Когда по-настоящему заработает ПИК, в чем его особенности и особенности его научной программы, какие существуют проблемы и как в работе нейтронного реактора намерены участвовать немецкие ученые, читайте в материале Indicator.Ru.

Европейская конференция по рассеянию нейтронов (European Conference on Neuron Scattering, ECNS) — главное событие для сообщества специалистов по нейтронному излучению и его применению во всех областях науки — проходит каждые четыре года и на седьмой раз впервые добралась до России. Одним из важнейших на ECNS, организованной Курчатовским институтом, стал доклад о текущем состоянии исследовательского реактора ПИК.

Часть своей пленарной лекции президент национального исследовательского центра Михаил Ковальчук посвятил месту России в современном европейском ландшафте меганауки. «Мы сегодня стали официальными участниками всех крупнейших проектов: являемся четвертым по количеству акций участником европейского центра синхротронного излучения (ESRF), вторым по вложенным средствам участником европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (XFEL), вторым после Германии участником ускорителя на тяжелых ионах в Дармштадте (FAIR), полноправным партнером в создании ITER (проект международного экспериментального термоядерного реактора, — прим. Indicator.Ru)», — рассказал он. Ковальчук выразил уверенность, что программа по созданию megascience-установок в России будет реализована с учетом всего европейского опыта, а отчасти — и с участием европейских партнеров. В пример он привел Германию, которая уже включается в проект нейтронного реактора ПИК.

Основные параметры исследовательского комплекса в Гатчине были представлены еще в 1968 году Юрием Петровым и Киром Коноплевым (по первым буквам их фамилий реактор и назван), рассказал помощник президента Курчатовского института, член-корреспондент РАН Виктор Аксенов. К этому моменту в СССР уже около 15 лет продолжалась программа строительства исследовательских ядерных реакторов во многих городах от Риги до Ташкента. ПИК был разработан на базе первых реакторов ВВР-М — такие были построены в Ленинграде и в Киеве. Это водо-водяные реакторы, в которых и замедлитель нейтронов, и теплоноситель — обычная вода. С начала 1960-х годов на этих реакторах проводились эксперименты на выведенных нейтронных пучках, а ПИК должен был усилить это направление — работать с большей мощностью, давать более плотный поток нейтронов и обеспечивать работу большего числа экспериментальных станций.

Главная оригинальная часть в конструкции ПИК — тяжеловодный отражатель. Тяжелая вода, в молекулах которой легкий изотоп водорода заменен дейтерием, практически не поглощает нейтроны, что позволяет получить их более плотный поток. Идею, по словам Аксенова, подхватили конструкторы других исследовательских реакторов. Так, она реализована в новом реакторе FRM-II в Технологическом университете Мюнхена. Другие особенности конструкции также рассчитаны на исследовательские задачи. Две гафниевые поглощающие шторки создают ловушку нейтронов прямо в активной зоне: пучки можно выводить не только из отражателя, но и из легководной ловушки по центральному экспериментальному каналу. Большое число каналов (всего вместе с центральным их 22) отводит нейтроны из тяжеловодного отражателя.

Строительство комплекса началось в 1976 году, но еще не было завершено, когда после Чернобыля требования к радиационной безопасности ужесточились. Конструкцию пришлось перепроектировать, а дальше стройка затянулась. К 2009 году был готов первый комплекс, и в 2011 году состоялся физический пуск реактора. После этого Петербургский институт ядерной физики, которому принадлежит реактор, вошел в состав Курчатовского института.

Сегодня комплекс из 28 корпусов достроен и начинается оснащение реактора экспериментальными установками. Осенью 2018 года, рассказал Аксенов, начались пусковые работы — физический пуск на мощности в 100 Вт (на этом этапе тепло отводится от работающего реактора естественным путем), затем выход на мощность 100 кВт (когда уже требуется принудительное охлаждение). Работа реактора на этой мощности позволила провести функциональную проверку работы всех технологических систем — то есть стала энергетическим пуском.

Когда реактор заработает? По словам помощника президента Курчатовского института, следующий выход на мощность до 10 МВт планируется в конце 2019 года. «Умеренный график связан со сложными разрешительными процедурами», — подчеркнул он. На этой мощности реактор будет работать в течение 2020 года, и этот этап тоже будет нужен в основном для проверки технологических систем. По-настоящему ПИК заработает ориентировочно в конце 2021 года. В этом году в реакторе будет заменено ядерное топливо — прежнее было произведено в 1984 году. Кроме того, оно установлено всего в 16 из 18 кассет. Судя по представленной Аксеновым схеме, повышение мощности начнется в 2022 году, а на проектную мощность в 100 МВт реактор выйдет в 2023-м.

Новое топливо, как ожидается, позволит получить поток тепловых (медленных) нейтронов плотностью 5×1015 на см2 в секунду в центральном канале и 1,3×1015на см2 в секунду на поверхности замедлителя. Чтобы подтвердить работоспособность нейтроноотводов, 1 февраля на ПИК провели первый пробный эксперимент с выведенными нейтронами. Для будущих исследователей в комплексе готовы лабораторные помещения и вычислительный центр. Создание приборной базы комплекса продолжается в соответствии с научной программой, разработанной еще в 2014–2015 годах. Ее главные направления достаточно традиционны для нейтронных исследований: с помощью нейтронных пучков будут изучать кристаллическую и магнитную структуру твердого вещества, строение живой материи, а также фундаментальные свойства самого нейтрона. К особенностям программы Аксенов отнес большое внимание к исследованиям поляризованных нейтронов, ориентацию на нано- и биологические системы, использование ультрахолодных нейтронов, а также программу исследований ядерной физики в интересах атомной промышленности и для решения фундаментальных вопросов.

Всего до 2025 года в комплексе будет установлено 50 экспериментальных станций. Ожидается, что первые две из них заработают уже в 2019 году при следующем пуске реактора. При этом пользовательская программа комплекса с самого начала запланирована как международная. Программу исследований на ПИК разрабатывали более 100 экспертов из мировых нейтронных центров. Готовность немецких исследователей к участию в проекте подтвердил член совета директоров Юлихского исследовательского центра Себастьян Шмидт. По его словам, международный центр нейтронных исследований на базе ПИК будет включать, помимо 15 новых российских установок, до 12 экспериментальных станций от немецких партнеров — новых и переданных из Гельмгольц-центра в Гестхахте. Это часть русско-немецкой программы научного сотрудничества на базе ПИЯФ, соглашение по которой, как ожидается, будет подписано до сентября этого года. Если запуск ПИКа пойдет по плану, его международная программа позволит европейским исследователям продолжать нейтронные эксперименты на мощном источнике в тот период, когда реактор в Институте Лауэ-Лангевина во Франции (ILL) будет остановлен, а строящийся сейчас ускоритель ESS в Швеции еще не заработает.

Екатерина Ерохина

Источники

ПИК мощности: когда по-настоящему заработает реактор
Индикатор (indicator.ru), 02/07/2019

Похожие новости

  • 23/09/2019

    В России создали диагностическое оборудование для ITER

    ​Российские ученые разработали диагностическое оборудование для Международного экспериментального ядерного реактора ITER, которое может работать в экстремальных условиях. Это ускорит процесс строительства нового, более экологичного и безопасного источника энергии.
    316
  • 31/01/2018

    Зачем Россия вкладывается в научные мегапроекты

    ​Научный директор Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах European XFEL, профессор Университета ИТМО Сергей Львович Молодцов рассказал РИА Новости, зачем Россия вложила огромные средства в эту установку, и объяснил, почему она способна совершить революцию в биологии, химии и других областях науки и техники уже в ближайшие месяцы и годы.
    870
  • 14/05/2018

    Ученые знают, как заставить проводник из графена лучше работать

    ​Графен – очень хороший проводник и перспективный материал, обладающий необычными свойствами. Сегодня ученые могут изготавливать уникально чистые образцы графена, которые содержат всего несколько примесей, мешающих его работе.
    596
  • 23/09/2019

    Игра российских «-тронов»: построят ли «СКИФ»

    ​Судьба СКИФ под угрозой со стороны проекта Курчатовского института, считают академики Сибирского отделения РАН. На прошлой неделе общее его собрание выразило свою озабоченность в специальной резолюции.
    349
  • 16/09/2016

    Российские ученые создали прибор для измерения длины сгустка частиц в ускорите

    ​Ученые Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН) при поддержке гранта РНФ разработали новое поколение высокоскоростных электронно-оптических приборов для диагностики пучков в ускорителях заряженных частиц - диссектор на основе стрик-камеры.
    2033
  • 27/09/2019

    На коллайдере NICA в Дубне уже через год стартуют эксперименты

    ​​Ускорительный комплекс из разряда mega-science, который создается в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне под аббревиатурой NICA, начнет работу уже в следующем году. А в 2021-м там уже планируют начать полномасштабные научные эксперименты.
    436
  • 02/03/2018

    Первые испытания начались на коллайдере NICA в Дубне

    ​Ученые из США, Тель-Авива, Германии, Франции и России два дня назад начали эксперименты на коллайдере тяжелых ионов NICA в Дубне Московской области. Об этом на пресс-конференции в Новосибирске рассказал директор лаборатории физики высоких энергий Владимир Кекелидзе.
    851
  • 12/06/2019

    Глава ОИЯИ рассказал о значении участия России в ЦЕРН

    Полноправное участие России в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) необходимо для участия отечественных ученых в проектах в области физики высоких энергий и приведет к укреплению позиций российской науки в мире, считает директор Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) академик Виктор Матвеев.
    497
  • 24/10/2019

    Сергей Ревякин: эффективность в цифрах

    Исследовательская работа — часть любого бизнеса, и на каждом этапе исследования различаются и масштабами, и задачами. Но как вычислить эффект, который они производят? О разных видах исследований, типичных проблемах при их проведении и специфике Росатома рассказывает президент корпоративного и правительственного сектора аналитической компании Elsevier в России Сергей Ревякин.
    144
  • 15/08/2019

    Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

    ​Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.
    411