседания были посвящены занятиям с компьютерами, в ходе которых участники семинара получили практические навыки работы с программами ECIS (численные расчеты по оптической модели и методу связанных каналов) и SAMMY (анализ и обработка нейтронных резонансов).

Ходом второй недели семинара руководил доктор А.Конинг из Петтена, Нидерланды, а посвящена эта неделя была, в основном, применению ядерных данных. Из наиболее интересных, по мнению слушателей из почти двух десятков стран мира, были лекции профессора А.Говердовского из Обнинска, в которых он осветил основные модели деления ядер, систематики, а также привел сравнение эксперимента и теории. Хотя лектор практически не демонстрировал формул, его экскурсы в историю создания моделей были понятны даже неподготовленному слушателю. Доктор А.Пломпен из Гиля, Бельгия, сделал большой обзор на тему активационных измерений сечений ядерных реакций в области низких энергий, а доктор А.Конинг подробно остановился на механизме предравновесных ядерных реакций. Профессор А.Николс прочел лекцию о ядерных данных для расчета тепловыделения, а доктор М.Херман провел занятия, в ходе которых ознакомил участников семинара с принципами работы программного кода EMPIRE-II, включающего в себя большое число моделей, описывающих ядерные реакции при низких и промежуточных энергиях.

На третьей неделе семинара (председательствующий - доктор А.Трков) большая серия лекций была посвящена библиотекам ядерных данных МАГАТЭ, их форматам, структуре и принципам формирования. Доктора Р.Макфарлейн и М.Уайт из Лос-Аламоса прочитали лекции и провели практические занятия по работе с программной системой обработки ядерных данных NJOY, применяемой для создания на основе оцененных ядерных данных библиотек в формате ENDF, используемых в инженерных расчетах.

Не менее интересными оказались и две последующие недели семинара, которые прошли под руководством доктора Р.Лиона (МАГАТЭ) и профессора А.Гандини (ENEA, Италия), и были посвящены применениям ядерных данных в современной ядерной технологии. Доктор Д.Мажумдар (МАГАТЭ) сделал обзор на тему ядерной энергетики в XXI веке, состоянии и перспективах ее развития, доктор А.Станкулеску (МАГАТЭ) выступил с докладом о состоянии дел в области быстрых реакторов и подкритических систем (им был отмечен и дубненский проект подкритической сборки на фазотроне SAD), а доктор В.Каграманян (МАГАТЭ) сделал интересное сообщение о сравнительной характеристике различных источников энергии и их потенциальной роли в концепции так называемых возобновляемых источников энергии. Очень яркими и информативными были также лекции, прочитанные доктором М.Сальваторесом из Кадараш, Франция, о средне- и долговременных сценариях использования энергии деления и роли инновативных подходов. Подробно остановился он и на физических принципах и роли подкритических систем в решении проблемы трансмутации радиоактивных отходов. Теория подкритических систем была исчерпывающе рассмотрена и в выступлениях профессора А.Гандини.

Однако даже этим программа последних недель семинара не была исчерпана. Слушатели семинара узнали много нового о теоретических основах управления реакторной динамикой, практике управления реакторами во Франции, ознакомились с опытом западных стран по обращению с плутонием, основными принципами ядерной безопасности. Лекции сопровождались занятиями с использованием компьютерных симуляторов ряда типовых реакторов, когда каждый участник мог представить себя оператором такого реактора и практически наблюдать за изменением реактивности и других важных параметров его работы в зависимости от собственных манипуляций. Такие занятия оказались весьма поучительными и при этом совершенно безопасными для окружающей среды. А в завершение доктор Н..Бурджио провел серию занятий по теории и практическим применениям завоевавшего широкую популярность, в том числе и в реакторной технике, метода Монте-Карло.

В ходе лекций и компьютерных упражнений слушатели прошли путь от простых демонстрационных расчетов, например объема сложной фигуры, до моделирования реактора с использованием пакета MCNP. В ходе занятий участники часто имели возможность получать диски с демонстрировавшимися программами. Ряд других программ, имеющих особые правила распространения, можно было заказать в NEA DATA BANK с помощью доктора Е.Сартори, поскольку совместным решением NEA и RSICC участники семинара пользовались существенными льготами по их получению.

Отдельно стоит рассказать о том, что с очень большим интересом участниками семинара было заслушано и сделанное автором этих строк сообщение из Дубны, посвященное исследованиям механизмов протон-ядерных реакций в тонких мишенях 237Np и 241Am при энергии протонов 660 МэВ. Эта работа была выполнена на фазотроне Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ сотрудниками группы под руководством И.Адама (начальник отдела В.Г.Калинников) по инициативе и при активной поддержке В.П.Джелепова, когда к участию в эксперименте подключились коллеги из Германии, Чехии, Ереванского госуниверситета, а сами мишени были заказаны в Обнинске коллегами из ЛВЭ. Нашла свое отражение в организации и проведении этих работ и уникальная в своем роде школа ядерной спектроскопии, сложившаяся в НЭОЯСиРХ ЛЯП. Первые результаты этой работы Венедикт Петрович представил еще на 85-й сессии Ученого совета ОИЯИ 15 января 1999 года, но печальные обстоятельства помешали этому замечательному ученому увидеть ее итоги.

Сечения образования продуктов протон-ядерных реакций в младших актинидах необходимы как для фундаментальных исследований механизмов этих реакций, так и в ядерной инженерии для разработки средств компьютерного моделирования подкритических систем. В некоторых вариантах таких систем, изучаемых, например, в Японии (проект OMEGA) и ряде институтов Минатома России, отработанное топливо ядерных электростанций, содержащее эти актиниды, может использоваться в качестве материала мишени - источника нейтронов, являясь таким образом топливом, а не отходами, подлежащими трансмутации.

Однако наряду с большим количеством сложностей чисто технического плана, серьезной проблемой является и отсутствие ядерных данных о сечениях реакций, которые будут протекать в такой мишени. Без знания этих сечений, а следовательно, понимания физики процесса трудно корректно рассчитать энергетические спектры и пространственное распределение образующихся при этом нейтронов, которые и должны поддерживать цепную реакцию в подкритической сборке. Легко себе представить, что невозможно экспериментально подобрать оптимальные параметры таких систем, строя действующие прототипы и ускорители для каждого очередного набора этих параметров. Это потребует таких затрат, которые сделают саму идею экономически нецелесообразной.

Здесь и должна прийти на помощь фундаментальная наука. Но неспроста сечения протон-ядерных реакций на трансурановых мишенях в диапазоне энергий от 20 МэВ до 2 ГэВ уже несколько лет входят в "Список первоочередных запросов" ("High Priority Request List"), распространяемый OECD/NEA DATA BANK. Очень немногие страны и организации располагают возможностями по проведению облучений на пучках протонов высокорадиоактивных мишеней и обработке результатов. Поэтому ряд аналогичных исследований в мире проводился на стабильных изотопах, например, свинца и висмута, что является приближением, поскольку эти ядра содержат на десятки нуклонов меньше, чем те же младшие актиниды. И судить о качестве такого приближения невозможно без сравнения с данными о самих актинидах. Поэтому неудивительно, что заинтересованные участники семинара в ICTP, представлявшие многие страны мира, изъявили желание получить препринт. Некоторым из них препринт пришлось высылать по почте уже из Дубны. Это еще раз убедительно показало, что проводимые на фазотроне исследования отвечают самому высокому мировому уровню.

Делая короткое отступление, отметим, что они являются привлекательными и для стран-участниц ОИЯИ, о чем можно судить и по тому факту, что недавно в отделе появился докторант из Чехии Карел Катовски, тема диссертации которого напрямую связана с протон-ядерными реакциями на трансурановых элементах. Он сразу включился в обработку данных уже нового эксперимента, проведенного на фазотроне в конце прошлого года, используя современную компьютерную технику, а взятый им темп позволяет надеяться, что уже очень скоро он вырастет в квалифицированного специалиста, чьи знания будут востребованы в Европе и мире.

Завершая рассказ о семинаре, интересно отметить, что почти все лекторы, а их за время работы семинара было более двадцати человек, очень положительно отзывались о российской науке и ссылались в своих докладах на ее достижения. И хотя, как правило, это были работы институтов Минатома, что объясняется накопленным ими колоссальным опытом в этой области, хочется надеяться, что доклад об экспериментах на фазотроне хотя бы отчасти послужит популяризации работ в этой области, проводимых в ОИЯИ и поддержанных в свое время В.П.Джелеповым.

Виталий Пронских, младший научный сотрудник ЛЯП. Фото автора.