Семинары

Ядерные данные ждут уточнения

2 июля в ЛНФ состоялся семинар Отделения ядерной физики. Очередную научно-популярную лекцию прочитал Иван РУСКОВ (Институт ядерных исследований и ядерной энергетики БАН, ОИЯИ) - "Бериллий: драгоценный чёртов металл".

Докладчик сделал краткий обзор некоторых исследований ядерных реакций бериллия-9 с нейтронами, проведенных в прошлом, а также рассказал о текущих экспериментах и возможных направлениях будущих исследований.

Бериллий - стратегически важный, ценный, имеющий исключительное значение как для понимания процессов образования элементов во Вселенной, так и для применения в современных технологиях. Он в полтора раза легче алюминия, но прочнее специальных сталей; очень твердый, но хрупкий; высокоустойчив к коррозии. В различных формах он широко используется в автомобилестроении, аэрокосмической технике, рентгеновских аппаратах, робототехнике, в ядерных и термоядерных установках и других областях. Основные производители бериллия сегодня - Казахстан, Китай, Россия и США, а Бразилия и Аргентина обладают значительными запасами. Изотоп Be-9 играет решающую роль в замедлении нейтронов, благодаря своему относительно высокому сечению рассеяния нейтронов.

В ядерных реакторах бериллий используется в качестве отражателя нейтронов для увеличения их количества в активной зоне реактора и повышения эффективности его работы. Это позволяет уменьшить размеры активной зоны, что делает бериллий подходящим для малых энергетических ядерных реакторов, применяемых в авиации и судостроении. Однако бериллий является высокотоксичным и опасным для здоровья человека, поэтому не рекомендуется касаться его голыми руками или вдыхать его пыль.

Все свои лекции из серии "Замятнинки" Иван наполняет актуальной информацией не только из области научных исследований. В этот раз он привел пример задачи для 8 класса теоретического тура по химии областной олимпиады 2015 года. В условиях задачи "Металл будущего" говорится: "В 30-х годах ХХ века академик А.Е.Ферсман называл его металлом будущего. Сейчас в ответ на вопрос о практическом применении соединений данного элемента говорят: самолет, вес которого вдвое меньше обычного; ракетное топливо с наивысшим удельным импульсом; пружины, не знающие усталости (способные выдержать 20 млрд циклов нагрузки); этот элемент входит в состав изумрудов".

Прозвучали некоторые новости: 2 июня 2025 года президент США Д.Трамп подписал указы по развитию атомной энергетики, что позволит увеличить ее мощности в четыре раза к 2050 году, начать строительство 10 больших реакторов к 2030 году и перепрофилировать закрытые АЭС под нужды Пентагона. Познакомились мы и с российскими новостями: в настоящее время Россия возрождает на своей территории полный цикл производства бериллия - стратегического металла для ядерной программы будущего. Возобновляется его добыча на уникальном месторождении в Бурятии, где она была свернута в 1987 году. Создается предприятие по переработке бериллия вместо утерянного, после распада СССР, в Казахстане. Разрабатывается проект исследовательского безотходного жидко-солевого реактора, для работы которого потребуется значительное количество бериллийсодержащих материалов.

Элементы из группы Li-Be-B участвуют в реакциях с нейтронами, производя, помимо гелия и трития, также гамма-кванты, которые могут быть зарегистрированы.

А история с бериллием началась с исследований немецкого физика Вальтера Ботэ, который, будучи профессором физики Гисенского университета, вместе с Г.Беккером в 1930 году занимался бомбардировкой бериллия альфа-частицами. Его исследования способствовали открытию Дж.Чедвиком нейтрона. Иван напомнил собравшимся, что 20 августа будет отмечаться 80-летие атомной промышленности России, вспомнил Ю.С.Замятнина - участника Атомного проекта и знаковые фигуры этого проекта - А.Д.Сахарова, Я.Б.Зельдовича. Рассказал он и о шпионской истории в Манхэттенском проекте.

Бериллий использовался в первой версии термоядерного реактора ИТЭР. В 2023 году было принято решение заменить материал брони для первой стенки бланкета ИТЭР с бериллия на вольфрам.

Процитировал докладчик воспоминания ветерана-реакторщика ЛНФ Е.П.Шабалина: "Я не люблю бериллий, потому что в моей практике создания ядерных установок использование этого замечательного во всех отношениях металла (самый легкий, самый прочный и не поглощающий нейтроны) приносило только неудачи". Тем не менее, Евгений Павлович продолжает работать над проектами, использующими бериллий, - в проекте будущего реактора НЕПТУН предусмотрено использование бериллиевых отражателей нейтронов.

Иван поделился новостями NASA, разработавшего и протестировавшего на ядерной сборке в Неваде систему Kilopower, в которой используется отражатель нейтронов из оксида бериллия. Лос-Аламосская национальная лаборатория (LANL) нарастит в ближайшие 50 лет производство плутониевых "питов" для современных американских ядерных боеприпасов и термоядерных "первичных зарядов", в которых используется бериллий.

Докладчик отметил важность ядерных данных, необходимых для лучшего понимания механизмов ядерных реакций с нейтронами и для их успешного использования в нейтронно-ядерной науке и технике. Он акцентировал внимание на ядерных данных по рассеянию нейтронов с энергией 14,1 МэВ на бериллии, поскольку эти данные напрямую влияют на нейтронные характеристики твердотельного бланкета для реактора ИТЭР.

Более точная и детальная информация о ядерных реакциях изотопов бериллия с нейтронами различных энергий повысит качество существующих библиотек с оцененными ядерными данными.

На семинаре по прикладным ядерным данным (WANDA 2025, 13-15 февраля) был представлен доклад о возможности и плане изучения (до 2029 года) реакции ⁹Be(n, 2n) с помощью многодетекторной установки CoGNAC на нейтронном времяпролетном спектрометре LANSCE в LANL.

На заседании Комитета по экспериментам на нейтронном времяпролетном спектрометре n-TOF в ЦЕРН, состоявшемся 8 апреля этого года, было предложено измерить сечении реакций ⁶Li(n, t)α, ⁷Li(n, n't)α и ⁹Be(n, 2n)2α. Точные и надежные экспериментальные ядерные данные для этих реакций имеют большое значение для моделирования бланкетов, предназначенных для воспроизводства трития в некоторых из наиболее перспективных конструкций термоядерных реакторов

В ЛНФ ОИЯИ изучение взаимодействия 14,1-мэвных нейтронов с BeO также планируется в рамках проекта TANGRA.

Докладчик ответил на многочисленные вопросы, которые задали вице-директор ОИЯИ Л.Костов, сотрудники ЛНФ В.И.Фурман, В.Н.Швецов, Ю.Н.Копач, П.В.Седышев и другие.

Ольга ТАРАНТИНА,
коллаж Ивана РУСКОВА