Еженедельник
Объединенного института ядерных исследований
(Электронная версия с 1997 года)
Архив Содержание номера О газете На главную Фотогалерея KOI8

№ 12-13 (4052-4053) от 25 марта 2011:

Версия № 12-13 в формате pdf

За строкой Семилетнего плана

Оправа для бриллианта

Ученый совет принимает к сведению доклад "Физический пуск реактора ИБР-2М", представленный директором ЛНФ А.В.Белушкиным. Ученый совет ожидает успешное завершение этой работы, проведение энергетического пуска и начало эксплуатации реактора для проведения экспериментов в 2011 году. (Из резолюции 109-й сессии Ученого совета ОИЯИ)

Параллельно с масштабными и сложными работами по модернизации реактора ИБР-2 идут, может быть, не такие значительные, но никак не второстепенные работы по созданию новых и усовершенствованию имеющихся установок его инфраструктуры. Модернизированный реактор в оправе из устаревших спектрометров, не выдающий физикам пучки нейтронов необходимых энергий, никак не сравнишь с бриллиантом. Специалисты ЛНФ давно задумались над этой задачей, на сессиях ПКК по физике конденсированных сред и специализированных совещаниях неоднократно обсуждались потребности физического сообщества в тех или иных установках, необходимые требования к нейтронам. Часть этих требований выполнит комплекс криогенных замедлителей, над проектом которого работают сотрудники группы холодных замедлителей нейтронов научно-экспериментального отдела физики конденсированных сред (НЭОКС) и механико-технологического отдела. О ходе работ рассказали научный руководитель проекта Евгений Павлович ШАБАЛИН и начальник НЭОКС и группы холодных замедлителей Сергей Александрович КУЛИКОВ.

С.А.Куликов: Начавшийся физический пуск реактора и предстоящий энергетический пуск будут проходить до октября на водяных замедлителях. В декабре мы должны поставить к зоне реактора холодный замедлитель...

У макета трубопровода К.А.Мухин, Е.П.Шабалин и М.В.Булавин.

Е.П.Шабалин: События на японской АЭС "Фукусима", по моему мнению, могут внести коррективы в планы пуска ИБР-2М. Все-таки в этом году мы, наверное, не успеем - поставим, скорее всего, в первой половине следующего года.

Наш проект - это реализация первого в мире шарикового замедлителя нейтронов. Идея такого замедлителя витала в воздухе еще с середины 1980-х. У меня сохранились записи в рабочем журнале на эту тему, но я их не довел до публикации, а немецкий физик Г.Бауэр в начале 90-х выступил на совещании с похожим предложением. Существовавшие тогда твердометановые замедлители из-за нестабильного температурного режима их работы не до конца удовлетворяли физиков. А холодные нейтроны требовались и в то время, и еще больше требуются сегодня, поскольку исследования смещаются в сторону наносистем, то есть в диапазон длинноволновых нейтронов.

В 2000 году в ЛНФ пришел Сергей Куликов, через три года мы начали с ним обсуждать эту задачу, а с 2006-го - активно работать над концепцией шарикового криогенного замедлителя. До этого, в 2000-2005 годах, на радиационном канале ИБР-2 велись исследования влияния нейтронного облучения на разные материалы для холодных замедлителей нейтронов, которые никто в мире до нас не проводил. Мы обнаружили новые радиационные эффекты, и хотя они не зафиксированы как открытия, но, несомненно, два открытия среди них есть. В результате этих исследований был выбран подходящий материал - ароматический углеводород мезителен. И.Натканец изучил его свойства и предложил в качестве материала замедлителя использовать раствор смеси двух ароматических углеводородов, дающий больший выход нейтронов.

С.А.Куликов: Наши коллеги по коллаборации из исследовательского центра в Сан Карлос де Барилоче (Аргентина) создали необходимую для расчета базу нейтронных сечений на мезителене, а мы выполнили компьютерную оптимизацию конфигурации замедлителей. Вообще, коллаборация по разработке перспективных холодных замедлителей включает специалистов из Японии, США, Аргентины, Чехии, Великобритании, Германии, с которыми мы обсуждали разные варианты замедлителей, решали общие вопросы по поиску материала.

Е.П.Шабалин: Если источник быстрых нейтронов очень мощный, то в качестве замедлителя можно использовать только жидкий водород. Если слабенький, в несколько раз ниже ИБР-2 по мощности, то - метан. В случае промежуточной мощности, как у нашего реактора, оптимально использовать именно шариковый замедлитель на основе ароматических углеводородов. Причем это решение оптимально не только по радиационной стойкости, но и по эффективности генерации холодных нейтронов, если учесть все инженерные факторы. Основная сложность в эксплуатации такого замедлителя состоит в том, что при загрузке камеры замедлителя объемом в 1 литр необходимо при температуре в 40 К за 8-10 часов засыпать около 30 тысяч мелких мезителеновых шариков (на снимке). Причем конфигурация трубопровода с подъемами и поворотами длиной около 20 м создает довольно сложные технические условия.

Мы провели много рабочих экспериментов на теплой модели, пока не поняли, что столкнулись с очень сложной проблемой. Движение шариков в трубопроводе хаотичное, рассчитать их траекторию невозможно. Сергей вместе с Александром Беляковым настояли (и поступили правильно) на создании полномасштабного макета трубопровода с реальной температурой и шариками. К маю прошлого года макет был создан, мы начали его эксплуатировать, убедились в нестабильности режима работы установки, выявили узкие места и сейчас их устраняем. Максимально, чего мы сейчас добились, - это 70-процентное заполнение камеры.

С.А.Куликов: Еще один плюс нашего стенда - он стал полигоном для группы недавно пришедших в лабораторию молодых ребят. Они до этого ни с криогеникой, ни с мезителеновыми шариками не работали и на стенде получили практический опыт, с которым уже придут работать на реактор. Некоторые из них готовы писать кандидатские диссертации, тема одной из них - "Шариковый замедлитель на твердом метане с непрерывной сменой замедлителя". Получилось, что мы на стенде не только отработали технологию - систему контроля температур, движения шариков, программу контроля, но и обучили персонал. Для нас в США специально изготовили машинку-газодувку - вроде бы ничего сложного, но оказалось, что в России производят только компрессоры, а нам была необходима именно газодувка, грубо говоря, мощный вентилятор, продувающий холодный гелий (вплоть до 20 К) при низком избыточном давлении.

Одно из "узких мест" обсуждают А.А.Беляков, К.А.Мухин и В.П.Воронкин.

Е.П.Шабалин: Технологию производства шариков мы разработали и наладили сами в здании №120. Шарики диаметром около 4 мм, с одной стороны, хрупкие, с другой стороны, плавятся при температуре минус 500С, а размягчаются уже при температуре минус 120-1400С, и для того, чтобы придумать подходящее дозирующее устройство для заполнения ими камеры, нам пришлось изрядно помучиться. Сейчас такое стабильно работающее устройство изготавливается. Наш замедлитель требует периодической смены материала, засыпаем шарики на 5-10 дней, потом тепло реактора их расплавляет, и жидкий мезителен выливается. Так что много времени у физиков от эксперимента не отнимаем. Метан требует частой смены загрузки камеры, то есть длительных остановок, и он не обладает такой радиационной стойкостью.

Первый холодный замедлитель из трех, которые составят комплекс, будет стоять в направлении пучка №8, где холодные нейтроны пойдут сразу на восемь экспериментальных установок. Следующий поставим на 2-м канале, на котором работает группа из Обнинска, третий - на центральное направление, на пять экспериментальных установок.

Проект камеры замедлителя и специальной машины для установки его к реактору был разработан в НИКИЭТ, а изготовили все оборудование в НПО "Атом", и, частично, в цехе опытно-экспериментального производства ЛНФ.

Молодые ребята вместе с Сергеем несколько раз за последние два года рассказывали о нашем проекте на конференциях, интерес к нему есть, но, конечно, все ждут первых реальных результатов. А физики ждут холодных нейтронов, которых с установкой криогенного замедлителя должно стать до 15 раз больше. Что касается очень холодных нейтронов, то, к сожалению, на ИБР-2 их трудно получить. Вот наша молодежь с криогенным замедлителем закончит все работы, подрастет профессионально и, может быть, займется решением проблемы с УХН и ОХН...

Ольга ТАРАНТИНА, фото Юрия ТУМАНОВА.
 


Редакция Веб-мастер