Коллектив и его дело

Первая очередь проекта завершена

Одной из задач модернизации реактора ИБР-2 было создание источника холодных нейтронов, который позволит не только расширить круг проводимых экспериментов, но также качественно (сдвигая максвелловский спектр в область больших длин волн, увеличивая разрешающую способность) и количественно (увеличивая поток длинноволновых нейтронов, сокращая время эксперимента) улучшить работу физических инструментов ИБР-2.

Источник предполагает окружение активной зоны реактора тремя комбинированными замедлителями, в состав которых будут входить: криогенная камера, работающая в диапазоне от 20 до 120 К с рабочим веществом мезитиленом в смеси с м-ксилолом, в форме шариков (формирование длинноволнового спектра) и тепловыми камерами с постоянно циркулирующей водой при температуре 300 К, формирующей тепловой спектр. Ориентация в пространстве криогенных и водяных камер относительно оси пучка каждого инструмента позволила получить оптимальный и индивидуальный диапазон длин волн в заданном направлении.

В 2012 году в направлении экспериментальных пучков №№ 7, 8, 10, 11 ИБР-2 в режиме опытной эксплуатации на физический эксперимент начал свою работу комбинированный замедлитель КЗ 202 (первая очередь проекта). В процессе эксплуатации были уточнены нейтронно-физические характеристики замедлителя, оптимизирована работа технологического оборудования, проведены исследования на выведенных пучках реактора. Выигрыш в области холодных нейтронов ( 4 Å) достиг 12 раз, существенной (не более 10 процентов) деградации спектра к концу цикла работы реактора (10,5 суток) не было обнаружено. На рефлектометре РЕМУР (пучок №8) удалось десятикратно поднять интенсивность, это обеспечило рост фактора сигнал/фон, что привело к улучшению качества получаемых данных. Расширение доступного диапазона длин волн увеличило угол между отраженным и расщепленным пучком, благодаря чему эффект расщепления пучка стало возможно наблюдать без применения анализа поляризации. В свою очередь, это сократило время измерения еще как минимум в 2 раза. Для дифрактометра СКАТ (пучок 7b) плотность потока нейтронов с поверхности холодного замедлителя по сравнению с водяным замедлителем при > 4,31 Å больше в 4 раза, благодаря чему время измерения спектра одного образца сокращается также в 4 раза. Полученные спектры позволили определить минералы, из которых состоит оливит: альбит, кальцит, кварц, клинохлор и мусковит. При помощи холодного замедлителя удалось идентифицировать единственный дифракционный пик кальцита (104), не перекрывающийся с достаточно интенсивными пиками других минералов.

Переходя к технической части, стоит отметить, что в процессе эксплуатации были уточнены теплофизические параметры криогенной системы комплекса, которые показали, что охладить замедляющее вещество в камере удалось до температуры 32 К. Это на 12 К выше проектных температур. Такое отличие от проектных значений (20 К) приводит к частичной "переброске" нейтронов из длинноволнового спектра в область "коротких" длин волн. Криогенная система источника холодных нейтронов реактора ИБР-2 является своего рода сердцем и кровеносными сосудами всего комплекса.

Криогенная система до модернизации предполагала наличие одной рефрижераторной установки мощностью 700 Вт при 15 К, которая по двухконтурной системе через теплообменники охлаждала замедлители. Такая система имела ряд недостатков, существенными из которых были невозможность регулирования индивидуального температурного режима работы каждого замедлителя, а при проведении сервисного обслуживания, ППР или поломке замедлители не могли штатно работать в криогенном режиме.

В новой криогенной системе основным оборудованием стали две рефрижераторные установки, уже имеющаяся КГУ 700/15 (производства ОАО "НПО ГЕЛИЙМАШ") и рефрижератор мощностью 1200 Вт при 10 К (производства швейцарской компании Linde AG), криогенный коллектор с блоком холодных вентилей. Коллектор стал центральной композицией всей системы охлаждения, объединив два рефрижератора суммарной мощностью 1900 Вт. С его помощью можно объединять или разделять потоки гелия от рефрижераторов в нужном направлении, обеспечивать работу сразу нескольких направлений одним рефрижератором, регулировать поток холодного гелия, тем самым задавая требуемую температуру в системах замедлителей. Кроме этого, модернизация затронула холодные трубопроводы, и на базе криогенного участка группы № 2 МТО ЛНФ при помощи КБ и ЦОЭП ЛНФ была развернута сборка трубопроводов для системы охлаждения. Особенность трубопроводов криогенной системы комплекса - сложная геометрия трассы (множество поворотов и подъемов), так как она прокладывается с учетом уже имеющейся биологической защиты и физического оборудования. Применение доработанных опор трубопровода, оптимизация вакуумного зазора между рубашкой и внутренним трубопроводом, усилие и количество слоев намотки изоляции, разработанное специальное разъемное криогенное соединение снизили теплоприток до 1,2 Вт/м.

Группа №2: И.В.Суздальцев, В.Г.Графов, С.А.Одиноков, К.А.Мухин, А.Ю.Харитонов, В.А.Скуратов, Е.Г.Милькевич.

Благодаря модернизации удалось снизить температуру в камере замедлителя КЗ 202 с 32 до 22,8 К, а при работе на два замедлителя одновременно с 52 до 22 К в КЗ 202 и с 76 до 22,2 К на полномасштабном стенде КЗ 201, выведя температурный режим в камере КЗ на проектный. Оптимизация параметров работы рефрижераторов и системы охлаждения в целом обеспечила возможность работы в диапазоне температур от 20 до 120 К, позволяя смещать пик спектра нейтронов в коротковолновую или длинноволновую область. В 8-м цикле работы реактора на физический эксперимент эмпирически был уточнен фактор выигрыша в области холодных нейтронов на КЗ 202 в направлении экспериментального пучка №8 при понижении температуры с 32 до 22,8 К, который составил 20 процентов для нейтронов с длиной волны 7 Å. В настоящее время в ОАО "НПО Атом" готов к испытаниям второй замедлитель центрального направления, и весной 2018 года планируется его примерка на штатном месте - рядом с активной зоной реактора. А уже в 2019 году новый замедлитель начнет свою работу на физический эксперимент.

Автор благодарит дирекцию лаборатории за поддержку проекта и поздравляет всех участников группы пуска криогенного замедлителя В.Д.Ананьева, А.А.Белякова, М.В.Булавина, А.Е.Верхоглядова, А.В.Долгих, С.А.Куликова, Е.П.Шабалина, а также все подразделения ЛНФ, занятые в реализации проекта: КБ ЛНФ в лице А.А.Кустова, Н.А.Волкова; А.Н.Кузнецова, М.А.Галкина, Е.В.Хренова (ЦОЭП); В.А.Трепалина, Ю.В.Миронова, А.Н.Туголукова, А.А.Плотникова (ЭТО); М.В.Андрианова (служба СУЗ и КИП ИБР-2); В.А.Скуратова, И.А.Смелянского, В.Ф.Филимонова, И.М.Кондрашова, С.А.Одинокова, Е.Г.Милькевича, В.Г.Графова, И.В.Суздальцева, А.Ю.Харитонова (группа №2 МТО ЛНФ) с успешным завершением первой очереди проекта.

Константин МУХИН,
начальник группы вакуумного и криогенного оборудования реактора ИБР-2