Семинары

Новый источник нейтронов - пока эскиз проекта

12 мая на общелабораторном семинаре ЛНФ с докладом "Высокопоточный импульсный нептуниевый реактор для пучковых исследований" выступил главный научный сотрудник лаборатории Е.П.Шабалин.

- Это будет уже мое второе выступление на эту тему, - сказал он перед началом семинара. - Работа была инициирована В.Л.Аксеновым и А.В.Виноградовым, которые озадачились вопросом, что будет после остановки ИБР-2. Остановка произойдет обязательно, не позднее 2032 года, а возможно и раньше, и нужно, чтобы исследования на нейтронных пучках в лаборатории продолжались хотя бы с минимальным перерывом. Ввиду того, что в последнее время в мире уже построено несколько мощных источников нейтронов, уже превзошедших наш, который ранее, как я когда-то пел, был "самый импульсный и самый быстрый" реактор, надо, по крайней мере, на порядок поднять плотность потока тепловых нейтронов, именно с ними работают физики. В этом наша задача.

Новизна нашего предложения в том, чтобы использовать в новом импульсном реакторе не плутоний, а нептуний. Его запасы велики, но применения ему нет, это побочный продукт наработки плутония. Наработали его десятки тонн, так что загрузка в 300-400 кг, которая потребуется нам, вполне по силам нашей промышленности. Также мы предлагаем модулятор реактивности другого типа. Проект предполагает строительство нового реактора на новом месте, его нельзя вписать в уже существующее здание ИБР-2. Хотя мы начинали именно с такого варианта и провели под надзором Владимира Дмитриевича Ананьева исследовательскую работу, но вскоре поняли, что это - неосуществимая идея. Вернее, это можно сделать, но мы получим продолжение ИБР и сильно отстанем от существующих и строящихся источников. По новому проекту мы будем иметь более эффективный источник нейтронов для исследований на выведенных пучках.

Я лично не сторонник также создания реактора в тандеме с ускорителем, это намного дороже. Если стоимость нептуниевого реактора, по моим оценкам, - 200 млн евро, то на создание только ускорителя нужен миллиард евро как минимум. Это известная величина. Таким образом, стоимость сооружения тандема (или бустера, как обычно называют такую установку) будет почти на порядок выше, чем реактора, а параметры получим в лучшем случае те же. У нас есть хороший пример - ЛЯР, где сначала совершенствовали установки, а сейчас построили совершенно новый комплекс, который скоро будет введен в строй. Так и мы должны поступать. Лет пятнадцать назад, когда я защищал докторскую, Ю.Ц.Оганесян высказал мне некий упрек: "Что это вы все цепляетесь за свой ИБР? Пора двигаться вперед!" И вот только сейчас мы начали попытку двигаться вперед.

Вместе с Е.П.Шабалиным над расчетами предварительного проекта работали Г.Г.Комышев и А.Д.Рогов. Евгений Павлович начал доклад с недостатков ИБР-2: низкая плотность потока тепловых нейтронов по сравнению с новыми работающими и создающимися мировыми источниками нейтронов. У ИБР-2 она составляет 4,5х10¹² н/см²с, а на SNS и создающемся европейском источнике ESS выше на два порядка - 4х10¹⁴, также на нашем реакторе существует большой фон между импульсами - 7,5-8%. Использование оружейного делящегося материала со временем может вообще стать большой проблемой.

В своем первом выступлении на семинаре в конце декабря 2015 года Е.П.Шабалин рассмотрел три возможных варианта нового источника нейтронов: протонный ускоритель с неразмножающей мишенью, ускоритель плюс размножающая мишень, импульсный реактор. Последний вариант - наиболее дешевый. Евгений Павлович привел характеристики разных типов материалов мишени и подробнее остановился на эскизном проекте нептуниевого реактора. Нептуний не "боится" воды, поэтому можно смело ставить замедлитель непосредственно около активной зоны. Группа провела различные расчеты и моделирование, в частности, структуры новой топливной сборки - не трубчатого, а пластинчатого типа, а также нового дискового модулятора реактивности по принципу замены водородосодержащего вещества на пустоту. Отметил докладчик и недостатки нептуниевого реактора: при равном уровне плотности потока тепловых нейтронов его мощность выше в 2-2,5 раза, чем в реакторе с плутонием; он потребует тщательной разработки мер для подавления импульсной (стохастической) неустойчивости.

Доклад вызвал большой интерес и множество вопросов собравшихся сотрудников лаборатории.

Ольга ТАРАНТИНА,
фото Елены ПУЗЫНИНОЙ