Параметры источника УХН на реакторе ввр-к

 

 

В работе [4] был посчитан радиационный нагрев источника УХН с жидким гелием. Для обеспечения высокой плотности УХН в источнике необходимо, чтобы температура жидкого гелия была 0,6 К. Поддерживать такую температуру достаточно просто при теплопритоке менее 1 Вт. В реакторе ВВР-К теплоприток будет в пределах 0,001-0,002 Вт, так как интегральный поток отличается на 3 порядка от потока на реакторе ПИК.

В таблице 5.1. представлены сравнительные характеристики реакторов ВВР-К, ИЛЛ и ПИК. Здесь L_min – минимальная длина нейтроновода, d – диаметр нейтроновода, J₀ – максимальная плотность потока тепловых нейтронов вблизи активной зоны; J – плотность потока тепловых нейтронов на конце нейтроновода; F – интегральный поток тепловых нейтронов на конце нейтроновода. Спектры тепловых нейтронов одинаковы для всех этих реакторов и предполагается, что установлен на каждом из них источник УХН в точности такой, который описан в разделе 1.4 данной работы [4, 50 P.].

 

Таблица 4.5

Характеристики УХН источников на реакторах ИЛЛ, ПИК и ВВР-К [47, 48 P.]

 

Характеристики реакторов	Реактор ИЛЛ	Реактор ПИК	Реактор ВВР-К
Lmin, m			3.5	3.5
d, cm			19.2
J0, n×s-1cm-2	~ 1×1015	~ 1×1015	~ 2×1012	~ 2×1012
J, n×s-1cm-2	~ 6×1010	~ 4×1011	~ 4×108	~ 4×108
F, n×s-1	~ 1×1013	~ 1×1014	~ 1.5×1011	~4×1011
PUCN, УХН/с	~ 1×105	1.5·107	~ 1.9×104	~ 5.2·104
ρUCN, УХН/см3		1.3×105	~ 168	~ 456

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

В данной работе с использованием программы MCNP выполнено моделирование нейтронных потоков и радиационного нагрева материалов в каналах реактора ВВР-К, которые использовались или могут использоваться для источников ультрахолодных нейтронов. Расчеты для прежнего реактора с тепловыделяющими элементами 36%-го обогащения проведены для тестирования применимости гомогенной модели активной зоны для расчета указанных характеристик, осуществленного путем их сравнения с экспериментальными данными УХН-экспериментов 1971-1977 годов. Успешное тестирование и выполненные затем расчеты для ныне работающего реактора ВВР-К с твэлами 19%-го обогащения дает нам уверенность в реалистичности полученных результатов для:

· спектров нейтронов в активной зоне и дефлекторе,

· плотностей потоков на входе и выходе в радиальный канал, на выходе сквозного касательного канала,

· распределения плотности потока нейтронов по длине радиального канала ГРК-1,

· радиационного нагрева в различных материалах дефлектора,

· спектра нейтронов на выходе ГСКК.

Сквозной канал имеет особое значение, ввиду его большого диаметра и специфичности экспериментальных параметров, в частности малой доли быстрых нейтронов в спектре. Именно эти параметры важны для реализации дубненского проекта источника УХН на выведенном из реактора пучке тепловых нейтронов. Первоначально рассматривались варианты установки такого УХН источника на мощных исследовательских реакторах ПИК в Гатчине и ИЛЛ в Гренобле. Однако в силу ряда причин, ИЛЛ не будет строить этот источник, а в Гатчине приоритетным является более ранний проект построения УХН источника внутри реактора. В этой связи актуальным становится обсуждение параметров УХН источника на выведенных пучках других работающих исследовательских реакторов, в частности для ВВР-К.

Как видно из Таблицы 4.5, полное число УХН, произведенных в источнике в секунду, будет определяться интегральным потоком, который на ВВР-К отличается от реактора ПИК на 3 порядка, поэтому P_UCN = 5,2·10⁴ УХН/с при диаметре канала 32 см. Аналогично, объемная плотность УХН в источнике тоже будет меньше в 1000 раз: ρ_UCN =456 УХН/см³. Однако важны не только относительные, но и абсолютные цифры. Для сравнения объемная плотность УХН в действующем источнике на мощном реакторе ИЛЛ составляет ~ 40 УХН/см³. Таким образом, примерно такую же плотность УХН можно получить на выведенном пучке реакторе ВВР-К!

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

1 Шапиро Ф.Л. Замечания к вопросам об измерении фаз структурных амплитуд в нейтронной дифракции и о накоплении нейтронов // ЭЧАЯ.– 1972 г. - № 2, вып. 4. – С. 973-978.

2 Лычагин Е.В., Козленко Д.П., Седышев П.В., Швецов В.Н. Нейтронная физика в ОИЯИ – 60 лет Лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка // УФН.– 2016 г.– № 3, Т. 186.– С. 266-270.

3 Baker C. A. et al. Improved Experimental Limit on the Electric Dipole Moment of the Neutron // Phys. Rev. Lett.– 2006.– № 97 (131801).– Р. 155-160.

4 Lychagin E.V., Mityukhlyaev V.A., Muzychka A.Yu., Nekhaev G.V., Nesvizhevsky V.V., Onegin M.S., Sharapov E.I., Strelkov A.V. UCN sources at external beams of thermal neutrons. An example of PIK reactor // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A.– 2016.– Vol 823.– Р. 47–55.

5 Ахметов Е.З., Каипов Д.К., Конкс В.А., Лущиков В.И., Покотиловский Ю.Н., Стрелков А.В., Шапиро Ф.Л. Получение ультрахолодных нейтронов на стационарном реакторе ВВР-К // АЭ – 1971 г.– Т. 37. – вып. 1. – С. 35-38.

6 Ахметов Е.З., Каипов Д.К., Конкс В.А., Кулагин Е. Н., Мачнев Н.Ф., Стрелков А.В., Третьяков Л.И. Установка для получения и некоторые измерения по пропусканию ультрахолодных нейтронов на радиальном канале реактора ВВР-К // Материалы 4-й Всесоюзной конференции по нейтронной физике.– Киев, 1977 – 320 с.

7 Giovanna C. The Yellow Book: Guide to Neutron Research Facilities. – Grenoble, 2008.– 620 р.

8 Мостовой Ю.А., Мухин К.Н., Патаракин О.О. Нейтрон вчера, сегодня, завтра // УФН.– 1996. – Т. 166, № 9.– С. 995-1017.

9 Golub R., Boning K. New type of low temperature source of Ultra-cold neutrons and production of continuous beams of UCN // Zeitschrift für Physik B.–1983.– № 51(2).– Р. 95–98.

10 Saunders A., Makela M. et al., Performance of the Los Alamos National Laboratory spallation-driven solid-deuterium ultra-cold neutron source // Review of Scientific Instruments.– 2013.– № 84 (013304).– Р. 151-145.

11 Masuda Y., Hatanaka K., Jeong S. C., Kawasaki S. et al., Spallation Ultracold Neutron Source of Superfluid Helium below 1 K // Physical Review Letters.– 2012. - № 108(13).– Р. 131-140.

12 Zimmer O., Piegsa F. M., N. Ivanov S. Superthermal Source of Ultracold Neutrons for Fundamental Physics Experiments // Physical Review Letters.– 2011.– № 107 (134801).– Р. 88-97.

13 Piegsa F. M., et al., New source for ultracold neutrons at the Institut Laue-Langevin // Physical Review Letters C 90.– 2014.– № 015501.– Р.37-47.

14 Lychagin E.V. et al., UCN Source at an External Beam of Thermal Neutrons // Advances in High Energy Physics A.– 2015.– Vol 823.– Р. 47–55.

 

15 Владимиров В.И. Физика ядерных реакторов. Практические задачи по их эксплуатации.– Москва: Либроком, 2009.– 480 С.

16 Shoaib S.R., Asif S. Radiation shielding calculations for Pakistan Research Reactor-1.– Islamabad: 1990.– 34 Р.

17 Жотабаев Ж.Р., Колточник С.Н. Возобновление эксплуатации реактора ВВР-К // А.О.ИАЭ НЯЦ РК сб. ст.– Алматы, 1998. – С. 243-247.

18 Соколов С.А., Радаев А.И., Кравцова О.А. и др. Перевод ИР ВВР-К на низкообогащенное урановое топливо как основа для разработки и внедрения ТВС ВВР-КН // АЭ.– 2015.– Т. 118.– вып. 2.– С. 68-72.

19 Аринкин Ф.М., Блынский П.А., Дюсамбаев Д.С., Романова Н.К., Шаймерденов А.А. Нейтронно-физические характеристики активной зоны реактора ВВР-К с низкообогащенным топливом // Вестник НЯЦ РК. – 2012 г.– вып.3. –С. 7-13.

20 Черепнин Ю.С., Соколов С.А., Булкин С.Ю., Лукичёв В.А., Кравцова О.А., Радаев А.И. Перевод исследовательского реактора ВВР-К на низкообогащенное урановое топливо как основа для разработки и внедрения ТВС ВВР-КН в существующих и перспективных бассейновых исследовательских реакторах // Тезисы докл. III Межд. научно-техн. конф. по ядерной энергетике.– Москва: ОАО «НИКИЭТ», 2014.- 259 с.

21 Monte Carlo N-Particle Transport Code System: Manual ORNL.– Los Alamos, 2000.– 893 P.

22 Кочнов О.Ю., Лукин Р.В., Аверин Л.В. Ядерная и радиационная безопасность // АЭ.– 2008 г – Вып. №1.– С.18-22.

23 Ахметов Е.З., Каипов Д.К., Конкс В.А., Стрелков А.В., Третьяков Л.И. Источники ультрахолодных нейтронов // Материалы 4-й Всесоюзной конференции по нейтронной физике.– Киев, 1977 – 320 с.

24 Neutron Fluence Measurements: Technical reports series – Vienna, 1970.– 200 p. - № 107.

25 Keinert J., Mattes M. JEF-1 Scattering Law Data // IKE 6-147.– September 1984.– Р. 34-45.

26 Колточник C.Н. Измерение плотности потока нейтронов на выходе из горизонтального канала ГК-1 // Техническая справка.– 2016 г.– частное сообщение.

27 Мерзликин Г.Я. Основы теории реакторов.– Севастополь: СНУЯЭиП, 2011.– 216 C.