The object of research, development or design (in Russian) : Концепция источника ультрахолодных нейтронов (УХН)

The object of research, development or design (in Kazakh) : Ультрасуық нейтрондар (УСН) көзінің тұжырымдамасы

Aim of work (in Russian) : Основной целью проекта является разработка концепции источника УХН на основе сверхтекучего гелия внутри тепловой колонны единственного в Республике Казахстан многоцелевого стационарного исследовательского реактора ВВР-К.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның негізгі мақсаты Қазақстан Республикасындағы жалғыз көп мақсатты ССР-Қ стационарлық зерттеу реакторының жылу бағанының ішінде аса сұйық гелий негізінде УСН көзінің тұжырымдамасын әзірлеу болып табылады.

Методы исследования (на русском) : Разработка концепции источника УХН на реакторе ВВР-К будет проводиться при помощи программного комплекса САПР SolidWorks с учетом конструкционных особенностей реактора ВВР-К. Нейтронно-физические расчеты будут проводиться с помощью программного средства MCNP6, в котором моделирование взаимодействия излучения с веществом основано на методе Монте-Карло. Теплофизические расчеты будут проводиться с помощью программного комплекса Ansys (и/или Comsol), где моделирование течения жидкостей и газов осуществляется с учетом турбулентности, теплообмена и химических реакций. Расчеты будут проведены с помощью таких общепризнанных программных средств как MCNP6, Comsol, Ansys, SolidWorks.

Методы исследования (на казахском) : ССР-Қ реакторындағы УСН көзінің тұжырымдамасын әзірлеу ССР-Қ реакторының конструкциялық ерекшеліктерін ескере отырып, SolidWorks САПР бағдарламалық кешені арқылы жүзеге асырылады. Нейтрон-физикалық есептеулер радиацияның затпен өзара әрекеттесуін модельдеу Монте-Карло әдісіне негізделген MCNP6 бағдарламасы арқылы жүргізіледі. Жылу-физикалық есептеулер сұйықтар мен газдардың ағысын турбуленттілік, жылу алмасу және химиялық реакцияларды ескере отырып модельдейтін Ansys (және/немесе Comsol) бағдарламалық кешені арқылы орындалады. Есептеулер MCNP6, Comsol, Ansys, SolidWorks сияқты жалпыға танымал бағдарламалық құралдар көмегімен жүзеге асырылады.

Obtained results and novelty (in Russian) : Исследования показали, что добавление дискового замедлителя (диаметром 1000 мм) не увеличивает плотность потока нейтронов, поскольку водяной слой между реактором и нишей уже обеспечивает оптимальные условия. Графитовый отражатель с полостью эффективно повышает плотность потока нейтронов. Для генерации холодных нейтронов необходим предзамедлитель, работающий при температуре около 20 К с использованием жидкого водорода или дейтерия, причем жидкий водород, обладая высокой замедляющей способностью, ограничен в больших объемах из-за высокого сечения поглощения. Температура сверхтекучего гелия должна поддерживаться в пределах 0.8–1.25 К, что требует минимизации тепловой нагрузки, источниками которой являются внешнее излучение быстрых нейтронов и гамма-квантов, а также внутренний захват нейтронов конструкционными материалами. Общая тепловая нагрузка на источник УХН от реактора составляет около 10.5 Вт, где большая часть тепла поступает от гамма-квантов и бета частиц от конструкционных материалов. Для снижения внутреннего энерговыделения и поддержания теплового баланса предлагается использование в качестве конструкционного материала бериллия или алюминиево-бериллиевого композита с содержанием 70% бериллия.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Зерттеулер көрсеткендей, диаметрі 1000 мм болатын диск тәрізді баяулатқышты қосу нейтрондар ағынының тығыздығын арттырмайды, өйткені реактор мен текше арасындағы су қабаты оңтайлы жағдайларды қамтамасыз етеді. Қуысы бар графиттік шағылдырғыш нейтрондар ағынының тығыздығын тиімді арттырады. Суық нейтрондарды генерациялау үшін шамамен 20 К температурада жұмыс істейтін, сұйық сутегі немесе дейтерийді пайдаланатын алдын ала баяулатқыш қажет; сұйық сутегі жоғары баяулатқыш қабілетке ие, бірақ оның жоғары жұтылу қимасы үлкен көлемдерде қолдануды шектейді. Сұйық гелий температурасы 0.8–1.25 К аралығында сақталуы керек, бұл жылу жүктемесін азайтуды талап етеді; жылу жүктемесі сыртқы жылдам нейтрондар мен гамма-кванттардың, сондай-ақ конструкциялық материалдардың нейтрондарды жұтуына байланысты. Реактордан УСН көзіне келетін жалпы жылу жүктемесі шамамен 10.5 Вт құрайды, оның көп бөлігі гамма-кванттар мен конструкциялық материалдардан шығатын бета-бөлшектерге тиесілі. Ішкі энергия бөлуді азайту және жылу балансын сақтау үшін конструкциялық материал ретінде бериллий немесе 70% бериллийден тұратын алюминий-бериллий композитін қолдану ұсынылады.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Основные конструктивные и технико-экономические показатели источника ультрахолодных нейтронов (УХН) включают оптимизацию замедлителей и отражателей для достижения высокой плотности нейтронного потока: добавление дискового замедлителя (диаметр 1000 мм) неэффективно, так как водяной слой между реактором и нишей уже создает оптимальные условия, в то время как графитовый отражатель с полостью значительно увеличивает плотность потока. Для генерации холодных нейтронов необходим предзамедлитель при температуре около 20 К с использованием жидкого водорода или дейтерия; жидкий водород обладает высокой замедляющей способностью, но его применение ограничено из-за высокого сечения поглощения в больших объемах. Температура сверхтекучего гелия поддерживается на уровне 0.8–1.25 К, что требует минимизации тепловой нагрузки, основные источники которой — гамма-кванты и бета-частицы от конструкционных материалов, с общей нагрузкой от реактора около 10.5 Вт. Для снижения внутреннего энерговыделения и сохранения теплового баланса предлагается использование бериллия или алюминиево-бериллиевого композита с содержанием 70% бериллия в качестве конструкционного материала.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Ультрасуық нейтрондар (УСН) көзіне арналған негізгі конструктивтік және технико-экономикалық көрсеткіштер нейтрон ағынының жоғары тығыздығына қол жеткізу үшін баяулатқыштар мен шағылдырғыштарды оңтайландыруды қамтиды: дискі тәрізді баяулатқышты (диаметрі 1000 мм) қосу тиімсіз, себебі реактор мен текше арасындағы су қабаты оңтайлы жағдайларды қамтамасыз етеді, ал қуысы бар графиттік шағылдырғыш ағын тығыздығын айтарлықтай арттырады. Суық нейтрондарды генерациялау үшін шамамен 20 К температурада жұмыс істейтін, сұйық сутегі немесе дейтерий қолданылатын алдын ала баяулатқыш қажет; сұйық сутегі үлкен баяулатқыш қабілетке ие, бірақ оның үлкен көлемдерде қолданылуы жоғары жұтылу қимасына байланысты шектеулі. Сұйық гелий температурасы 0.8–1.25 К деңгейінде сақталады, бұл жылу жүктемесін азайтуды талап етеді, негізгі жүктеме көздері — гамма-кванттар мен конструкциялық материалдардан шығатын бета-бөлшектер, ал реактордан келетін жалпы жүктеме шамамен 10.5 Вт құрайды. Ішкі энергия бөлуді азайту және жылу балансын сақтау үшін конструкциялық материал ретінде 70% бериллийден тұратын алюминий-бериллий композитін немесе бериллийдің өзін қолдану ұсынылады.

Level of implementation (in Russian) : Доложены на международных конференциях и workshop

Level of implementation (in Kazakh) : Халықаралық конференциялар мен workshop баяндалыды

Efficiency (in Russian) :

Efficiency (in Kazakh) :

Field of application (in Russian) : Для дальнейшего проектирования и создания высокоинтенсивного источника УХН на основе сверхтекучего гелия в тепловой колонне реактора ВВР-К

Field of application (in Kazakh) : ССР-Қ реакторының жылу бағанындағы аса сұйық гелий негізінде жоғары қарқынды УСН көзін одан әрі жобалау және құру үшін