Geum.ru

Федеральное агентство по атомной энергии фгуп «цнииатоминформ» центр «атом-инновация» материалы инновационного форума росатома июнь, 2007 год москва партнеры форума

Вид материалаДокументы

Содержание


Универсальный облучательный комплекс для исследования объектов в импульсных потоках нейтронов и методом протонной радиографии
Подобный материал:
1   ...   36   37   38   39   40   41   42   43   ...   60

Универсальный облучательный комплекс для исследования объектов в импульсных потоках нейтронов и методом протонной радиографии


Иванов С.В., ГНЦ ИФВЭ

Целью проекта является создание экспериментальной базы для исследования объектов в импульсных потоках нейтронов, а также протонной радиографии статических и динамических объектов на основе практического использования опыта и технологий ГНЦ ИФВЭ в области:
  1. физики пучков заряженных частиц и техники ускорителей и каналов транспортировки пучка,
  2. диагностики параметров пучка,
  3. регистрации частиц высоких энергий и радиационных полей для проведения проблемно-ориентированных фундаментальных и прикладных исследований в рамках “Новой технологической платформы”.

В состав предлагаемого комплекса войдут импульсный источник нейтронов с дрейфовой базой до 120–200 м и возможностью проведения экспериментов по времяпролетной методике; установка для протонной радиографии статических и динамических объектов; стенд с широким опорным полем облучения для испытания объектов любой сложности. Состав и структура комплекса будут уточнены после анализа потребностей и запросов предполагаемых потребителей.

Основной материально-технической предпосылкой для сооружения обсуждаемого комплекса является крупнейший в России действующий ускоритель заряженных частиц - протонный синхротрон У70 ГНЦ ИФВЭ. Максимальная энергия протонного пучка до 70 ГэВ, интенсивность пучка до 1.51013 протонов за цикл. Существующие системы быстрого вывода могут выводить в экспериментальный зал требуемое число сгустков, от 1 до 29. При энергии 50–70 ГэВ длительность каждого сгустка составляет 35–40 нсек. Мгновенная пиковая мощность выведенного пучка на мишени достигает 0.3–0.5 ТВт.

В ГНЦ ИФВЭ имеется необходимое для установки место и инженерно-техническая инфраструктура. Имеются многие компоненты электрофизического оборудования и магнитной оптики для формирования пучков и изображений.

Длина орбиты ускорительного комплекса У70 ГНЦ ИФВЭ равна 1.5 км. Место для размещения комплекса находится в здании галереи, вне кольцевого зала ускорителя У70. В настоящее время в нем расположен канал №8 транспортировки интенсивного пучка протонов, выведенного из синхротрона У70.

Нейтронный источник, параметры. Проект импульсного нейтронного источника ГНЦ ИФВЭ имеет два аналога, основанных на протонных синхротронах:
  1. IPNS, на основе синхротрона RCS, 450 МэВ (ANL, Аргон, США). Интернет-адрес nl.gov
  2. CERN n_TOF, на основе синхротрона СPS, 20 ГэВ (CERN, Женева, Швейцария). Интернет-адрес cern.ch

Здесь рассматривается один из возможных вариантов нейтронного источника ГНЦ ИФВЭ, основанный на использовании протонного пучка низкой энергии в так называемом пакетно-импульсном режиме.

Экспериментальная программа на обоих действующих источниках ориентируется на фактически достигнутые параметры пучка протонов, выведенного из существующего ускорителя. Установки востребованы потребителями нейтронного пучка. Так на источнике CERN n_TOF в работах участвуют 150 исследователей из 40 институтов. Годовая статистика работы установки IPNS - 400 потребителей пучка, 500 экспериментов, 26 недель круглосуточной работы. Основные направления работ:
  1. пополнение баз данных ядерно-физических констант (сечения реакций захвата, деления, упругого и неупругого рассеяния и т.п.), от тепловых до быстрых нейтронов,
  2. радиационные дефекты в полупроводниках,
  3. радиационная усталость конструкционных материалов,
  4. фундаментальная ядерная физика и ядерная астрофизика,
  5. прикладные исследования, специальная техника,
  6. радиобиологические исследования.

Установка для протонной радиографии. Протонная радиография является новой методикой, интенсивно разрабатываемой в США за последние годы. Она позволяет изучать динамические процессы в плотных конструкциях и объектах с высоким временным и пространственным разрешением. Методика является неразрушающей.

В США в Лос-Аламосе на созданной протонной радиографической установке с энергией протонов 800 МэВ ежегодно проводятся десятки экспериментов, требующих нескольких недель работы комплекса. В США обсуждается возможность сооружения специализированного протонного синхротрона на энергию 50 ГэВ, предназначенного исключительно для исследований по тематике протонной радиографии в интересах Министерства энергетики (DOE).

В России существуют аналогичные потребности. Основной объем требуемого электрофизического оборудования имеется в наличии (более 70%). Основным магнитооптическим элементом является квадрупольная линза типа 20К200, длина 2 м, апертура 200 мм, градиент поля 1.3 кГс/см.

Установка для протонной радиографии с энергией освещающего пучка 50 ГэВ позволит изучать статические и динамические процессы в плотных объектах и конструкциях в ранее не доступном диапазоне толщин с высоким временным и пространственным разрешением. Возможными областями использования установки являются высокотехнологичные области науки и техники, имеющие дело с изучением сложных быстропротекающих процессов: авиационные и космические исследования, энергетика, прикладная ядерная физика.

Предполагается предоставление потребителям — пользователям пучка услуг по проведению исследований статических и динамических объектов в нейтронном и протонном пучках на коммерческой основе. Стоимость работы нейтронного источника составляет примерно 100 тыс. руб. в сутки, установки для протонной радиографии — около 1 000 тыс. руб./ сутки.