Исследования на реакторе ИБР-2 в ОИЯИ


https://www.youtube.com/jinrtv

Лаборатории нейтронной физики имени И.М.Франка Объединенного института ядерных исследований в 2017 году исполняется 60 лет. В этом году также отмечается 25-летие с момента пуска в Дубне первого в мире Фурье-дифрактометра высокого разрешения, что позволило вывести прецизионные дифрактометрические исследования материалов на реакторе ИБР-2 на новый уровень.

К  своему юбилею Фурье-дифрактометр, можно сказать, обрел второе дыхание. В прошлом году его модернизировали – был полностью заменен нейтроновод —  на новый современный фокусирующий. Потоки нейтронов на образце увеличились, вдвое возросла производительность. А также появился новый  Фурье-прерыватель, он вращается с переменной частотой и позволяет уменьшать ширину импульса нейтронов от реактора. Установка получила новую жизнь.

Международная конференция «Исследования конденсированных сред на реакторе ИБР-2», которую называют конференцией пользователей, была посвящена, в том числе, и юбилею установки. Вообще, сама идея Фурье-дифрактометрии была реализована именно на  реакторе ИБР-2 в Дубне.

Валерий Швецов, директор Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ: «Впервые Фурье-дифрактометрия была предложена финнами на стационарном источнике, но реализована на импульсном впервые у нас.  Сейчас это стандартный метод на всех импульсных источниках».

Анатолий Балагуров, главный научный сотрудник Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ, д.ф.-м.н., профессор ВАК, лауреат Гос.премии за 2000 г., заслуженный деятель науки и техники Московской области (2005 г.): «Все 25 лет что-то происходило, но начало было такое, что организовалась коллаборация между нашим Институтом, Институтом ядерной физики в Гатчине и Финским центром технических исследований.  Фины  выступали в качестве главных идеологов, Гатчина — в качестве производителей узлов (они делали нейтроновод), а наша Лаборатория предоставила место на реакторе, пучок и другие инфраструктурные вещи. Сотрудничество оказалось исключительно плодотворным».

Поскольку Фурье-дифрактометр – высокого разрешения,  он позволяет изучать  кристаллические вещества (а большая часть материалов  в природе именно кристаллические), атомные и магнитные структуры и фазовые переходы в кристаллах. Дифракционные пики, которые  получаются на этой установке, очень узкие, и за счет этого можно хорошо различать фазы, микроструктурные эффекты.

Анатолий Балагуров, главный научный сотрудник Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ, д.ф.-м.н., профессор ВАК, лауреат Гос.премии за 2000 г., заслуженный деятель науки и техники Московской области (2005 г.): «У Фурье-дифрактометра очень хорошее сочетание двух главных параметров  — интенсивность и разрешение. Есть дифрактометры высокого разрешения, но не хватает светосилы, есть, наоборот,  высокой светосилы, но не хватает разрешения. А у нас оптимальная комбинация получилась, и, соответственно,  можно очень эффективно что-то изучать. Сейчас занимаемся созданием  нового детектора, который еще раз в 10 позволит увеличить светосилу дифрактометра и, соответственно, эффективность экспериментов».

Международная  конференция – это встреча  пользователей – специалистов, которые занимаются  исследованиями на реакторе ИБР-2. Они обсуждают  новые научные результаты, полученные на  быстром импульсном реакторе периодического действия.

Главное отличие ИБРа-2 от других реакторов состоит в механической модуляции реактивности с помощью подвижного отражателя. Подвижный отражатель является сложной механической системой, обеспечивающей надежную работу двух частей, определяющих модуляцию реактивности: это основной подвижный отражатель и дополнительный подвижный отражатель. Роторы  этих двух подвижных отражателей вращаются в противоположных направлениях с разными скоростями. 600 оборотов в минуту – основной, 300 – дополнительный. В момент совмещения обоих отражателей у зоны реактора генерируется импульс мощности. (Мощность 2 МВт, тип топлива PuO, частота импульсов 5 Гц).

О сегодняшнем дне и перспективах исследований на ИБРе-2 говорили участники конференции   из России, Германии, Словакии, Польши, Румынии, Казахстана, Молдовы, Украины, Азербайджана.

Денис Козленко, начальник научно-экспериментального отдела   нейтронных исследований   конденсированных  сред ЛНФ: «Это, как правило, исследования новых материалов — как кристаллических, так и мягких систем – это полимеры, биологические системы. Особое внимание мы уделяем  исследователям  из внешних организаций, чтобы дать им возможность представить результаты их последних исследований, обсудить их и наметить перспективы  дальнейших работ в этих областях. У нас будет сессия, посвященная исследованиям материалов для создания химических источников тока, таких, как аккумуляторы литиево-ионные. Мы будем обсуждать результаты исследований функциональных материалов (в т.ч. магнитных материалов) для развития новых технологий, а также материалов, которые демонстрируют интересные физические явления. У нас будет секция по мягким системам. Это и биологические наносистемы, липидные мембраны, белковые комплексы, белки, которые важны  как для жизнедеятельности человека, так и для развития различных технологий, в том числе для трансформации лекарств и других применений. Мы надеемся, что наша конференция  будет способствовать дальнейшему развитию исследований на реакторе, развитию экспериментальной базы и дальнейшей научной программы  нашей Лаборатории».

Исследования на реакторе ИБР-2 способствуют развитию новых технологий. Тематика конференции является междисциплинарной и охватывает исследования в области физики конденсированного состояния, химии, биофизики, материаловедения, инженерных наук и наук о Земле — с помощью методов рассеяния нейтронов.  В настоящее время более 200 экспериментов ежегодно выполняются на установках ИБР-2 учеными более чем из 20 стран — в рамках реализации собственной научной программы и программы пользователей.

Валерий Швецов, директор Лаборатории нейтронной физики  ОИЯИ: «Я говорил о текущем состоянии дел, о работах по развитию комплекса криогенных замедлителей, спектрометров — это наше настоящее и ближайшее будущее. Проще говоря, мы должны выжать из ИБР-2 все, что возможно  — до того момента, пока он имеет разрешенный срок эксплуатации. Нам нужно эффективно использовать его. Действительно, этот источник – самый яркий в мире на сегодняшний день, пока остальные не вышли на проектные параметры. (Они по импульсной плотности потока меньше). Для того, чтобы использовать эту импульсную плотность потока на наших инструментах, нужны новые детекторные системы.  Первая ласточка – мы для одного из инструментов – для Фурье-дифрактометра высокого разрешения  делаем новый детектор обратного рассеяния, который будет по площади в 20 раз больше, чем предыдущие детекторы. Это будет первый образец мирового уровня, мирового класса детекторов».

Участники конференции, обсуждая перспективы дальнейших исследований на реакторе ИБР-2,  уже думают о создании  нового источника нейтронов в Дубне.

Виктор Аксенов, член-корреспондент РАН, научный руководитель Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ: «Первое – это не будет реактор. История с реакторами фактически завершена. (В ближайшие годы обычные ядерные реакторы  непрерывного действия  уже строиться не будут, последний – реактор ПИК в Гатчине, который в следующем году будет введен в эксплуатацию).  В ОИЯИ, я думаю,  будет реактор на базе ускорителя — это первое базовое утверждение. Но когда мы создаем новое, мы опираемся на наш опыт. А наш собственный опыт – это размножающая система, это так называемый подкритический реактор, то есть это как бы ядерный реактор, но он сам по себе работать не может (в отличие от реактора непрерывного действия). Его нужно «поджигать» — инициировать все это. И вот, ускоритель служит как раз для того, чтобы его  постоянно «поджигать», а подкритическая сборка увеличивает число нейтронов в сотни раз по сравнению с тем, если бы  ее не было. Таким образом, появляется  огромное преимущество перед стандартной схемой. Когда есть ускоритель, есть нейтронопроизводящая мишень. Это позволит уменьшить мощность ускорителя, сделать его не суперэнергетичным, супердорогим, а в 10 и даже в 100 раз дешевле. Это добирается с помощью размножающей мишени. Создается дешевый ускоритель, и меньше получается нейтронов, но дальше в 100 раз число нейтронов увеличивается. В результате — параметры те же, как  на самых мощнейших ускорителях. По нашим расчетам — будет источник на порядок  интенсивнее, чем европейский  суперисточник».

Что же касается ИБР-2 — это выдающийся, замечательный источник, — считает Виктор Аксенов. «На сегодняшний день – это самый высокопоточный  импульсный источник нейтронов. К сожалению, реактор имеет свое время жизни, и это время заканчивается с 2032 по 2037 год.  (Все зависит от режима эксплуатации). Самое время сейчас обсуждать новые источники нейтронов, потому что это длительный процесс. Создание крупных установок  занимает много времени — проектирование, строительство, изготовление. И это не только  российская специфика, так происходит во всем мире так. Например, сейчас в Швеции создается новый суперисточник. Первые нейтроны там появятся в 2019 году,  первые эксперименты планируются в 2023 году. Но они уже начали обсуждать источник нейтронов, который будет не раньше, чем через 50 лет. В нашем случае – самое время  сейчас этим заниматься и мы этим успешно занимаемся», — подчеркнул научный руководитель Лаборатории нейтронной физики Виктор Аксенов.

Научно-информационный отдел ОИЯИ, 2017
Редактор портала: Инна ОРЛОВА
Видеограф: Евгений ГОРЯЧКИН

http://www.jinr.ru

http://www1.jinr.ru/News/Jinrnews_rus.html