Экспериментальное определение скоростей реакций и расчетное моделирование облучения толстой свинцовой мишени протонами до 800 МэВ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Титаренко, Алексей Юрьевич

• Титаренко, Алексей Юрьевич
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Титаренко, Алексей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ПРОЕКТОВ ЭЛЕКТРОЯДЕРНЫХ УСТАНОВОК.

1.1. Материалы, используемые в мишенных станциях ЭлЯУ.

1.2. Анализ ядерных данных по материалам нейтронно-образующих мишеней и экспериментальных образцов, используемых для определения их параметров.

2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ РЕАКЦИЙ ОБРАЗОВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ПРОДУКТОВ ПРОТОННЫХ РЕАКЦИЙ.

2.1. Методика определения скоростей реакций.

2.2. Оценка погрешностей измерений скоростей реакций.

2.3. Выводы по разделу 2.

3. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

3.1. Внешний вывод протонного пучка и определение энергии протонов.

3.2. Модель свинцовой мишени.

3.3. Экспериментальные образцы.

3.4. Облучение модели свинцовой мишени.

3.5.Гамма-спектрометрический анализ облученных образцов.

3.6. Мониторирование протонного пучка.

3.7. Определение мощности и геометрических параметров протонного пучка.

3.8. Выводы по разделу 3.

4. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТЕЙ РЕАКЦИЙ.

4.1. Распределения скоростей реакций нуклидов внутри свинцовой мишени.

4.1.1. Скорости реакций на 27Al, 59Со, natPb.

4.2. Распределения скоростей реакций нуклидов на поверхности свинцовой мишени.

4.2.1. Скорости реакций на 27Al,natIn, 181Та, 197Au,natPb,209Bi.

4.2.2. Скорости реакций на 12С, 19F, 59Со, 63Cu, 65Cu, 64Zn, 93Nb,169Tm.

4.3. Выводы по разделу 4.

5. РАСЧЕТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

РЕЗУЛЬТАТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИШЕНИ.

5.1. Расчетное моделирование измеренных скоростей реакций.

5.2. Определение потоков нейтронов и протонов на внешней поверхности и внутри мишени.

5.3. Оценка активности мишени.

5.4. Выводы по разделу 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное определение скоростей реакций и расчетное моделирование облучения толстой свинцовой мишени протонами до 800 МэВ»

Явление генерации большого количества- нейтронов, при облучении висмута дейтонамис энергией 200МэВ, было открыто Р. Гоеккерманом и И. Перлманом в 1948 г. и независимо, но немного позже, П. О'Конором и Г. Си-боргом, при облучении урана се-частицами с энергией 380 МэВ, в том же 1948 г [1,2]. Эти работы и послужили базой для создания различных проектов по использованию этого явления на первом этапе, который фактически продолжался до 90-х годов прошлого века. Достаточно подробное описание проектов того периода приводится' в работах [3,4,5]. Цели этих проектов коммерческое производство " Ри и U. Экспериментальные исследования, связанные с этой тематикой (называемой электроядерным бридингом), проводились в США (Ливермор, Ок-Ридж), Канаде (Чак-Ривер) и в России (ОИ-ЯИ) [4,5,6,7,8].

Достижения теории и практики в области физики ускорителей, наиболее известным из которых является открытое в 1956-1967 гг. В.В. Владимирским, И.М. Капчинским и В.А. Тепляковым явление пространственно-однородной высокочастотной квадрупольной фокусировки пучков, дали возможность перейти к созданию современных сильноточных ускорителей протонов и ионов, необходимых для практической реализации этого явления [9]:

В начале 90-х годов прошлого века, по инициативе нобелевского лауреата К.Руббиа, наступил второй этап развития этой тематики, однако ее направленность трансформировалась [10,11]. Вместо электроядерного бри-динга, в первую очередь, стали рассматривать задачу выжигания ядерных отходов и минорных актинидов, накопление которых могло повлиять на темпы развития ядерной энергетики во всем мире.

В настоящее время на базе сильноточных ускорителей проектируются и создаются ядерные установки двух типов. К первым относятся установки типа «спаляционный нейтронный источник, СНеИ», назначение которых -обеспечить прогресс в области фундаментальной и прикладной физики, материаловедения, биологии и т.д. [12,13,14], а ко вторым - «электроядерные установки, ЭлЯУ», которые предназначены, в первую очередь, для трансмутации ядерных отходов, образующихся в результате эксплуатации1 традиционных ядерных реакторов, и, возможно, производства электроэнергии [15,16,17].

Конструктивные отличия установок первого типа от второго обусловлены их целевым назначением. Если СНеИ - это мишенный узел, бомбардируемый протонным пучком с энергией ~ (1 — 2) ГэВ сильноточного линейного ускорителя, а нейтроны, образующиеся в результате адрон-ядерных реакций (расщепления, деления, фрагментации) распределяются и доставляются к научным установкам, то в ЭлЯУ созданный мишенный узел генерирующей нейтроны окружается подкритическим бланкетом с радиоактивными отходами. Рожденные в мишенном узле нейтроны умножаются в подкритическом бланкете с коэффициентом кумн ~кЭфф/(1-кэфф) и в ходе (n,f)-, (n/y)-, (п,хп)-, (п,р)- или (п,се )-реакций радиоактивные отходы (минорные актиниды: Np, Am, Cm) переходят в короткоживущие продукты ядерных реакций. Собственно, этот процесс и называется ядерной трансмутацией.

Отметим, что для трансмутации ядерных отходов, кроме ЭлЯУ, могут быть использованы и другие типы ядерных установок, но, обязательно, с избыточным балансом нейтронов. Наиболее перспективные из них это быстрые реакторы и термоядерные установки на основе (D-T), (D-D) синтеза [16,18,19,20]. Избыточный нейтронный баланс или нейтронный избыток -это число нейтронов, остающееся неиспользованным в ходе работы ядерной установки в стационарном режиме, и который используется на трансмутацию РАО. Из-за незначительной величины этого параметра установки на базе мюонно-каталитического синтеза, D-Li источника и D-D накопительного кольца не рассматриваются, так как, по этой причине, они могут быть использованы для трансмутации только с предварительно изотопно разделенными РАО, что обуславливает дополнительные технологические проблемы

21]. Установки на основе (D-T), (D-D)-синтеза, имеющие максимальный избыток нейтронов; находятся1 на стадии, концептуального проектирования. И только быстрые реакторы, технология0 которых развивалась параллельно с тепловыми реактрами, могут быть использованы для целей трансмутации РАО в ближайшее время. При этом надо иметь в виду, что в стандартном бридерном режиме (с полным воспроизводством ядерного топлива) быстрые реакторы тоже имеют незначительный избыток нейтронов, что накладывает требования трансмутации изотопно разделенных РАО. Поэтому необходимо создание или специализированных быстрых реакторов - «выжигателей» (ре-акторов-бернеров) или разработку специальных режимов в существующих проектах, совмещающих режимы наработки нового ядерного топлива в сокращенном объеме и трансмутацию < заданного количества РАО. При этом проблема недостаточной точности ядерных данных минорных актинидов становится весьма значимой для быстрых реакторов-«выжигателей», но эта проблема отсутствует при использовании ЭлЯУ для трансмутации РАО - в первую очередь за счет глубокой подкритичности бланкета (кЭфф=0.95), что делает невозможным развития разгонных аварий. [17,22,23].

Концепции ядерной энергетики-, развиваемые в последние годы, уделяют основное внимание проблеме замыкания ядерного топливного цикла. Поэтому в ряде из них, дополнительно к быстрым реакторам, предусматривается создание ЭлЯУ, обладающих, как вытекает из вышесказанного, повышенной внутренней ядерной безопасностью. Это определяет возможность переработки значительных количеств РАО. [24,25]. Отметим, что кроме концепции ЭлЯУ, основанной на использовании спаляционного нейтронного источника, рассматриваются также варианты ЭлЯУ с нейтронным источником на основе (7,п)- реакций, на базе электронных ускорителей и их сопряжения с подкри-тическим бланкетом [26].

В концепции ЭлЯУ, основанной на использовании спаляционного нейтронного источника, роль внешнего источника нейтронов выполняет специальное устройство — мишенный узел. Функционально он состоит из нейтрон-но-образующей мишени, назначение которой — взаимодействие с протонным пучком сильноточного ускорителя^ и генерация нейтронов адрон-ядерного каскада; элементов конструкции; элементов, предназначенных для теплосъе-ма энергии, выделяемой в мишенигпри взаимодействии с протонным пучком.

Появление в ядерных установках мишенного узла ставит задачу обеспечения требуемых нейтронно-физических параметров. Некоторые из этих параметров непосредственно влияют на ядерно-физические характеристики бланкета - интегральный выход нейтронов из мишени и их спектр, а другие — на ядерно-физические характеристики мишени, а именно: энерговыделение; радиационную стойкость (максимально возможные радиационные повреждения); образование остаточных ядер-продуктов, в том числе: а-активных; газообразных; отравляющих (обладающих большими сечениями захвата нейтронов) и долгоживущих (определяющих полную активность мишенной станции, которые в свою очередь также должны подвергнуться трансмутации) [27,28,29].

В мировой практике эти задачи решаются с помощью высокоэнергетических транспортных программ (ВЭТ-программ): MCNPX, FLUKA, LAHET, MARS, SHIELD, CASCADE и их модификаций [30,31,32,33,34,35]. Существенное расширение энергетического диапазона нейтронов вплоть до энергии протонного пучка (единицы ГэВ, что на два порядка выше верхней границы реакторного диапазона энергий), и, как следствие, использование в этих программных комплексах ядерных моделей для расчета сечений большого количества возможных реакций, обуславливает проведение бенчмарк-экспериментов для сравнения достигнутой и требуемой точности расчета параметров ЭлЯУ [36,37].

При этом под бенчмарк-экспериментами понимаются эксперименты, в которых, кроме результатов измерений и их погрешностей, приводится спецификация с подробным описанием:

• данных по составу;

• геометрии;

• измерительных приборов и их метрологического обеспечения;

• используемых методик измерений.

Назначение спецификации - возможность создания на ее основе математической модели, необходимой для моделирования выполненных экспериментов с использованием программ на основе метода Монте-Карло.

В декабре 2005 в МАГАТЭ был создан специальный Координационный Исследовательский Проект (Coordinate Reserch Project - CRP) «Анализ численных и экспериментальных бенчмарков для электроядерных установок» [38]. Участниками этого проекта стали 27 институтов из 18 стран, членов МАГАТЭ, и две международные организации.

Основная задача CRP — деятельность в направлении концентрации усилий стран МАГАТЭ по созданию ЭлЯУ и обеспечение информационного обмена в рамках созданной исследовательской коллаборации.

В соответствии с задачами выделены три основных группы бенчмарк-экспериментов, которые сформировали базу данных CRP:

• эксперименты с моделями бланкетов ЭлЯУ разного типа;

• эксперименты по контролю подкритичности бланкетов;

• эксперименты с моделями нейтронно-образущих мишеней.

Настоящая работа в основном посвящена исследованию физических и инженерных проблем, связанных с последней задачей.

В базу данных CRP включены три таких эксперимента. Первый из них - бенчмарк-эксперимент, выполненный в Университете Науки и Технологии, AGH (г. Краков, Польша). Его цель - облучение модели свинцовой мишени, которая представляла собой разборный цилиндр диаметром 80 мм и длиной 308 мм. Задача эксперимента - определение аксиального распределения активности долгоживущих изотопов, образовавшихся в мишени в результате ее облучения. Облучение мишени протонами энергией 660 МэВ проводилось на синхротроне ОИЯИ (г. Дубна). Время облучения составляло 530 минут. Общее число протонов - 2.6-1014. После облучения измерялся спад активности 28-ми ядер (продуктов реакций) [39,40].

Второй бенчмарк-эксперимент, выполнен в ФГУП ГНЦ РФ «Институт теоретической и экспериментальной физики» (Москва, Россия). Его цель — проверка возможности выравнивания пространственного распределения нейтронных полей при облучении «длинной» цилиндрической модели' W-Na мишени ЭлЯУ диаметром 150 мм и длиной 907 мм, с заранее рассчитанными геометрическими характеристиками W и Na дисков1.

После ее облучения на выведенном пучке ускорителя ИТЭФ У-10 протонами с энергией 0.8 ГэВ были определены абсолютные значения скоростей реакций на 12-ти нуклидах (экспериментальные образцы, которые размещались как на поверхности, так и внутри мишени). Результаты эксперимента сравнены с расчетными значениями скоростей реакций, полученных с использованием программы LAHET и базы ядерных данных MENDL2 и MENDL2P [41,42,43,44].

Выбранная энергия протонов была ниже оптимальной энергии ЭлЯУ. Однако, во-первых, толщина W дисков (380 мм) должна обеспечить полное поглощение энергии протонного пучка, что и достигается для данной энергии протонов, а, во-вторых, она ближе к энергии протонов в пилотных установках ЭлЯУ, которые проектируются с использованием реально существующих ускорителей.

Третий бенчмарк - эксперимент также выполнен в ФГУП ГНЦ РФ «Институт теоретической и экспериментальной физики». Его цель - облучение модели свинцовой нейтронно-образующей мишени ЭлЯУ диаметром 150 мм и длиной 920 мм протонами энергией 0.8 ГэВ [45,46,47,48].

1 Кроме CRP, данный эксперимент включен в базу данных SINBAD, OECD, Париж [43].

Обоснование, описание и> постановка этого эксперимента, обработка и интерпретация его результатов и является предметом исследований» настоящей диссертации.

Целесообразность проведения эксперимента в такой постановке- была обоснована в ходе обсуждения и выполнения, работ по проекту МНТЦ № 2405 «Экспериментальные исследования ядерно-физических характеристик материалов, имеющих существенное значение для процессов утилизации оружейного плутония и трансмутации радиоактивных отходов» [49].

Было указано, что, несмотря на то, что раздельно физика процессов (ядерные и межъядерные каскады, ионизационные потери частиц и др.), происходящих при таких взаимодействиях протонов с толстыми мишенями, в том числе и свинцовыми, достаточно хорошо изучена, но их комплексное описание и развитие во многом сдерживается отсутствием информации по интегральным параметрам: скоростям реакций и наведенным активностям в них. С учетом практического отсутствия необходимых данных тема представленной диссертации является актуальной.

Цель диссертации состоит в формировании наборов экспериментальных значений скоростей реакций образования остаточных ядер-продуктов в активируемых образцах, которые используются для определения потоков нейтронов и протонов на поверхности и внутри свинцовой мишени, оценки изменения радиоактивности свинцовой нейтронно-образующей мишени ЭлЯУ или СНеИ при облучении ее протонами энергией 0.8 ГэВ и током 1 мА в течение одного года работы ускорителя, сравнении полученных экспериментальных значений с расчетными значениями скоростей реакций.

В соответствии с этим можно выделить основные задачи диссертации:

• анализ существующей экспериментальной информации по облучению «тонких2» и «толстых3» свинцовых мишеней;

• обоснование метода исследований и выбора материала активационных оби разцов, которые могут быть использованы в качестве пороговых детекторов нейтронов и протонов;

• формирование аппаратурно-методического и информационного обеспечения эксперимента;

• изготовление и исследование параметров свинцовой мишени и активаци-онных образцов;

• проведение облучения «толстой» свинцовой мишени на протонном синхротроне У-10 ФГУП «ГНЦ РФ ИТЭФ», физических измерений активацион-ных образцов и обработки результатов;

• обоснование и разработка методики определения флюенса протонов, попавших на мишень;

• сравнение экспериментальных значений скоростей реакций с расчетными данными;

• определение потоков нейтронов и протонов на поверхности и внутри свинцовой мишени;

• оценка радиоактивности мишени.

Методы исследований. Диссертационная работа использует следующие основные методические приемы:

• прецизионная у-спектрометрия облученных протонами и нейтронами пороговых активационных образцов, как природного, так и обогащенного по требуемым изотопам состава, а также образцов из материала мишени;

• сопоставление полученных результатов с расчетными данными. 2

Тонкой мишенью называется мишень, удовлетворяющая двум критериям: а) потери энергии бомбардирующей частицы при прохождении мишени пренебрежимо малы в сравнении с исходной энергией; б) длина свободного пробега бомбардирующей частицы много больше протяженности мишени.

3 Толстой мишенью здесь называется мишень, не удовлетворяющая ни одному критерию тонкой мишени

Научная новизна выполненных исследований заключается в следующем:

• в подобной постановке, наиболее близкой» к реальным процессам в мишенной станции ЭлЯУ, эксперимент выполнен впервые. В частности, сказанное касается рекордного значения набранного флюенса протонов (6.0±0.5)-1015.

На защиту выносятся:

• методика и результаты измерений скоростей реакций на 14-ти типах акти-вационных образцах, размещенных на внешней поверхности и внутри толстой свинцовой мишени, облученной протонами энергией 0.8 ГэВ;

• результаты сравнения полученных экспериментальных значений скоростей реакций с результатами расчетного моделирования;

• результаты определения плотности потоков нейтронов и протонов на внешней поверхности и внутри свинцовой мишени;

• значение выхода нейтронов из «толстой» свинцовой мишени (диаметром 150 мм и длиной 920 мм), облученной протонами 0.8 ГэВ;

• оценка радиоактивности свинцовой мишени нейтронно-образующего узла ЭлЯУ.

Практическое значение работы определяется возможностью использования ее результатов:

• для верификации и совершенствования расчетных программ, используемых при проектировании ЭлЯУ, и оптимизации их эксплуатационных режимов и технических характеристик;

• для создания специализированных баз ядерных данных, используемых при проектировании ЭлЯУ;

Структура диссертации определяется сказанным выше. Во Введении обсуждаются концептуальные вопросы возможности создания ЭлЯУ и их использования для замыкания топливного цикла АЭС и трансмутации ядерных отходов. Формулируются первоочередные задачи, подлежащие решению в рамках упомянутых проблем.

В Главе 1 диссертации, на основе обзорного рассмотрения современных проектов ЭлЯУ, обоснован выбор, материала мишени. Приведены результаты анализа имеющейся информации по экспериментам ^ с «тонкими» мишенями. Обосновано использование в качестве основного способа, исследования изучаемых взаимодействий активационного метода с использованием полупроводниковой у-спектрометрии облученных образцов.

В Главе 2 предложен математический формализм определения скоростей реакций и их погрешностей по результатам анализа первичной экспериментальной информации.

В Главе 3 описан эксперимент. Даны характеристики ускорителя У-10 ИТЭФ в части, имеющей отношение к облучению образцов (системы вывода высокоэнергетического пучка протонов). Приведено описание свинцовой мишени и ее параметров. Приведены основные рабочие характеристики полупроводниковых у-спектрометров. Описано программное и константное обеспечение эксперимента, организация процесса измерений и обработки первичных экспериментальных результатов. Приведены характеристики облучаемых образцов.

В Главе 4 приведены значения скоростей ядерных реакций и их погрешностей для 14-ти типов экспериментальных образцов (209Bi, natPb, 197Au, 181Та, 169Tm, natIn, 93Nb, 65Cu, 63Cu, 64Zn, 59Co, 27A1,19F и natC).

В Главе 5 описано расчетное моделирование спектров нейтронов и протонов внутри и на поверхности толстой свинцовой мишени, расчет требуемых сечений в диапазоне энергий до 0.8 ГэВ, расчет скоростей реакций и их сравнение с экспериментальными значениями. Определение потоков нейтронов и протонов на внешней поверхности и внутри мишени. В качестве модельного примера выполнена оценка активности свинцовой нейтроннообразующей мишени заданной геометрии после одного года облучения протонами с энергией 0.8 ГэВ и током 1 мА.

Полные наборы полученных скоростей реакций и их погрешностей для всех экспериментальных образцов, размещаемых в 12 точках внутри и на поверхности мишени, приведены в Приложении (оформлено отдельным томом). Подобный подход представления результатов работы определяется существом бенчмарк-эксперимента.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения (общих выводов по диссертации) и приложения; имеет объем 115 страниц печатного текста; содержит 43 рисунка, 21 таблицу и библиографию (106 наименований).

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Титаренко, Алексей Юрьевич

5.4 Выводы по разделу 5

В данной главе представлены результаты расчетного моделирования проведенного эксперимента с помощью пакета программ LAHET+HMCNP. В результате моделирования:

• расчитаны спектры нейтронов, протонов и пи-мезонов в точках расположения экспериментальных образцов;

• с привлечением библиотек MENDL и EXFOR получены 167 функций возбуждения идентифицированных ядер-продуктов;

• определены расчетные значения скоростей реакций;

• определены распределения плотности потоков нейтронов и протонов по длине мишени, как на её поверхности, так и внутри;

• определена активность мишени при условии её использования в составе пилотной установки ЭлЯУ.

Получено удовлетворительное согласие между большинством расчетных и экспериментальных значений скоростей реакций, за исключением продуктов

88 22 деления и фрагментации, например, Y и Na, и некоторых продуктов расщепления, например, ,95Аи.

На основании сравнения представленных на рис. 25 экспериментальных и расчетных скоростей реакций можно предполагать, что полученная на рис. 43 активность мишени описывается в целом адекватно во всем диапазоне примерно до 3000 лет, кроме участка от 0,1 до 1 года, где значительный

195 л г^

-20%) вклад в активность вносит Аи. Этот вклад значительно выше предсказанного.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения работ по настоящей диссертации были получены следующие основные результаты:

• сформулированы основные направления работ по экспериментальному и расчетно-теоретическому исследованию ядерно-физических параметров мишеней ЭлЯУ;

• обосновано использование метода у-спектрометрии как базового для экспериментальных исследований в области мишенных устройств ЭлЯУ;

• изготовлена свинцовая мишень с размерами 150 х 1920 мм и определены ее физические характеристики;

• выполнены работы по юстировке мишени относительно траектории пучка, обеспечившие неравномерность поля частиц на внешней поверхности мишени не превышающую 9%;

• достигнут рекордный флюенс при облучении мишени протонами энергий 0.8 ГэВ - 6.0-Ю15;

• определены 2467 скорости реакций в 244 активационных образцах, размещенных внутри и на поверхности мишени. Периоды полураспада измеренных продуктов реакций лежат в диапазоне от 9.458 мин ( Mg) до 444 лет (194Hg). Значения ряда измеренных скоростей реакций вдоль мишени варьируются до 2.5-104 раз, например, 203РЬ. Среди измеренных продуктов выявлено 10, имеющих высокий, более ЮОМэВ, энерегический порог реакции;

• определены потоки протонов и нейтронов внутри и на поверхности мишени;

• определен выход нейтронов и протонов из мишени с данной геометрией;

• экспериментальные результаты сравнены с расчетными, получеными с использованием программного комплекса LAHET(ISABEL)+HMCP;

• • получены функции возбуждения для 167 ядерных реакций;

• выполнена оценка активности мишени после облучения ее в течение 1 года протонами энергией 0.8 ГэВ и током 1 мА.

Результаты, полученные в ходе эксперимента, позволяют сделать заключение, что его можно отнести к классу бенчмарк-экспериментов, назначение которых - верификация высокоэнергетических транспортных программ, применяемых для расчета параметров электроядерных установок (ЭлЯУ) и спаляционных нейтронных источников (СНеИ) со свинцовой мишенью.

Результаты исследований, описанных в диссертации, изложены:

• в 6-ти статьях, из них 5 опубликовано в реферируемых журналах;

• в докладе секции ядерных данных МАГАТЭ;

• в 4-х препринтах, три из которых в электронном виде LANL.

Они докладывались на 4-х международных конференциях, на одной из которых автор докладывал лично.

Результаты исследований вошли в базу данных CRP МАГАТЭ и учитывались при выполнении проекта МНТЦ 2405;

В качестве дальнейших направлений работ по обоснованию пилотных проектов ЭлЯУ может быть рекомендовано:

• для обоснования безопасности при эксплуатации ЭлЯУ - определение выхода нейтронов и протонов из мишени с заданной геометрией и конкретных материалов;

• для обоснования радиационной безопасности ЭлЯУ - оценка активности мишени заданной геометрии и конкретными материалами

Автор принимал непосредственное участие в качестве сотрудника научной группы в исследованиях, описанных в диссертации, на всех этапах их выполнения (анализ литературных данных, создание экспериментальной методики, изготовление мишени и образцов, подготовка и ее облучение вместе с образцами, измерения облученных образцов, обработка полученных у-спектров и вычисление значений скоростей реакций, определение флюенса протонов, определении потоков нейтронов и протонов на поверхности и внутри свинцовой мишени, определении выхода нейтронов, а также моделировании экспериментальных результатов). Определение номенклатуры используемых активационных образцов и энергии налетающих протонов, создание расчетной модели, а также анализ полученных экспериментальных и расчетных результатов были проведены автором совместно с научным руководителем.

--

Автор выражает глубокую благодарность:

• коллегам по лаборатории Фундаментальных ядерно-физических исследований ФГУП «ГНЦ РФ ИТЭФ» за помощь при выполнении экспериментальных и расчетных исследований описанных в диссертации;

• сотрудникам синхротрона ИТЭФ У-10 за обеспечение требуемого режима длительной работы ускорителя при облучении свинцовой мишени.

• Международному Научно-Техническому Центру и Госкорпорации РОСАТОМ за финансовую поддержку представленных в диссертации исследований.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Титаренко, Алексей Юрьевич, 2010 год

1. Goeckerman R. H. and Perlman 1. Characteristics of Bismuth Fission with High Energy Particles. Phys. Rev., 1948, v.73, p.l 127

2. O'Connor P.R. and Seaborg G.T. High Energy Spallation and Fission Products of Uranium. Phys. Rev., 1948; v.74, n. 9, p.l 189.

3. Frazer J.S. High power accelerators for spallation breeders of fissile materials. IEEE Transections on Nuclear Science, v.NS-24, no. 3, June 1977.

4. A Europen roadmap for development accelerator driven system (ADS) for nuclear waste incineration. The European technical working group on ADS. April 2001. Available from http://nucleartimes.irc.nl

5. A Status Report. Accelerator and spallation target technologies for ADS applications. Nuclear Science, ISBN 92-64-01056-4, NEANo. 5421 OECD 2005.

6. Васильков P. Г., Гольданский В.И., Гришкевич Я.В. и др. Нейтронные выходы и потоки тепловых нейтронов в системе свинец вода, бомбардируемой протонами высоких энергий. Атомная Энергия 1968 г., т.25, вып.6, с. 479.

7. Васильков Р.Г., Гольданский В.И., Пименов Б.А. Размножение нейтронов в уране, бомбардируемом протонами с энергией 300 600 МэВ. Атомная Энергия 1978 г., т.44, вып.4, с. 329.

8. Васильков Р. Г., Гольданский В.И., Орлов В.В. Об электрическом бридин-ге. Успехи физических наук 1983 г., т. 139, вып. 3, с.с. 435 464

9. Carminative F., Lappish R., Robbie С., et. al. Energy amplifier for cleaner and inexhaustible nuclear energy production driven by a particle beam accelerator. CERN/AT/93-47(ET)

10. Rubbia C., Rubio J.A., Buono S., et. al. Conceptual design of a fast neutron operated high energy amplifier. CERN/AT/95-44(ET)

11. Holtkamp N. Status of the SNS project, Proceedings of the Particle Accelerator Conference 2003. v. 1, Issue 12-16 May 2003, p. 11 15.

12. Wagner W., Dai Yo., Glasbrenner H. et. al. Status of SING, the only MW spallation neutron sourse highlighting target development and industrial application j. Nuclear Instruments & Methods, v. 562, issue 2, june 23, 2006, p.541-547.

13. Oyama Yu. J PARC and new era of science, j. Nuclear Instruments & Methods, v. 562, issue 2, june 23, 2006, p.548-552.

14. Батяев В.Ф., Бутко M.A., Павлов К.В.,.Титаренко А.Ю и др. Анализ основных ядерно-физических особенностей взаимодействия протонных пучков с тяжелыми металлическими мишенями. АЭ, 2008,том 104, вып.4, с. 242-249.

15. Accelerator-driven Systems (ADS) and Fast Reactors (FR) in Advanced Nuclear Fuel Cycles. A Comparative Study, Nuclear Energy Agency, NEA-3109 (2002). http://www.nea.fr/html/ ndd/reports/2002/nea3109-ads.pdf

16. Physics and Safety of Transmutation Systems. A Status Report. ISBN 92-6401082-3. NEA # 6090, OECD 2006.

17. Ligwid Metal Cooled Reactors: Experience in Design and Operation. IAEA-TECDOC-1569, December 2007.

18. Uranium 2005: Ressources, production et demande. NEA #6099, OCDE 2006

19. Peng Y.-K. M., Fogarty P:J:, Burgess T.W. et. al. A component test facility based on the spherical tokomak. Plasma Physics and Controlled Fusion, v. 47, Issue 12B, pp. B263-B283, 2005.

20. Артисюк В.В. Развитие физико-технических свойств трансмутации дол-гоживущих радиоактивных отходов ядерных реакторов. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Обнинск, 2002 г.

21. Ikeda Y., Nuclear Data Relevant to Accelerator Driven Systems, Journal of Nuclear Science and Technology, Supplement 2, p. 13-18 (August 2002).

22. Subbotine S., Alekseev P., Ignatiev V., et. al. Harmonization of Fuel Cycles for Long-range and Wide-scale Nuclear Energy System, Proc. of Global 1995 International Symposium, Versailles, France, September, v.l, 1995, p. 199-206'

23. Salvatores M., Abderrahim H.A., Caron-Charles M. et. al. Analysis of options for a decision process towards P&T implementation. Proceedings of Global 2009, Paris, September 6-11, p.p. 2509-2516, 2009

24. Karnaukhov I., Neklyudov I., Gohar Y., et. al. Progress in Conceptual Design Development of the Ukraine Subcritical Assembly with Electron Accelerator Driver. IAEA's CRP Training Meeting, 26-30 January 2009.

25. Titarenko Yu.E. Batyaev V.F. The ITEP experiments with target exposed to up-to 2.6 GeV protons. Joint ICTP-IAEA Advanced Workshup on Model Codes for Spallation Reactions. INDC(NDS)-0530, p.p. 148-180. August 2008.

26. Hendricks J. S, McKinney G. W, Waters L.S. et. al. The MCNPX versions 2.5.0 user's manual. April 2005, LA-CP-05-0369 (2005) .

27. Prael R.E, Lichtenstein H. Users Guide to LCS: The LAHET code system, LA-UR-89-3014, (1989).

28. Dementyev A.V., Sobolevsky N.M. SHIELD Universal Monte Carlo Hadron Transport Code: Scope and Applications. Radiation Measurements, 30 (1999) 553.

29. Kumawat H. and Barashenkov V.S. Monte Carlo model CASCADE-2004 of high-energy nuclear interactions, Euro. Phys. A 26, (2005) 61-67.

30. Lerray S. Canclusions of the workshop and specifications of the future benchmark. INDC(NDS)-0530, p. 223-228. August 2008.

31. Pohorecki W., Janczyszyn J., Taczanovski S. et. al. Evaluation of an ADS lead target activation; comparison of computations and measurements. Nuclear Inst, and Methods in Physics Research, A, 562 (2006).

32. Society (ANS) in San Diego, 1-5 June 2003, California, USA, ANS Proceedings, pp. 1307-1310;

33. Batyaev V.F., Zhivun V.M., Karpikhin E.I., et. al. Experimental determination of the threshold activation reaction rates inside and outside the 0.8 GeV proton-irradiated W-Na target. NEA-1552/25; http://www.nea.fr/abs/html/nea-1552.html

34. Титаренко Ю.Е., Батяев В.Ф., Титаренко А.Ю. и др. Экспериментальное определение и расчетное моделирование пороговых скоростей реакций в толстой свинцовой мишени, облученной протонами энергией 0,8 ГэВ. АЭ, т. 107, вып.1,с. 37-46, 2009.

35. Titarenko Yu., Batyaev V., Titarenko A, et.al. Residual radioactive nuclide formation in 0.8-GeY proton-irradiated extended Pb-target. Nuclear Technology, v.168, p.p.631-636, Dec., 2009.

36. Neutron Science Facilities, http://neutrons.ornl.gov/facilities/index.shtml; http ://ww w. sns. gov/

37. J-PARC Access MAP http://j-parc.jp/en/access.html; http://i-parc.jp/index-e.html

38. Bauer G.S., Salvatores M., Heusener G. MEGAPIE, a 1 MW Pilot Experimental for a liquid' metal spalation target. Jurnal of Nuclear Materials, v. 296, issue 1-3, p.p. 17-33, 2001

39. Abderrahim H. Ait, D'hondt P. MYRRHA: A European Experimental ADS for R&D Applications. Status at Mid-2005 and Prospective towards1.plementation, Nuclear Science and Technology, Vol. 44, No. 3, p. 491 — 498, 2007; http://www.sckcen.be/myrrha/

40. Варламов B.B., Журавлева Г.М., Сургутанов B.B. и др. Ядерные реакции под действием заряженных частиц и фотонов в системе ЭКСФОР (Справочные данные). М.: ЦНИИатоминформ, 1987, htlp://www-nds.iaea.org/exfor/exfor.htm

41. Nuclear Science References (NSR) Database version of January 5, 2010 http://www.nndc.bnl.gov/nsr/ index.jsp

42. Gloris M., Michel R., Herpers U., et. al. Production of residual nuclei from irradiation of thin Pb-targets with protons up to 1.6 GeV. NIM B, v. 113, p.p. 420433, 1996

43. Michel R., Gloris M., Lange H.-J. Nuclide production by proton induced reactions on elements (6 <Z ^29) in the energy range from 800 to 2600 MeV. NIM B, v.103, p.p. 183-222, 1995.

44. Prokofiev A. V. Compilation and systematics of proton-induced fission cross-section data. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 463 (2001) 557-575.

45. Барашенков B.C. Ядерно-физические аспекты электроядерного метода. ЭЧАЯ, т.9, вып. 5, с.871, 1978

46. Trebukhovsky Yu.V., Titarenko Yu.E., Batyaev V.F. et. al. Double-differential cross sections for the production of neutrons from Pb, W, Zr, Cu, and Al targets irradiated with 0.8, 1.0, and 1.6-GeV Protons. Phys. Atomic Nucl., 2005, v. 68, № l,p. 3-15.

47. Юревич В.И. Исследование деления ядер и образования нейтронов на пучках легких релятивистких ядер. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Дубна 2006 г.

48. Бекурц К, Виртц К. Нейтронная физика. М. Атомиздат 1968.

49. Титаренко Ю.Е., Батяев В.Ф, Живун В.М, . Титаренко А.Ю. и др. Определение параметров выводимых протонных и ионных пучков ускорителя: мониторные реакции и токовые трансформаторы. // Препринт ИТЭФ 4-03, Москва, 2003.

50. E.Storm, H.I. Israel. Photon cross section from 1 keV to 100 MeV for elements Z=1 to Z=100.

51. R.B. Firestone, in: Table of Isotope, 8th ed.: 1998Update(with CD ROM) edited by S.Y. Frank Chu (CD- ROM Ed.), C.M. Baglim (Ed.) (Wiley Interscince, New York, 1996)

52. UR-07-2660, nucl-ex, arXiv:0705.1024 fodfl.

53. Государственный Фонд Стабильных Изотопов. Характеристика изотопически обогащенного продукта. Паспорт 90 1988г.

54. Государственный Фонд Стабильных Изотопов. Характеристика изотопически обогащенного продукта. Паспорт 135 1988г.

55. Государственный Фонд Стабильных Изотопов. Характеристика изотопически обогащенного продукта. Паспорт 197 — 1988г.

56. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №14263.07 2007г.

57. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №14269.07 2007г.

58. Alfa Aesar. Certificate of Analysis. Stock number: 40761. Lot number: G10d32 2006r.

59. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №14264.07 2007г.

60. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №14267.07 2007г.

61. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №14262.07 2007г.

62. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №14266.07 2007г.

63. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава<№14265.07 2007г.

64. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №7336.99 1999г.

65. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №7333.99 1999г.

66. Alfa Aesar. Certificate of Analysis. Stock number: 40182. Lot number: D01P18.- 2006r.

67. Свидетельство 31/96/19826. Образцовые спектрометрические источники гамма излучения ОСГИ-3-l-lp. Комплект № 9402. Государственное предприятие «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»

68. Спектрометрическая система Genie-2000, модель S502. Canberra Industries.

69. R.R. Kinsey, et al., Proc.9th Int. Symp. Of Capture Gamma Ray Spectroscopy and Related Topics, 8-12 October 1996, Budapest, Hungry.

70. Паспорт № 02080, 7У634. ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических радиотехнических измерений».

71. J. Tobailem and С.Н. de Lassus CEA-N-1466(1)1975; J. Tobailem and C.H. de Lassus CEA-N-1466(5) 1981.

72. Shubin Yu. N., Lunev V.P., Konobeev A.Yu. et. al. Cross section data library MENDL-2 to study activation and transmutation of materials irradiated by nucleons of intermediate energies. INDC(CCP)-385, Vienna: IAEA, May, 1995.

73. Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный Научный Центр Российской Федерации -Институт Теоретической и Экспериментальной Физики»1. На пра&сж-рукописи1. Титаренко Алексей Юрьевич

74. Экспериментальное определение скоростей реакций и рас-1етное моделирование облучения толстой свинцовой мишени протонами до 800МэВ

75. Специальность: 01.04.16 Физика атомного ядра и элементарныхчастиц