Семинары

Вспоминая историю, думая о будущем

22 июня в переполненном конференц-зале Лаборатории нейтронной физики в теплой и дружественной атмосфере прошел лабораторный семинар, посвященный 75-летию В.Л.Аксенова. С докладами выступили сам юбиляр, Ю.Н.Покотиловский и Е.П.Шабалин. Поздравления прозвучали и на семинаре днем раньше, когда в лаборатории выступал А.Ф.Губкин - президент Российского нейтронографического общества (РНО) из Института реакторных материалов Росатома (г. Заречный). Он напомнил, что В.Л.Аксенов стоял у истоков РНО, был его первым президентом.

Открывая семинар, директор ЛНФ В.Н.Швецов назвал его историческим, поскольку он посвящен будущей истории - "истории пульсирующих реакторов, спроецированной на 20 лет вперед. И человек, которому этот семинар посвящен, активно участвует в этой деятельности". От имени дирекции ОИЯИ В.Л.Аксенова поздравил вице-директор Л.Костов. Трудовая деятельность юбиляра в Объединенном институте началась в 1973 году, и все эти годы была и остается активной и очень успешной. Его вклад в развитие лаборатории и международных связей Института сотрудникам лаборатории хорошо известен. "Это талантливый человек. Я познакомился с ним 25 лет назад, когда впервые побывал в ЛНФ в качестве Полномочного представителя правительства Болгарии в ОИЯИ. Ясность его мышления, его обаяние оставили неизгладимое впечатление, и таким он остается для меня до сих пор".

- Мне кажется исключительной удачей, - продолжил семинар В.Н.Швецов, - что Виктор Лазаревич возглавил лабораторию в непростое время в начале 1990-х. Он организовал подготовку специалистов для ЛНФ, значительная часть сотрудников Отдела физики конденсированных сред - выпускники его кафедр в МИФИ и МГУ. При его непосредственном участии была организована программа исследований высокотемпературной сверхпроводимости, придавшая импульс развития реактору ИБР-2. Модернизация реактора - сложнейшая и длительная процедура, начавшаяся в 1990-е, и потребовавшая колоссальной работы с организациями Росатома. Самое главное - был решен вопрос с изготовлением на предприятиях Росатома топливных элементов активной зоны реактора.

- Реактор ИБР-2 действительно выдающийся, не в нашей аудитории об этом рассказывать, - начал В.Л.Аксенов свой доклад "О научной программе для реактора НЕПТУН" (второе название: "Есть ли будущее у пульсирующих реакторов?"), - но он имеет два ограничения при использовании. Первое - недостаточно высокая для фундаментальной и ядерной физики средняя плотность потока нейтронов, что определяется средней мощностью. Второе - после достижения определенного выгорания топлива появляются колебательные неустойчивости импульсов мощности. В случае модернизированного ИБР-2 это не несет опасности, сектор ядерной безопасности и персонал реактора успешно справляется с этим, но с течением времени мощность приходится снижать, соответственно и уменьшаются возможности для исследований. Е.П.Шабалин предложил такую конструкцию для реактора НЕПТУН, которая позволит устранить оба ограничения: поднять больше чем на порядок поток нейтронов, увеличив среднюю мощность, и подавить колебательные неустойчивости. Причем, это возможно только с использованием нового топлива на основе изотопа нептуния-237. Только в этом случае пульсирующие реакторы будут иметь перспективы развития, на основе плутония они достигли своего предела. Это вопрос престижа. Пульсирующие реакторы родились и развивались здесь, в Дубне, это наше достояние. Сегодня мы имеем возможность выйти на принципиально новый уровень исследований с использованием нейтронов.

Проект НЕПТУН вызвал большой интерес в Росатоме, поскольку уже 30-40 лет в стране не было новых проектов реакторов, а нептуний как материал для ядерных устройств обсуждается довольно давно, и появляется хороший повод для начала работ с новым материалом в гражданской сфере. Поддержкой проекта на декабрьском 2019 года совместном с дирекцией ОИЯИ заседании президиума НТС Росатома и включением его в стратегический план развития ОИЯИ до 2030 года и далее завершен подготовительный этап. Сегодня для реализации проекта нового реактора, для получения финансового обеспечения нужно весомое научное обоснование.

- Общие контуры научной программы для реактора НЕПТУН были представлены в моем докладе на сессии ПКК по ФКС в январе 2017 года, - продолжил В.Л.Аксенов. - К сожалению, до сегодняшнего дня у нас нет существенного продвижения в написании Технического предложения проекта (Conceptual Design Report), с которого начинается хождение по кабинетам. Важно и то, что научная программа и концепт соответствующего комплекса спектрометров, составляющие существенную часть CDR, должны учитываться при проектировании реакторной установки. Собственно, этими обстоятельствами и обусловлен данный семинар, чтобы еще раз обратить внимание на основные моменты необходимого нам документа.

Первое, на что докладчик обратил внимание, - это фундаментальная и ядерная физика, с которой дела в ЛНФ сегодня обстоят гораздо хуже, чем с физикой конденсированных сред. Для обоснования научной программы нужны весомые и крупные проекты экспериментальных комплексов, типа создаваемых на реакторе ПИК в ПИЯФ НИЦ КИ (Гатчина) и на ESS в Швеции. Например, ультрахолодные нейтроны (УХН) были открыты в Дубне, но физики ЛНФ делают эксперименты с ними по всему миру, кроме Дубны. Есть интересные наработки по созданию эффективно отражающих поверхностей (Е.В.Лычагин и др.) и по временной фокусировке нейтронного пучка (А.И.Франк с сотрудниками). Все это может служить основанием для предложения масштабного проекта Фабрики очень холодных и ультрахолодных нейтронов.

- Кроме этого, я постоянно пропагандирую создание на реакторе НЕПТУН Фабрики нейтрон-избыточных нуклидов для ядерной физики и астрофизики, - заметил докладчик. - Это пересекается с исследованиями ЛЯР, но научная программа ЛНФ и должна быть частью общеинститутской научной программы. Так обстояли дела и с программой по высокотемпературной сверхпроводимости, в которую были вовлечены все лаборатории ОИЯИ. И теперь нейтроны смогут внести весомый вклад в общую картину.

В исследованиях конденсированного состояния вещества стратегия простая, подчеркнул В.Л.Аксенов, - готовить инфраструктуру для новых вызовов, поскольку в этой, безграничной по потенциально новым явлениям, области предсказать появление эпохальных открытий просто невозможно. Можно только угадывать тенденции. Именно так, с подачи коллег из Гатчины, мы создали фурье-дифрактометр высокого разрешения, а он вывел структурные исследования на ИБР-2 на самый высокий современный уровень. В рамках этой стратегии надо следовать такой тактике: делать то, что недоступно другим. В ЛНФ есть целый ряд начатых и до конца не реализованных пионерских проектов. Например, дифракция в реальном времени или в сильных импульсных полях, рефлектометрия с ларморовской прецессией, а также с очень холодными нейтронами и другое. Все это будет возможно на реакторе НЕПТУН.

Особый акцент в научной программе должен быть на запросы Росатома, от которого в конце концов зависит судьба нового реактора. Опыт у нас в этом тоже есть, и эти запросы вполне вписываются в наши интересы.

Совершенно отсутствуют обсуждения и привлечение к составлению научной программы стран-участниц, хотя пользователи всегда были нашим козырем.

А с ИБР-2 нам надо психологически перестроиться. До сих пор мы нещадно эксплуатировали эту машину, а ее надо беречь, тогда, возможно, доживем до нового реактора. ИБР-2 надо использовать и для реакторных испытаний для проверки теории реактора НЕПТУН.

Завершая свой доклад, Виктор Лазаревич заметил: "Я уверен, что у пульсирующих реакторов будущее есть и новый реактор будет создан. Надеюсь, что это состоится в Дубне, что по силам и нашему замечательному коллективу и в целом ОИЯИ".

Свой доклад "О фундаментальных исследованиях на реакторе НЕПТУН" Ю.Н.Покотиловский начал с замечания, что предсказать, какие фундаментальные исследования будут проводиться на будущем реакторе, невозможно. "Я сделаю обзор того, что сегодня на повестке дня, какие эксперименты с нейтронами дают вклад в фундаментальные взаимодействия". Первым он назвал исследование осцилляции нейтрон - антинейтрон. Вторым - непреходящий эксперимент по поиску электрического дипольного момента нейтрона. Эти исследования начались очень давно. Сейчас их продолжают в Гатчине и нескольких лабораториях Германии, Франции, Швейцарии, США, Канады и Японии. Для того, чтобы включиться в этот эксперимент на реакторе НЕПТУН, нужен источник УХН. Как физика УХН будет развиваться в России - представить сложно, заметил докладчик, будем надеяться, что на реакторе НЕПТУН построят источник УХН. Третье - измерение времени жизни нейтрона. Наша лаборатория внесла значительный вклад в эту работу, но требуются более мощные источники УХН. Четвертый - эксперимент по определению угловых корреляций в распаде нейтрона. Такие исследования будут продолжаться еще необозримое время, поскольку это очень важный барионный эксперимент.

А еще есть длинный список нестандартных экспериментов, например, по определению проявлений темной энергии и темной материи в нейтронном эксперименте. Многие из них можно будет сделать на реакторе НЕПТУН, необходимо создавать соответствующую экспериментальную школу.

Доклад Е.П.Шабалина "О динамике пульсирующих реакторов" имел второе название "Диалектика познания истины на своих ошибках (1956-2022)". Действительно, сотрудники ЛНФ не имели чужого опыта при создании пульсирующих реакторов (ПР), поэтому учились на своих ошибках. Евгений Павлович вспомнил авторов первой теории ПР И.И.Бондаренко и Ю.Я.Стависского, главных людей для их становления - Д.И.Блохинцева и Ф.Л.Шапиро. "Ошибки всегда провоцируют истину, анализ ошибок - путь к открытиям", - провозгласил докладчик и в доказательство этого утверждения привел список ошибок, допущенных на первом ИБРе, и результатов их устранения.

В последнее время наибольшее внимание было привлечено к проблеме колебательной неустойчивости импульсов мощности, которая вынуждает снижать мощность реактора в процессе эксплуатации, - отметил Е.П.Шабалин. - В реакторе ИБР-2 эта ситуация началась примерно через 15 лет после физического пуска, а в модернизированном ИБР-2 уже через 7 лет. В динамике ПР проявляются свойства дискретных систем вследствие периодических коротких импульсов мощности. В равновесном (установившемся) режиме работы ПР наличие колебательных процессов с периодом, кратным периоду пульсаций, является характерным его свойством. Режим автоколебаний может быть как квазипериодическим, так и неустановившимся. В таком случае говорят об импульсной неустойчивости, в отличие от асимптотической неустойчивости, когда рост амплитуды импульсов мощности монотонный. Такое поведение ПР можно объяснить явлением динамического изгиба тепловыделяющих элементов, которое было открыто при разработке концептуального проекта реактора НЕПТУН. Мы полагаем, что это явление лежит в основе колебательной неустойчивости ПР и учет его при проектировании активной зоны реактора НЕПТУН поможет решить основную проблему ПР, приводящую к ограничению мощности.

После аварии 1972 года на ИБР-30 Н.Н.Боголюбов был настроен против реакторов, но И.М.Франк сумел ему доказать, что аварии не было. Тем самым он спас реактор и ЛНФ. Позже Николай Николаевич и направил одного из своих учеников в лабораторию. Виктор Лазаревич появился в ЛНФ в очень важный момент - когда шло освоение реактора ИБР-2. Затем, в тяжелые 1990-е, он сумел организовать достойную зарплату сменному персоналу ИБР-2, когда ситуация балансировала на грани забастовки. Отметил докладчик роль юбиляра в модернизации ИБР-2, его огромный вклад в создание реактора ПИК в Гатчине. Этот реактор был задуман еще в 1960-х годах, но строился очень медленно. В 1990-х все остановилось и только с 2010 года после присоединения ПИЯФ к НИЦ КИ началось реальное движение. После назначения В.Л.Аксенова директором ПИЯФ НИЦ КИ за четыре года сооружение реакторного комплекса было завершено.

Доклад Евгения Павловича сопровождался историческими фотографиями из жизни ЛНФ и юбиляра. А финальным слайдом доклада был такой: "Конец? Еще предстоит кое-что сделать..."

Ольга ТАРАНТИНА,
фото Елены ПУЗЫНИНОЙ