ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ПОДКРИТИЧЕСКИХ ЯДЕРНЫХ УСТАНОВКАХ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Васильев В.В. , Вечтомова И.А. , Орлов А.В. , Шведов О.В.

ГНЦ РФ ИТЭФ, г. Москва


 Одним из путей решения проблемы безопасности ядерной установки является переход к подкритическим ядерным системам, в которых цепная реакция деления не является самоподдерживающейся. Электроядерный генератор нейтронов (ЭГН) ИТЭФ является комбинацией ускорителя протонов, мишени и окружающего мишень размножающего тяжеловодного бланкета. Первичные нейтроны рождаются при взаимодействии заряженных ускоренных частиц с веществом мишени, а мощность сборки определяется током пучка частиц драйвера, выходом нейтронов из мишени и эффективным коэффициентом размножения бланкета. С отключением пучка драйвера реакция деления ядерного топлива прекращается. Имеющиеся в отражателе тяжеловодного бланкета каналы для размещения экспериментальных устройств и облучения образцов позволяют использовать ЭГН как в прикладных целях, так и в фундаментальных исследованиях.

Настоящий доклад рассматривает проект криогенератора холодных и ультрахолодных нейтронов (УХН), обеспечивающий максимальные экспериментальные возможности с точки зрения использования подкритической сборки малой мощности (~ 100 кВт). При невысоком потоке нейтронов в области экспериментальных каналов имеет смысл использовать сверхтекучий Не-4 как наиболее эффективный источник холодных и ультрахолодных нейтронов. Криогенератор УХН состоит из размещенного непосредственно в отражателе бланкета сосуда-ловушки с жидким гелием и нейтроновода, транспортирующего УХН к экспериментальной установке. Жизнеспособность такой установки определяется возможностью термической стабилизации жидкого гелия в условиях размножающей ядерной сборки. Разработанный для ЭГН ИТЭФ криостат, в котором применяется метод откачки паров гелия-4 в криогенном регенеративном цикле, позволяет решить проблему получения криогенной мощности 1 Вт на температурном уровне в ловушке УХН 1 К. Значения потоков нейтронов и тепловыделения в элементах конструкции, использованные для расчета теплопритоков к сверхтекучему гелию, получены методом математического моделирования. При потоке нейтронов в области канала ГУН порядка 1011-1012 н см-2с-1 плотность УХН в ловушке не менее 103 н см-3. Так как при выводе за пределы защиты бланкета теряется до 80% накопленных в ловушке нейтронов, целесообразно разместить экспериментальное устройство, использующее нейтроны, в непосредственной близости от ловушки УХН.

Проект электроядерной установки на базе выведенного из эксплуатации тяжеловодного реактора ИТЭФ, обеспечивающий перспективу как в прикладных, так и в фундаментальных исследованиях, не требует грандиозных капитальных вложений, поскольку предполагает использование существующих помещений, оборудования и системы радиационной защиты. ЭГН позволит продолжить нейтронно-физические исследования, сохранить экспериментальную базу ядерной и реакторной физики в ИТЭФ и обеспечить безопасность эксплуатации ядерной установки.