Libmonster ID: UA-2424

Заглавие статьи ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР ИБР-2М
Автор(ы) Виктор АКСЕНОВ
Источник Наука в России,  № 1, 2011, C. 20-24

Доктор физико-математических наук Виктор АКСЕНОВ, научный руководитель Лаборатории нейтронной физики им. И. М. Франка Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) (Дубна, Московская область)

Характерная особенность науки XXI в. - междисциплинарность, позволяющая рассматривать окружающий мир сразу в нескольких уровнях. Для реализации этого способа познания лучше всего подходят мегаустановки - источники синхротронного излучения, лазеры на свободных электронах, ускорительные и реакторные установки для генерации нейтронов. К ним относится и пульсирующий ядерный реактор ИБР-2М, создание которого завершается в этом году в Объединенном институте ядерных исследований. 17 декабря 2010 г. первые 4 кассеты с топливом были установлены в активной зоне реактора. Начался длительный этап испытаний. В сентябре 2011 г. после сдачи объекта в эксплуатацию установка начнет полноценно работать на эксперимент. На территории России ИБР-2М - первый в этом столетии новый источник нейтронов мирового класса для изучения строения вещества, углубления знаний о структуре и свойствах материи, создания функциональных материалов, развития нано- и биомедицинских технологий.

ИСТОЧНИК НЕЙТРОНОВ XXI ВЕКА

Идея такой установки возникла в 1955 г. в Физико-энергетическом институте (г. Обнинск Калужской области) в период бурного развития ядерного реакторостроения. Тогда все страны хотели иметь устройства для выработки энергии или производства радиоактивных веществ - это считалось признаком научно-технической и экономической мощи. Импульсный быстрый реактор (ИБР) был создан в 1960 г. под руководством автора идеи - известного советского физика, члена-корреспондента АН СССР Дмитрия

стр. 20

Блохинцева, ставшего в 1956 г. директором только что образованного в Дубне Международного центра ядерных исследований (впоследствии ОИЯИ)*. Один из основателей квантовой теории, лауреат Нобелевской премии 1922 г., иностранный член АН СССР с 1924 г. Нильс Бор во время посещения подмосковного института в 1962 г. выразил восхищение смелостью творцов этого чуда реакторной техники - "мигающей атомной бомбы", по образному выражению Блохинцева. После успеха Дубны многие пытались реализовать принцип ИБР для создания реактора большей мощности. Однако удачное решение нашли только ученые ОИЯИ: в 1984 г. здесь вступила в строй новая установка ИБР-2**, и Россия стала единственной в мире страной, предложившей, реализовавшей и развивающей идею пульсирующих реакторов. Основные узлы и топливо для нее изготовили на предприятиях Министерства среднего машиностроения СССР.

25 декабря 2006 г. после успешной 20-летней работы и выработки ресурса важных частей (корпус, активная зона, система управления и защиты) ИБР-2 остановили и перевели в режим модернизации, которая завершается в этом году. За несколько лет на тех же площадях специалисты ОИЯИ создали, по существу, новый пульсирующий реактор периодического действия ИБР-2М, что стало возможным благодаря идеологической и финансовой поддержке Министерства атомной энергии РФ (правопреемник Минсредмаша) и участию его предприятий.

Главное и оригинальное отличие рассматриваемой установки от других подобных - в механической модуляции реактивности с помощью подвижного отражателя. Эта сложная система общей массой до 60 т состоит из двух частей: основного и дополнительного подвижного отражателя. Их роторы, в отличие от ИБР-2, вращаются с различными скоростями встречно. При одновременном совмещении обоих отражателей вблизи зоны реактора развивается мощность в 1500 М Вт с генерацией импульсного потока тепловых нейтронов выше 1016 н/см2 · с, что сравнимо с таковым на двух суперисточниках, реализованных на базе протонных ускорителей JNS (Япония) и SNS (США) и принятых в эксплуатацию в 2007 и 2009 гг. соответственно. Средняя мощность реактора ИБР-2М - 2 МВт, частота повторения импульсов - 5 Гц. Их длительность определяется двумя факторами: временем жизни быстрых нейтронов, а также конфигурацией и скоростью вращения роторов. Для основного подвижного отражателя она снижена в 2,5 раза (до 600 об./мин). Однако за счет встречного движения длительность импульса быстрых нейтронов сохраняется на уровне 200 мкс, но вместе с тем существенно (в 2,5 раза) возрастает ресурс отражателя (до 50 000 ч).

Обладая рекордным потоком нейтронов, реактор ИБР-2М остается экономичной и относительно дешевой машиной. Его модернизация обошлась примерно в 400 млн. руб. Активация оборудования и выгорание зоны благодаря низкой средней мощности происходят медленно. При установившемся режиме работы 2500 ч/год время использования топлива и подвижного отражателя составит 20 - 25 лет.

Для ряда выведенных из реактора пучков будет существенно повышен поток холодных нейтронов с помощью криогенного замедлителя, что особенно


* См.: А. Сисакян. Мировая слава Дубны. - Наука в России, 2006, N 2 (прим. ред.).

** См.: В. Аксенов. Ядерный импульсный реактор. - Наука в России, 2002, N 6 (прим. ред.).

стр. 21

Принципиальная схема активной зоны реактора ИБР-2М: бак с топливом из двуокиси плутония и подвижный отражатель.

важно для исследований в области нано- и биологических наук. Безопасность и эксплуатационная надежность реактора соответствуют современным требованиям.

НАУЧНАЯ ПРОГРАММА

Нейтронные методы изучения вещества (дифракция, рефлектометрия, неупругое и малоугловое рассеяние) дают детальную информацию об особенностях строения, магнитной структуре и атомной динамике материалов на микроскопическом уровне. Уникальные характеристики - высокая проникающая способность, прецизионное исследование соединений с легкими, магнитными атомами, изотопами - делают эти методы зачастую единственно возможными для решения широкого круга актуальных фундаментальных и прикладных задач физики конденсированных сред.

Научная программа на ИБР-2М ориентирована в первую очередь на изучение нано- и биосистем*. В отдельную область выделены исследования наноструктур из ферромагнитного и сверхпроводящего слоев. Магнитно упорядоченные, они могут использоваться в качестве более совершенных элементов в наноэлектронике. Наша задача - установить соответствие между ядерной и магнитной структурами с пространственным разрешением до 1 нм методом рефлектометрии поляризованных нейтронов.

При изучении магнитных жидкостей и нанокомпозитов (в том числе полимеров и гранулированных систем) ключевую роль играет рассеяние нейтронов, с помощью которого измеряют структурные параметры коллоидов, определяют механизмы их стабилизации, межчастичного взаимодействия и кластерообразования в различных типах жидких и твердых носителей, включая биосовместимые среды. Результаты этих работ будут использованы для улучшения существующих процедур синтеза и создания новых классов магнитных коллоидов с требуемыми свойствами.

Следующее направление связано с изучением механизмов агрегации и стабилизации углеродных наночастиц в растворах фуллеренов** и наноалмазов, выявлением связи между структурой рассматриваемых систем и их физико-химическими свойствами.

Специалисты будут изучать также надмолекулярную (обусловленную различными видами упорядочения макромолекул) структуру полимеров, определять функциональные характеристики коллоидных и полимерных нанодисперсных материалов, фазовые переходы поверхностно-активных веществ, особенности строения новых полимеров, пригодных для технологических целей.

Наиболее перспективные работы лежат в области биологии и биотехнологии и связаны с исследованием наноструктуры и свойств липидных мембран и комплексов, определением роли отдельных церамидов (важных компонентов клеточной мембраны) в формировании диффузионных свойств матрицы верхнего слоя кожи человека, созданием однослойных везикул - базисного инструмента клетки, обеспечивающего метаболизм и транспорт лекарств через кожу. Большой цикл работ посвящен определению структурных и функциональных характеристик биологических макромолекул белка, ДНК, РНК.

В последние два столетия ученым удалось синтезировать ряд оксидных материалов, обладающих необычными физическими свойствами: высокотемпературной сверхпроводимостью, колоссальным магнетосопротивлением, сочетанием магнетизма и сегнетоэлектричества, причем трансформирующимися при изменении внешних условий или параметров окружающей среды. Они зависят от особенностей кри-


* См.: В. Аксенов. Нейтроны в нанодиагностике. - Наука в России, 2010, N 4 (прим. ред.).

** Фуллерены. - Наука в России. 2000, N 6 (прим. ред.).

стр. 22

сталлической и магнитной структур, в распознании которых эффективна нейтронная дифрактометрия. Ее, как и другой метод - нейтронную спектроскопию, будут широко применять на ИБР-2М при изучении новых функциональных материалов.

В отдельную область у нас выделены материаловедческие работы, направленные, в частности, на определение внутренних напряжений в объемных материалах с помощью метода дифракции. Отличающийся высокой точностью и значительной глубиной проникновения нейтронов в образец, он выявляет точечные дефекты, дислокации, межфазные границы, микротрещины, поры. Эта информация крайне важна при создании изделий для атомной науки и техники, соответствующих деталей и узлов машин и механизмов.

Что касается наук о Земле, то в рамках данной тематики мы планируем эксперименты по нейтронографическому анализу текстуры геологических материалов, определению закономерностей возникновения неустойчивости горных пород, находящихся под воздействием высоких температур и давлений, в том числе в процессе фазового (полиморфного) перехода. Эти данные расширят знания о геологии планет и процессах, происходящих в очагах землетрясений*.

ЦЕНТР КОЛЛЕКТИВНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

Для реализации научной программы на реакторе ИБР-2М создан комплекс из 12 спектрометров - современных приборов, позволяющих использовать практически все преимущества нейтронов при структурных исследованиях. Это - оригинальные отечественные разработки, некоторые из них открывают новые возможности для современных установок. К таким в первую очередь относят фурье-дифрактометр высокого разрешения, разработанный в Дубне в 1992 г. в кооперации с петербургским Институтом ядерной физики им. Б. П. Константинова РАН и Центром нейтронных исследований Финляндии. Он способен расшифровывать кристаллическую структуру с предельной для нейтронной дифракции точностью до 0,0001 доли межатомного расстояния. С учетом этого фактора мы создаем на модернизированном реакторе специализированный фурье-дифрактометр для анализа внутренних напряжений в материалах. Заметим, наш опыт работы с данным прибором использован при выборе проекта будущего европейского источника нейтронов European Spallation Source (ESS).

Программа модернизации комплекса продолжится и в 2011 г. В настоящее время на стадии завершения находятся три проекта. Первый касается замены нейтроноводной системы длиной 110 м для спектрометров ЭПСИЛОН, СКАТ (созданы при активном участии физиков ФРГ) и НЕРА (идея и реализация польских специалистов), ориентированных на изучение внутренних напряжений в инженерных конструкциях, текстуры материалов, преимущественно горных пород, атомной и молекулярной динамики сложных систем и функциональных материалов.

Второй проект связан с новым дифрактометром ДН-6 для изучения материалов при высоких давлениях (до 50 ГПа) и низких температурах (до 10К), в котором найдут применение сапфировые наковальни. По сути же - это усовершенствованный дифрактометр ДН-12, разработанный в середине 1990-х годов учеными Дубны и Российского научного центра "Курчатовский институт" (Москва).

Третий проект по разработке оригинального рефлектометра ГРЭЙНС с горизонтальной плоскостью образца мы реализуем в тесной кооперации с физиками Германии и Венгрии при участии Научно-обра-


* См.: Л. Дода и др. Космический мониторинг предвестников землетрясения. - Наука в России, 2009, N 6 (прим. ред.).

стр. 23

Экспериментальный зал реактора ИБР-2М имеет 14 каналов вывода нейтронов, на которых располагаются установки.

зовательного центра по нанотехнологиям Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. Подобных приборов у нас еще не было, хотя потребность в них в последнее время очень возросла из-за повышенного интереса к наносистемам. С такой техникой можно будет изучать свободные поверхности жидкой среды в гравитационном поле, а также межфазные границы в системах воздух-жидкость, жидкость-жидкость, жидкость-твердое тело. Кроме того, ГРЭЙНС открывает дорогу к исследованию магнитных свойств жидкостей с использованием поляризованных нейтронов.

К слову, рассматриваемый рефлектометр - часть уникального комплекса нанодиагностики на источнике холодных нейтронов реактора ИБР-2М с длиной волны больше 0,4 нм, что и требуется для изучения наносистем. Входящий в его состав оригинальный криогенный замедлитель, работающий при низкой температуре в интервале 20 - 40K и использующий радиационно-стойкий материал (смесь ароматффических углеводородов) с новой технологией его загрузки и эксплуатации, позволяет увеличить поток холодных нейтронов более чем в 10 раз на четырех каналах вывода пучка нейтронов. В комплекс, кроме ГРЭЙНСА, входят еще 3 установки: РЕМУР - рефлектометр поляризованных нейтронов, имеющий самые высокие по мировым стандартам параметры, РЕФЛЕКС для перспективных методических разработок и апробации новых методов нейтронной оптики, а также крайне востребованный спектрометр малоуглового рассеяния нейтронов (к сожалению, финансовых средств для его сооружения пока нет).

Мегаустановки, подобные ИБР-2М, создают для широкого круга исследователей, представляющих отечественные и зарубежные университеты и институты. Чтобы реактор функционировал полноценно (2500 ч/год на 14 нейтронных пучках), необходимо соответствующее финансирование - примерно 30 млн. руб. ежегодно при условии общепринятого в мировой практике выделения сторонним пользователям 70% его рабочего времени. Будут ли привлечены такие средства - большой вопрос.

Наконец, такие установки служат экспериментальной базой для подготовки специалистов. В ОИЯИ эта работа традиционно поставлена на высоком уровне*. В его Учебно-научный центр приезжают на специализацию студенты и аспиранты из стран-участниц ОИЯИ, обучение наших старшекурсников проводят кафедры нейтронографии МГУ им. М. В. Ломоносова и нейтронной физики Петербургского политехнического университета с научной базой в Институте ядерной физики им. Б. П. Константинова РАН. И нам удается обеспечивать квалифицированными кадрами не только ведущие нейтронные центры мира, но и свой, дубнинский. В этом смысле будущее научной программы на реакторе ИБР-2М выглядит вполне оптимистично.


* См.: А. Сисакян. Каркасные проекты - прорыв в будущее. - Наука в России, 2008, N 6 (прим. ред.).


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/ПУЛЬСИРУЮЩИЙ-ЯДЕРНЫЙ-РЕАКТОР-ИБР-2М

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Валентин ПротопоповContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/CashBack

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР ИБР-2М // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 11.08.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/ПУЛЬСИРУЮЩИЙ-ЯДЕРНЫЙ-РЕАКТОР-ИБР-2М (date of access: 01.12.2021).


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
2149 views rating
11.08.2014 (2668 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
А вообще весь этот кейс с комиками во власти заставил понять, что киношный сценарий разительно отличается от реальной большой политики, где побеждает трезвый, незамутненный запрещенными веществами ум, холодный расчет и опыт – как обязательные составляющие личности, дерзающей определять путь миллионов человек.
Catalog: Разное 
17 hours ago · From Naina Kravetz
Когда менять резину на зимнюю в 2021 году?
Yesterday · From Україна Онлайн
Запрещает ли PayPal азартные игры?
Catalog: Экономика 
2 days ago · From Україна Онлайн
IN THE INTERESTS OF ENERGY STABILITY
7 days ago · From Україна Онлайн
Аварии на топливе Westinghouse случались и ранее, начиная с 1979 года, когда произошла крупнейшая в истории США авария на АЭС Три-Майл-Айленд, в результате которой зафиксировано расплавление 50% активной зоны реактора. Далее Westinghouse делала попытки торговать с Чехией, однако опасные эксперименты по замене оригинального топлива окончились досрочной его выгрузкой из 1-го энергоблока АЭС Темелин в январе 2007 года, по причине его сильной деформации. Вышедшие из строя вэстингхаусовские тепловыводящие сборки на 3-м энергоблоке Южно-Украинской АЭС были в экстренном порядке заменены на стандартные ТВЭЛовские.
Catalog: Экология 
8 days ago · From Naina Kravetz
HISTORY OF ROADS AND GROUND TRANSPORT ACCORDING TO ARCHEOLOGICAL DATA
Catalog: История 
10 days ago · From Україна Онлайн
BASIC UNIT FOR THE AMERICAN ACCELERATOR
10 days ago · From Україна Онлайн
TRANSITION TO CONTROLLED EVOLUTION OF THE BIOSPHERE
Catalog: Биология 
10 days ago · From Україна Онлайн
DEVONIAN PALEOSOILS OF THE ANDOMA MOUNTAIN
10 days ago · From Україна Онлайн
Безопасно ли брать кредит в Интернете?
Catalog: Экономика 
11 days ago · From Україна Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР ИБР-2М
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2021, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones