Лаборатории нейтронной физики  имени И.М. Франка ОИЯИ  — 60 лет


https://www.youtube.com/jinrtv

Лаборатории нейтронной физики имени И.М. Франка Объединенного института ядерных исследований исполнилось 60 лет. В Доме культуры «Мир», где проходили торжества, царила праздничная атмосфера. Встретились коллеги, ветераны Лаборатории, которые вспоминали годы своей работы, связанные с монтажом, эксплуатацией, модернизацией базовых установок, с научными исследованиями, открытиями.

Молодежь организовала  интеллектуальное приветствие, команды  сотрудников Лаборатории участвовали в игре на подобие «Что? Где? Когда?» А в выставочном зале была развернута экспозиция, рассказывающая об истории и сегодняшнем дне Лаборатории,  где с помощью уникальных установок успешно выполняется  комплексная научная программа. Она связана с  исследованием нейтрона как элементарной частицы, а также с его применением в области ядерной физики, физики конденсированных сред и в ряде современных прикладных научных исследований.

Валерий Швецов, директор Лаборатории нейронной физики ОИЯИ: «Много актуальных задач, если говорить про научные задачи. Программа пользовательская  работает, можно сказать, как часы — каждый год более двухсот заявок, которые выполняются на наших установках. И надеемся, что она будет расширяться. Сейчас строится еще одна установка – малоугловая, наиболее востребованная. А с точки зрения науки – много задач. Основное направление – это исследование  свойств материалов  при высоких давлениях. Это фундаментальная задача. Исследование литиево-ионных батарей – это прикладная задача. Ну а между ними — весь спектр исследований, которые ведутся: от фундаментальных — до прикладных».

Если фундаментальные эксперименты позволяют изучать взаимодействие быстрых нейтронов с ядрами, то прикладные направлены на развитие методики неразрушающего элементного анализа. Такие  исследования  очень интересны для специалистов разных областей — физиков, химиков, биологов,  создателей новых материалов. Эксперименты в  Лаборатории нейтронной физики помогли и археологам. Предметом исследования стал тверской клад 14-го века. С помощью установки нейтронной томографии и радиографии на реакторе ИБР-2  ученые увидели внутреннюю структуру браслета из этого клада, выявили золотую гравировку на меди, создали 3Д-модель. Исследовалось также подвеска, крепившаяся к женскому головному убору — лучевой колт.  Эти данные помогут реставраторам воссоздать найденные предметы в первоначальном виде. Преимущество  нейтронных методов  радиографии и томографии состоит в том, что  без разрушения изделия можно понять его внутреннее строение.

Сотрудничество физиков Дубны с археологами Москвы привело к разгадке тайны времен Ивана Грозного.

Валерий Швецов, директор Лаборатории нейронной физики ОИЯИ: «Последние результаты с ИРЕН (нейтронный активационный анализ) — это очень интересные исследования  останков князей и княгинь из русского средневековья с целью исследовать содержание мышьяка и ртути в этих останках».

В Лаборатории проведён нейтронный активационный анализ  образцов человеческих останков XVI и XVII вв. из некрополей Московского Кремля. Исследуемые образцы были облучены на двух установках – источнике резонансных нейтронов ИРЕН и реакторе ИБР-2.  С помощью автоматической системы измерений, созданной в Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ (состоящей из высокочистого германиевого детектора со спектрометрической электроникой, устройства смены образцов и управляющего программного обеспечения), спектры наведённой активности облученных образцов были измерены.

Полученные значения подтвердили факт отравления ртутью первой жены Ивана Грозного – царицы Анастасии Романовны. Повышенное содержание ртути и мышьяка было выявлено в костных останках сына Ивана  Грозного – царевича Ивана и князя Михаила Скопина-Шуйского. Установка ИРЕН, на которой облучались образцы, предназначена для решения широкого спектра задач фундаментальной и прикладной ядерной физики. Хотя еще ведутся работы по выводу на проектные параметры этой установки, она уже дает столь значительные результаты.

Константин Удовиченко, начальник службы  управления  установкой ИРЕН: «Сейчас на ИРЕН идет модернизация. Модернизируется  система охлаждения ускорителя, так что через 3-4 месяца планируем уже  с новой  системой начать работать. ИРЕН позволит делать  неразрушающий нейтронно-спектрометрический анализ, измерение времяпролетного спектра, а также облучение образцов. ИРЕН – это источник резонансных нейтронов – ускоритель, который  расположен вертикально. Сейчас готовится вторая очередь установки, то есть мы уже начали  работать с двумя ускоряющими секциями, двумя модуляторами, двумя клистронами. В дальнейшем планируем  поставить более мощные клистроны и поднять выход нейтронов».

Там, где сейчас располагается мишенный зал установки ИРЕН, раньше находился реактор ИБР-30. В отличие от других нейтронных источников ИРЕН имеет очень короткую длительность импульса и, соответственно, очень высокую область энергий, которая доступна для исследований. Этот нейтронный источник и заменил  ИБР-30, поскольку тот  уже не мог обеспечить высокого энергетического разрешения при измерении целого ряда характеристик ядерно-физических процессов.

Всего в Лаборатории нейронной физики было три реактора: ИБР-1, ИБР-30 и ИБР-2. Они предназначались для изучения взаимодействия нейтронов с атомными ядрами. С помощью пучка нейтронов можно исследовать возникающие ядерные реакции, возбуждение ядер, их структуру, то есть свойства самых разных веществ.

Первый ИБР создавался при ведущей роли физиков Обнинска и с участием сотрудников ЛНФ ОИЯИ, руководимых И.М. Франком. Первый ИБР завершил работу в августе 1968 года. Примечательно, что последним экспериментом на этом реакторе был знаменитый опыт по первому наблюдению ультрахолодных нейтронов, осуществленный в режиме редких импульсов. 10 июня 1969 года был введен в работу усовершенствованный аналог ИБРа — ИБР-30.

День рождения Лаборатории отмечался 29 ноября, а 30- го – в календаре памятных дат ЛНФ другая славная дата – 40 лет с момента пуска ИБР-2. Евгений Шабалин, ведущий научный сотрудник Лаборатории нейтронной физики,  считает это событие  самым знаменательным в своей жизни.

Евгений Шабалин, ведущий научный сотрудник Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ: «Это самое светлое пятно, это как Полярная звезда и даже как  Южный крест в южном полушарии  — для меня 30 ноября. Происходило с одной стороны буднично, как один из обычных дней работы, но это был первый день, когда реактор должен был выйти на критичность – импульсную критичность (дать небольшую мощность, маленькую). А весь праздник был тогда, когда реактор пошел в разгон. Когда он достиг запланированной мощности, руководитель дал команду, чтобы нажали кнопку аварийной защиты. Кнопка сработала, загудел сигнал, и раздались громкие аплодисменты.  И один из участников сказал: «Первый раз вижу, чтобы сигнал аварийной защиты был встречен аплодисментами».

ИБР-2 пока остается самым эффективным в мире источником для исследований на выведенных пучках медленных нейтронов, а после модернизации он еще в течение 20 лет будет в первой пятерке мировых лидеров в этой области ядерной науки. Импульсный реактор на быстрых нейтронах — воплощение идеи Дмитрия Ивановича Блохинцева.  Он  предложил конструкцию реактора с двумя активными зонами — неподвижной на статоре и быстро вращающейся на роторе.  Реактор переходит в сверхкритическое состояние,  когда ротор проскакивает мимо статора, и в нём на мгновение развивается мощная цепная реакция, затухающая с удалением ротора.

Подвижный отражатель является сложной механической системой, обеспечивающей надежную работу двух частей, определяющих модуляцию реактивности: основной подвижный отражатель и дополнительный подвижный отражатель. Роторы основного и дополнительного подвижного отражателя вращаются в противоположных направлениях с разными скоростями. В момент совмещения обоих отражателей у зоны реактора генерируется импульс мощности. Подвижный отражатель — один из наиболее ответственных и технически самых оригинальных узлов ИБР-2. Именно подвижный отражатель определяет длительность импульса мощности ИБРа.

Виктор Титков, руководитель группы подвижного отражателя реактора ИБР-2 с 1974 по 1998 год: «Я был руководителем группы подвижного отражателя реактора ИБР-2. Мы изготавливали, испытывали, экспериментировали на подвижном отражателе, доводили его до параметров нормальных, а потом занимались  эксплуатацией этого отражателя – первого. Вначале на модели, потом на самой машине уже – первого и второго.  Все у нас было без аварий, без остановок, без крупных потерь в деятельности самого отражателя. Эта машина — отражатель – от него зависит многое. Много внимания ему уделял директор Института Д.И. Блохинцев. Ф. Л. Шапиро и И.М.  Франк  часто  собирались, когда были какие-то заторы, проводили совещания у главного инженера В.Д. Ананьева. Все принимали большое участие по подвижному отражателю».

Реактор   ИБР-2  прошел  модернизацию и стал называться ИБР-2М. Он оснащен комплексом спектрометров для проведения широкого круга исследований по актуальным направлениям ядерной физики и физики конденсированных сред. Короткие импульсы частотой до пяти герц с высокой плотностью нейтронов ставят реактор в один ряд с лучшими мировыми установками такого класса.

В этом году в Лаборатории  сразу несколько круглых дат.   В октябре отмечалось 25-летие с момента пуска в Дубне первого в мире Фурье-дифрактометра высокого разрешения. Это  позволило вывести прецизионные дифрактометрические исследования материалов на реакторе ИБР-2 на новый уровень.  К  своему юбилею Фурье-дифрактометр, можно сказать, обрел второе дыхание — его модернизировали, был полностью заменен нейтроновод. Потоки нейтронов на образце увеличились, вдвое возросла производительность.

Все достижения Лаборатории,  ее историю, сотрудников, которые участвовали в пусках базовых установок и проводили на них исследования, вспоминали в день 60-летия. Дирекция ОИЯИ поздравила сотрудников Лаборатории нейтронной физики с юбилеем, пожелала коллективу успехов в реализации намеченных планов, дальнейшего развития международного сотрудничества.

Лабораторию нейтронной физики по праву называют интернациональной. Из 535 сотрудников более ста – из стран-участниц ОИЯИ. Поэтому много поздравлений в день юбилея было  от имени румынских, монгольских, польских, чешских  сотрудников, которые плодотворно трудятся в Лаборатории.   А ее научный руководитель Виктор Аксенов, поздравляя коллег, говорил о будущем —  о новом источнике нейтронов, который придет на смену ИБР-2. Эта тема сейчас активно обсуждается.

Евгений Шабалин, ведущий научный сотрудник Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ: «Я сейчас включился в работу над новым проектом  — источник нейтронов, который будет после ИБР-2.  Мы должны думать о будущем».

Валерий Швецов, директор Лаборатории нейронной физики ОИЯИ: «Будущее Лаборатории – это новый источник, который будет за ИБР-2. И сейчас идет активная работа в Лаборатории по обоснованию этого источника».

Планы Лаборатории  реализуются и в направлении космическом. Лаборатория успешно сотрудничает с Институтом космических исследований РАН в области разработки и создания детекторов нейтронов, гамма-квантов и заряженных частиц для космических аппаратов. Детекторы нейтронов высокой энергии работают на орбитальных аппаратах NASA; прибор DAN, работающий на борту ровера Curiosity, входит в состав Марсианской научной лаборатории. Точная копия нейтронного генератора и детектора марсохода испытывалась на модели марсианского грунта, созданном при помощи листового оконного стекла и полиэтилена, который имитирует содержание воды в грунте.  Специалисты в Дубне калибровали установку – генератор и детектор,  чтобы понимать способности Лаборатории нейтронной физики по анализу состава грунта.

Валерий Швецов, директор Лаборатории нейронной физики ОИЯИ: «Марсианский грунт до весны оставлен, там зимой тяжело работать, но обязательно продолжится эта работа. Сейчас создается 5 приборов, три из них – для российских лунных миссий будущих. Эти приборы мы испытываем на этом стенде. И весной работа продолжится обязательно».

Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ —  60 лет. Ее история наполнена блестящими достижениями, именами талантливых ученых, инженеров, конструкторов и рабочих, которыми по праву гордится Институт.

Становление Лаборатории связано с именами  выдающихся физиков: Дмитрия Ивановича Блохинцева, Ильи Михайловича Франка, Федора Львовича  Шапиро. Созданная коллективом Лаборатории плеяда уникальных импульсных источников нейтронов обеспечила лидирующие позиции ОИЯИ в области нейтронных исследований и позволила реализовать целый ряд работ, навсегда вошедших в историю науки.

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

http://www.jinr.ru

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