Физика

ПИК мощности: когда по-настоящему заработает реактор

Что ожидает исследовательский реактор

Исследовательский реактор ПИК

Петр Ковалев/ТАСС

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 1,3×1015 на 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.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.