Проекты / подпроекты: 

Краткая аннотация и научное обоснование:

Главной задачей темы является повышение эффективности использования исследовательской ядерной установки
ИБР-2 при реализации программы экспериментальных исследований, обеспечение эксплуатационной надежности и безопасности реактора.

Регулярная эксплуатация исследовательской ядерной установки ИБР-2 осуществляется в соответствии с лицензией Ростехнадзора со средней мощностью до 2 МВт для проведения физических экспериментов на выведенных пучках нейтронов. На установке ИБР-2 используются современные системы управления и защиты, анализа и диагностики состояния реактора, дозиметрического контроля и мониторинга радиационной обстановки.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:

После завершения работ по подпроекту в ОИЯИ продолжит эксплуатацию высокоинтенсивный источник нейтронов мирового класса для исследований в области физики конденсированных сред и ядерной физики – исследовательская ядерная установка ИБР-2 повышенной безопасности и надежности. На установке ИБР-2 будут использоваться:

1. Криогенные замедлители, обеспечивающие выполнение перспективной и конкурентной программы физических исследований.

2. Современное оборудование систем, важных для безопасности ИЯУ ИБР-2.

3. Для обеспечения гарантированной эксплуатации ИЯУ ИБР-2 будет полностью подготовлен к работе резервный подвижный отражатель ПО-3Р.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:

Оформление лицензии Ростехнадзора на право эксплуатации ИЯУ ИБР-2. Контрольная сборка, наладка и испытания резервного подвижного отражателя ПО-3Р на испытательном стенде ЛНФ. Поэтапное проведение работ по замене и обновлению технологического и электрического оборудования установки ИБР-2, важного для безопасности ИЯУ ИБР - 2. Проработка совместно с ПО «Маяк» возможности изготовления и поставки дополнительной партии свежего топлива для активной зоны ИБР-2М с целью продления срока эксплуатации реактора для физических экспериментов до 2040–2042 гг.

Подпроект:

Краткая аннотация и научное обоснование по подпроекту:

В рамках темы «Развитие ИЯУ ИБР-2 с комплексом криогенных замедлителей» продолжается поэтапная реализация проекта «Создание комплекса криогенных замедлителей ректора ИБР-2». Создаваемый уникальный комплекс криогенных замедлителей (ККЗ) с использованием смеси ароматических углеводородов мезитилена и метаксилола в пропорции 3 к 1, в твёрдой замороженной фазе, в форме шариков, диаметром от 3,5 до 3,9 мм, позволяет существенно увеличить поток холодных нейтронов для проведения экспериментальных исследований свойств конденсированных сред.

В состав комплекса криогенных замедлителей входят три замедлителя, окружающие активную зону реактора, два из которых осуществляют генерацию холодных нейтронов для проведения физических экспериментов – криогенный замедлитель нейтронов КЗ-202 (в направлении нейтронных пучков № 7,8,10,11) и криогенный замедлитель КЗ-201
(в направлении пучков № 1, 4, 5, 6, 9). Данные замедлители в настоящее время функционируют в режиме опытной эксплуатации. Замедлитель нейтронов КЗ 203 находится на этапе разработки технического задания на проектирование. Ввод в эксплуатацию криогенного замедлителя КЗ-203 позволит обеспечить холодными нейтронами экспериментальныеканалы по направлению нейтронных пучков № 2, 3.

Эксплуатация комплекса криогенных замедлителей на ИЯУ ИБР-2 многократно повышает интенсивность холодных нейтронов по сравнению с тепловым замедлителем и позволяет существенно сократить время проведения экспериментов и снизить погрешность получаемых данных.

Ожидаемые результаты по завершении подпроекта:

Эксплуатация комплекса криогенных замедлителей на ИЯУ ИБР-2 в составе трех замедлителей КЗ-201, КЗ-202,
КЗ-203, охватывающих большую часть нейтронных экспериментальных каналов установки ИБР-2.  Надёжная и безаварийная эксплуатация ККЗ позволит сохранить и укрепить лидирующее положение установки ИБР-2 среди самых высокоинтенсивных исследовательских нейтронных источников в мире, используемых для проведения исследований конденсированных сред методами нейтронного рассеяния.

Ожидаемые результаты по подпроекту в текущем году:

Продолжить проведение работ по оптимизации работы системы автоматического регулирования и контроля параметров, системы загрузки – выгрузки и транспортировки замедляющего вещества (замороженных шариков мезитилена) в рабочих камерах и трубопроводах криогенного комплекса при одновременном использовании для физических экспериментов двух криогенных замедлителей КЗ-201 и КЗ-202.

Для обеспечения максимально эффективного использования парка физических инструментов при работе с «холодными» нейтронами в 2023 г. планируется ввести в эксплуатацию вторую криогенную установку фирмы Linde AG с мощностью 1800 Вт (КГУ 1800/10) при температуре 10К. До конца 2023 г. планируется выполнить работы по оптимизации эксплуатации криогенного комплекса, разработать техническое задание на проектирование криогенного замедлителя КЗ-203 для пучков 2 и 3.

Сотрудничество:

Проект:

Краткая аннотация и научное обоснование:

Изучение структурного строения, магнитного упорядочения, динамики, физических и химических свойств новых перспективных материалов и наносистем, демонстрирующих важные функциональные свойства, микроскопические механизмы возникновения которых мало изучены. Перечень объектов исследования включает мультиферроики, сплавы с эффектами гигантской магнитострикции и памяти формы, низкоразмерные и геометрически фрустрированные магнетики, проявляющие необычные магнитные состояния и свойства, материалы, перспективные для использования в компактных источниках электрического тока, магнитные слоистые наноструктуры, демонстрирующие различные эффекты близости, например, сосуществование сверхпроводящего и магнитоупорядоченного состояния, органические функциональные материалы с водородными связями, сложные жидкости и полимеры с широким спектром потенциальных технологических применений, структурная организация и свойства которых могут значительно изменяться при изменении концентрации и химического состава, биологические наносистемы, включая липидные мембраны, белки и их комплексы, исследование которых позволяет понять биофизические процессы, протекающие в живых организмах, механизмы воздействия и переноса лекарств, причины возникновения различных заболеваний, биогибридные материалы, конструкционные материалы, широко применяемые или планируемые к использованию в различных отраслях промышленности и производства.Кроме этого, планируется проведение прикладных исследований текстуры, остаточных напряжений и внутренней организации горных пород и минералов, конструкционных материалов, объектов природного и культурного наследования, направленных на установление механизмов геофизических процессов, образования дефектов и напряженных областей в промышленных изделиях, реконструкцию и анализ древних технологий, эволюции и развитие классификации ископаемых организмов.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:

1. В процессе реализации научной программы будут получены новые физические результаты по исследованию взаимосвязи между особенностями структурного строения и динамики новых функциональных материалов и наносистем и их физическими свойствами на микроскопическом уровне, имеющие важное значение для развития современных представлений в области физики конденсированных сред, химии, материаловедения, биофизики, геофизики и развития современных технологий в сфере электроники, компактных источников тока, фармакологии, медицины. Будут экспериментально проверены теоретические предсказания и модели, обнаружены новые явления и закономерности.

2. В результате реализации методической программы будет проведена модернизация существующих и создание новых спектрометров на ИЯУ ИБР-2, что позволит расширить область их применения для проведения междисциплинарных научных исследований новых функциональных материалов и наносистем.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:

Реализация научной программы

1. Определение характеристик атомной структуры и фазовых состояний интерметаллических функциональных материалов, включая магнитострикционные сплавы Fe-Ga и сплавы с эффектом памяти формы.

2. Определение параметров атомной и магнитной структуры низкоразмерных магнитных материалов в широком диапазоне термодинамических параметров (температуры, давления).

3. Анализ эффектов влияния высокого давления на структурные и магнитные свойства функциональных материалов.

4. Анализ сложных структурных и микроструктурных состояний твердых электролитов и электродов для металл-ионных аккумуляторов.

5. Определение структуры и анализ динамики функциональных материалов с молекулярными комплексами и ионных жидкостей.

6. Установление явлений и эффектов, связанных с сосуществованием магнетизма и сверхпроводимости в слоистых структурах на основе переходных, редкоземельных и др. металлов.

7. Определение структурных характеристик углеродных наноматериалов, тонких пленок одностенных углеродных нанотрубок на подложках.

8. Определение структуры и кинетики агрегации в растворах фуллеренов разной полярности, а также в растворах фуллеренов с разными аминоаддуктами.

9. Анализ структурных особенностей магнитных наносистем, включая коллоидные наносистемы, композиты с магнитными наночастицами, агрегационные эффекты в магнитных жидкостях и магнитные наноструктуры
   ядро-оболочка.

10. Определение структурных характеристик полимерных систем на подложках, мицелл ПАВ в объеме и на поверхности, комплексов ПАВ и мицелл.

11. Анализ структурной организации полимерных наноматериалов, стеклования полимеров и полимерных тонких пленок.

12. Анализ физико-биологических свойств липидных и нативных мембран, белковых взаимодействий, структуры и свойств белков и мембран-белковых комплексов, кристаллизации белков.

13. Определение структурных характеристик и изучение свойств биогибридных комплексов.

14. Определение внутренних напряжений и микродеформаций в конструкционных материалах и объемных изделиях, геологических объектах.

15. Текстурный анализ биологических и палеонтологических образцов, образцов конструкционных материалов, горных пород.

16. Анализ внутреннего строения и построение 3D моделей объектов культурного и природного наследия, промышленных материалов и изделий по данным нейтронной томографии и радиографии.

Реализация методической программы развития спектрометров на ИЯУ ИБР-2

1. Установка элементов нейтроноводной системы спектрометра малоуглового рассеяния и имиджинга на 10 канале.

2. Развитие нейтроноводной системы нового дифрактометра ДН-6 для исследования микрообразцов, направленное на увеличение светосилы и расширение доступного диапазона высоких давлений.

3. Улучшение технических параметров и расширение экспериментальных возможностей многофункционального рефлектометра ГРЭИНС (запуск нового прерывателя нейтронного пучка, развитие электрохимических и жидкостных ячеек для проведения экспериментов).

4. Модернизация действующих спектрометров реактора ИБР-2, направленная на улучшение их технических характеристик, замену устаревших и вышедших из строя элементов.

5. Усовершенствование корреляционного спектрометра FSS на 13 канале ИБР-2 и улучшение его технических параметров. Дальнейшее развитие корреляционного RTOF-метода.

Подпроекты:

Краткая аннотация и научное обоснование по подпроекту:

Подпроект направлен на исследование особенностей структурного строения, магнитного упорядочения, динамики, физических и химических свойств новых перспективных функциональных и конструкционных материалов, сложных жидкостей и полимеров, наносистем, геофизических объектов, объяснение микроскопических механизмов формирования свойств которых важно как для развития современных представлений в области физики конденсированного состояния, материаловедения, биофизики, химии, геофизики, фармакологии, инженерных наук, так и новых технологических приложений в производстве энергии, электронике, биологии, медицине. 

Нейтронные методы исследования вещества (дифракция, малоугловое рассеяние, рефлектометрия, неупругое рассеяние, радиография и томография) позволяют получать детальную информацию об атомной и магнитной структуре и динамике материалов на атомном и надатомном уровнях. В силу особенностей взаимодействия медленных нейтронов с веществом методы рассеяния нейтронов имеют высокую эффективность при определении положений легких атомов в окружении тяжелых, изучении распределения элементов с близкими атомными номерами, исследовании процессов изотопного замещения и магнитных структур. Это обуславливает большие преимущества при использовании методов рассеяния нейтронов в исследовании широкого круга перспективных функциональных материалов и наносистем по сравнению с другими подходами.

Для обеспечения решения научных задач проекта планируется проведение работ по обеспечению бесперебойной работы, модернизации и реконструкции действующих спектрометров реактора ИБР-2, а также завершение работ по созданию нового спектрометра малоуглового рассеяния и имиджинга. Для повышения эффективности решения поставленных задач наряду с нейтронными методами будут использоваться взаимодополняющие методы рентгеновского рассеяния, рамановской, атомно-силовой спектроскопии и др. с применением дополнительного лабораторного оборудования.

Ожидаемые результаты по завершении подпроекта:

1. В процессе реализации научной программы будут получены новые физические результаты по исследованию взаимосвязи между особенностями структурного строения  и динамики новых функциональных материалов и наносистем и их физическими свойствами на микроскопическом уровне, имеющие важное значение для развития современных представлений в области физики конденсированных сред, химии, материаловедения, биофизики, геофизики и развития современных технологий в сфере электроники, компактных источников тока, фармакологии, медицины. Будут экспериментально проверены теоретические предсказания и модели, обнаружены новые явления и закономерности.

2. В результате реализации методической программы будет проведена модернизация существующих и создание новых спектрометров на ИЯУ ИБР-2, что позволит расширить область их применения для проведения междисциплинарных научных исследований новых функциональных материалов и наносистем.

Ожидаемые результаты по подпроекту в текущем году:

Реализация научной программы

1. Определение характеристик атомной структуры и фазовых состояний интерметаллических функциональных материалов, включая магнитострикционные сплавы Fe-Ga и сплавы с эффектом памяти формы.

2. Определение параметров атомной и магнитной структуры низкоразмерных магнитных материалов в широком диапазоне термодинамических параметров (температуры, давления).

3. Анализ эффектов влияния высокого давления на структурные и магнитные свойства функциональных материалов.

4. Анализ сложных структурных и микроструктурных состояний твердых электролитов и электродов для металл-ионных аккумуляторов.

5. Определение структуры и анализ динамики функциональных материалов с молекулярными комплексами и ионных жидкостей.

6. Установление явлений и эффектов, связанных с сосуществованием магнетизма и сверхпроводимости в слоистых структурах на основе переходных, редкоземельных и др. металлов.

7. Определение структурных характеристик углеродных наноматериалов, тонких пленок одностенных углеродных нанотрубок на подложках.

8. Определение структуры и кинетики агрегации в растворах фуллеренов разной полярности, а также в растворах фуллеренов с разными аминоаддуктами.

9. Анализ структурных особенностей магнитных наносистем, включая коллоидные наносистемы, композиты с магнитными наночастицами, агрегационные эффекты в магнитных жидкостях и магнитные наноструктуры ядро-оболочка.

10. Определение структурных характеристик полимерных систем на подложках, мицелл ПАВ в объеме и на поверхности, комплексов ПАВ и мицелл.

11. Анализ структурной организации полимерных наноматериалов, стеклования полимеров и полимерных тонких пленок.

12. Анализ физико-биологических свойств липидных и нативных мембран, белковых взаимодействий, структуры и свойств белков и мембран-белковых комплексов, кристаллизации белков.

13. Определение структурных характеристик и изучение свойств биогибридных комплексов.

14. Определение внутренних напряжений и микродеформаций в конструкционных материалах и объемных изделиях, геологических объектах.

15. Текстурный анализ биологических и палеонтологических образцов, образцов конструкционных материалов, горных пород.

16. Анализ внутреннего строения и построение 3D моделей объектов культурного и природного наследия, промышленных материалов и изделий по данным нейтронной томографии и радиографии.

Реализация методической программы развития спектрометров на ИЯУ ИБР-2

1. Установка элементов нейтроноводной системы спектрометра малоуглового рассеяния и имиджинга на 10 канале.

2. Развитие нейтроноводной системы нового дифрактометра ДН-6 для исследования микрообразцов, направленное на увеличение светосилы и расширение доступного диапазона высоких давлений.

3. Улучшение технических параметров и расширение экспериментальных возможностей многофункционального рефлектометра ГРЭИНС (запуск нового прерывателя нейтронного пучка, развитие электрохимических и жидкостных ячеек для проведения экспериментов).

4. Модернизация действующих спектрометров реактора ИБР-2, направленная на улучшение их технических характеристик, замену устаревших и вышедших из строя элементов.

5. Усовершенствование корреляционного спектрометра FSS на 13 канале ИБР-2 и улучшение его технических параметров. Дальнейшее развитие корреляционного RTOF-метода.

Краткая аннотация и научное обоснование по подпроекту:

Анализ состояния исследований в области динамики конденсированных сред методом неупругого рассеяния нейтронов (НРН) в ЛНФ показал, что существующий спектрометр НРН НЕРА, некоторое время назад составлявший успешную конкуренцию аналогичным установкам в европейских нейтронных центрах, в настоящее время значительно устарел и больше не удовлетворяет потребностям сообщества пользователей в восточно-европейском регионе. Поэтому крайне важной задачей является обновление спектрометров НРН в исторически сложившемся направлении с целью поддержания конкурентоспособной позиции ЛНФ ОИЯИ в области нейтронной спектроскопии среди других мировых нейтронных центров.

Перспективным подходом является создание нового спектрометра НРН высокой светосилы, который будет использовать современную нейтронную оптику и новые конструктивные решения для получения результатов с высоким разрешением, при хорошем отношении сигнал-фон в широком диапазоне передачи энергии и с использованием как можно меньшей массы исследуемого образца. Данный подход предлагается использовать для создания универсального спектрометра НРН в обратной геометрии BJN (Байорек-Яник-Натканец). Сочетание высокого потока импульсного нейтронного источника ИБР-2, современной фокусирующей нейтронной оптики, анализаторов энергии с очень большой поверхностью (два анализатора с площадью ~3.3 м²) обеспечит максимально возможную светосилу создаваемого спектрометра, при этом фактор выигрыша по сравнению со спектрометром НЕРА может составить до 400 раз. 

Основной круг научных задач, для которых будет использоваться спектрометр BJN, включает в себя:

– исследование на микроскопическом уровне структурных фазовых переходов;

– исследование процессов диффузии протонов в системах с различными типами водородных связей;

– исследование динамики протонов в молекулярных кристаллах, в широкой области передач энергий;

– исследования ассоциативных взаимодействий химических частиц, в том числе систем с образованием водородных связей различных типов;

– исследования магнитной динамики в соединениях с 4f и 3d переходными металлами.

Перечень объектов исследования:

– молекулярные кристаллы и их фазовые производные;

– фармацевтические препараты в объемном состоянии и в виде «микронизированных» или «аморфизированных» порошков;

– новые биологически активные соединения, включая нано структурированные;

– материалы для накопления энергии;

– интерметаллические соединения 4f и 3d переходных металлов;

– катализаторы;

– фотонные материалы промышленного применения;

– нанокомпозитные материалы.

Ожидаемые результаты по завершении подпроекта:

1. Разработка и создание основных элементов спектрометра BJN.

Ожидаемые результаты по подпроекту в текущем году:

1. Разработка технической документации для создания ряда элементов спектрометра.

2. Закупка кристаллов пиролитического графита для создания фокусирующего анализатора.

Сотрудничество:

Краткая аннотация и научное обоснование по проекту:

Проведение исследований конденсированных сред на современном уровне характеризуется постоянным совершенствованием методики измерений, ростом числа управляемых и контролируемых параметров, увеличением количества и усложнением используемых в эксперименте детекторов и систем окружения образца, повышением требований к точности и быстродействию регистрирующей аппаратуры, необходимостью обеспечения удаленного управления подсистемами спектрометра и экспериментом в целом, и требует постоянного развития, как самих спектрометров, так и исследовательской ядерной установки ИБР-2, в частности, комплекса холодных замедлителей. Пользовательский режим работы спектрометров ИБР-2 выдвигает дополнительные требования к оборудованию спектрометров, системам управления и контроля, а также к системам сбора данных: простота освоения и работы, удобный графический интерфейс, интернет-доступ к результатам измерений и др.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:

1. Ввод в эксплуатацию детектора ДОР на дифрактометре ФДВР на 5-м канале реактора ИБР-2 и получение первых физических результатов.

2. Создание векторного магнита на основе несимметричных катушек Гельмгольца, с устройством термостатирования при низких – 1.5 К и сверхнизких температурах – до 0.5 К. для рефлектометра РЕМУР.

3. Разработка технической документации на оборудование систем управления комплекса криогенных замедлителей реактора ИБР-2; проведение пуско-наладочных работ систем управления коллекторного узла и трубопроводов охлаждения, а также криогенных замедлителей КЗ-201, КЗ-202, КЗ-203; комплектование и монтаж диспетчерской системы с сервером, объединяющей контроль и управление всем комплексом криогенных замедлителей; проведение пуско-наладочных работ диспетчерской системы.

4. Внедрение на спектрометрах ИБР-2 системы управления прерывателями нейтронов на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК).

5. Монтаж и ввод в эксплуатацию нового прерывателя на 8-м канале реактора ИБР-2.

6. Внедрение систем управления вакуумом на основе ПЛК.

7. Разработка и изготовление позиционно-чувствительных счетчиков нейтронов с резистивными анодами различного диаметра.

8. Создание тестового стенда для проверки характеристик позиционно-чувствительных детекторов (ПЧД).

9. Разработка системы накопления данных на основе многоканальных диджитайзеров.

10. Создание типового модуля ПЧД системы на основе трубок с резистивной нитью с диаметром катода 6 мм.

11. Создание и ввод в эксплуатацию новой детекторной системы спектрометра РЕМУР.

12. Модернизация детекторов прямого пучка на спектрометре ЮМО.

13. Разработка и ввод в эксплуатацию монитора интенсивности падающего пучка на спектрометре ЮМО.

14. Разработка архитектуры многозазорной плоскопараллельной резистивной камеры с конвертором ¹⁰B, изготовление прототипа и исследование его характеристик.

15. Разработка многосчётчиковой системы для создаваемой на 2 канале ИБР-2 установки неупругого рассеяния.

16. Наладка, испытание и ввод в эксплуатацию детектора АСТРА-М на спектрометре ФСД.

17. Разработка технического проекта детектора обратного рассеяния ДОР-ФСД для спектрометра ФСД. Адаптация существующих в НЭОКС ЛНФ технологий изготовления сцинтилляционных детекторов для ДОР-ФСД, а также разработка механических узлов, детекторной электроники и электроники сбора и накопления данных для этого детектора.

18. Разработка и изготовление для дифрактометра ФСС нового ±90°-детектора с пространственной и временной фокусировкой, аналогичного детектору АСТРА-М, вместе с детекторной электроникой и электроникой сбора и накопления данных.

19. Разработка детекторной электроники и систем сбора, предварительной обработки и накопления данных для новых детекторных систем. Внедрение диджитайзеров фирмы CAEN в измерительные системы спектрометров ИБР-2.

20. Внедрение ПЛК в системы управления спектрометров. Оснащение спектрометров системами видеонаблюдения. Ввод новых измерительных устройств и контроллеров по заявкам ответственных за установки. Автоматизация системы управления вакуумом на спектрометрах НЕРА, СКАТ, ФСД, ФСС. Автоматизация системы управления источником тока магнита для криостата ДН-12. Унификация систем контроля и регулирования температуры, используемых на спектрометрах ИБР-2.

21. Разработка нового криостата для охлаждения камер высокого давления на установке ДН-12.

22. Разработка и внедрение на спектрометрах ИБР-2 новой версии комплекса Sonix+ и сопутствующих систем, адаптированных для работы с форматом данных в виде списка событий.

23. Постоянная модернизация совместно с ЛИТ сегмента локальной сети ЛНФ.

24. Моделирование установок и их элементов для модернизации действующих спектрометров и проектирования новых.

25. Ввод в эксплуатацию автоматизированного хранилища контейнеров с облученными образцами и автоматизированной системы позиционирования образцов на облучательной установке.

26. Обеспечение бесперебойной работы систем и механизмов на всех спектрометрах реактора ИБР-2.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:

1. Изготовление запасных блоков системы сбора и накопления данных MPD32-USB3.

2. Настройка блоков усилителей фирмы CAEN в соответствии с требуемыми параметрами.

3. Изготовление комплекта (432 шт.) высоковольтных и измерительных кабелей.

4. Демонтаж детектора ДОР и монтаж детектора ДОР-А на 5-м канале.

5. Разработка технического проекта магнита.

6. Изготовление стойки криостата.

7. Разработка и тестирование системы управления и контроля замедлителя КЗ-201 в направлении пучков
   №№ 1,4,5,6,9.

8. Разработка конструкторской документации на новый механический прерыватель для 8-го канала реактора ИБР-2.

9. Установка и ввод в эксплуатацию детекторной системы «АСТРА-М» на дифрактометре ФСД. Разработка проекта детектирующего модуля и системы накопления данных для многодетекторной системы спектрометра ДН-12, испытание элементов системы накопления на нейтронном пучке. Разработка прототипа детектирующего модуля с аналоговой электроникой для модернизации детекторной системы спектрометра НЕРА-ПР. Развитие инфраструктуры для создания детекторов нейтронов.

10. Разработка технического проекта проточного криостата с циркуляцией гелия-4 с охлаждением криокулером замкнутого цикла для получения диапазона температур ниже 2К, выбор и приобретение оборудования и комплектующих изделий. Изготовление новых обмоток и сборка сверхпроводящего магнита для дифрактометра ДН-12.

11. Моделирование установки малоуглового рассеяния для будущего источника нейтронов.

12. Внедрение диджитайзеров фирмы CAEN в измерительные системы спектрометров ИБР-2 (ФСД, ФСС и ФДВР).

13. Сопровождение и развитие комплекса Sonix+ по запросам пользователей, адаптация Sonix+ для работы с
    DAQ- контроллерами на основе интерфейса USB-3. Подготовка новой версии комплекса, адаптированной для работы с форматом данных в виде списка событий.

14. Совершенствование концепции центрального хранилища данных с учетом полученного опыта его эксплуатации и практическая проверка возможных средств ее реализации.

15. Изучение радиационной стойкости материалов на установке для радиационных исследований.

16. Ввод в эксплуатацию новых измерительных устройств и контроллеров по заявкам ответственных за установки.
    
    Подпроекты:

Краткая аннотация и научное обоснование по продпроекту: 

В настоящее время детекторная система ФДВР состоит из трех детекторов, два из которых расположены при углах рассеяния ±152°, а третий – при 90°. Первые два используются в основном для исследований структуры поликристаллов, третий – для измерений внутренних напряжений. Детектирующим элементом являются сцинтилляторы на основе Li-стекол. С современной точки зрения детекторы ФДВР имеют два недостатка: повышенную чувствительность к -фону и малый телесный угол (~0.16 ср.). Из-за этого получаемые дифракционные спектры имеют повышенный фон и малую (по современным критериям) скорость набора данных при том, что поток нейтронов на образце достаточно высок (10⁷ н/см²/с).

Для устранения этих недостатков в 2017 г. было предложено заменить существующие детекторы обратного рассеяния (ДОР) на новый широкоапертурный сцинтилляционный детектор (ДОР-А – детектор обратного рассеяния апертурный) на основе сцинтиллятора ZnS(Ag)/⁶LiF с использованием комбинированной электронно-геометрической фокусировки. Создание такого детектора позволит кардинально улучшить параметры дифрактометра ФДВР и вывести его на лидирующие позиции в мире. Оценки показывают, что использование нового широкоапертурного детектора позволит примерно в два-три раза увеличить число проводимых экспериментов, при этом заметно повысится точность получаемой структурной информации, а также существенно расширятся возможности дифрактометра по выполнению экспериментов при задании различных внешних воздействий на образец. 

Ожидаемые результаты по завершении подпроекта:

1. Ввод в эксплуатацию детектора ДОР на дифрактометре ФДВР на 5-м канале реактора ИБР-2 и получение первых физических результатов.

Ожидаемые результаты по подпроекту в текущем году:

1. Изготовление запасных блоков системы сбора и накопления данных MPD32-USB3.

2. Настройка блоков усилителей фирмы CAEN в соответствии с требуемыми параметрами.

3. Изготовление комплекта (432 шт.) высоковольтных и измерительных кабелей.

4. Демонтаж детектора ДОР и монтаж детектора ДОР-А на 5-м канале.

Краткая аннотация и научное обоснование по подпроекту:

Рефлектометрия поляризованных нейтронов – экспериментальный метод исследования металлических низко-размерных гетероструктур, полимерных пленок, биологических систем, свободной поверхности жидкости, магнитных жидкостей – требует экспериментального оборудования, включающего в себя специальную магнитную систему. Разрабатываемая магнитная система – векторный магнит – позволит изменять направление магнитного поля в двух направлениях и будет иметь апертуру, позволяющую разместить устройство термостатирования при низких и сверхнизких температурах, а также систему детектирования нейтронов и гамма-квантов. Векторный магнит будет установлен на рефлектометре РЕМУР на 8-м канале реактора ИБР-2.

Ожидаемые результаты по завершении подпроекта:

1. Создание векторного магнита на основе несимметричных катушек Гельмгольца, с устройством термостатирования при низких – 1.5 К и сверхнизких температурах – до 0.5 К для рефлектометра РЕМУР.

Ожидаемые результаты по подпроекту в текущем году:

1. Разработка технического проекта магнита.

2. Изготовление стойки криостата.

Краткая аннотация и научное обоснование по подпроекту:

Реактор ИБР-2 является уникальным источником нейтронов, который используется для исследований структуры и физических свойств конденсированных сред. Информация об изучаемых объектах получается на специализированных установках нейтронного рассеяния (спектрометрах), на которых реализованы различные методики исследований. Качество получаемой информации во многом определяется свойствами источника нейтронов и качеством экспериментального оборудования. Реактор периодического действия ИБР-2 относится к высокопоточным источникам нейтронов с импульсной мощностью свыше 1 МВт. Основные требования к оборудованию научных установок заключаются в максимально эффективном использовании потока тепловых нейтронов в рамках реализованной методики. Оборудование любого спектрометра достаточно разноплановое и включает в себя элементы, формирующие пучок нейтронов, системы регистрации нейтронного и других излучений, разнообразные системы контроля и управления экспериментом, специальное оборудование для создания требуемых условий на образце во время измерений и др. При этом все элементы и механизмы должны выполнять свои функции в условиях повышенной радиационной нагрузки и обеспечивать бесперебойную работу в течение длительных интервалов времени. Каждый спектрометр является уникальным объектом даже в рамках реализации одной и той же методики на одном и том же источнике. Несмотря на то, что состав оборудования установки включает в себя ряд стандартных элементов, их конфигурация всегда уникальна и требует специального отношения.

Данный проект направлен на реализацию задач по созданию и развитию надежных и эффективных элементов спектрометров для всестороннего обеспечения экспериментальных работ и получения научных результатов высокого уровня.

В отделе НЭОКС ИБР-2 накоплен богатый опыт разработки и эксплуатации оборудования спектрометров и систем управления и имеется высококвалифицированный персонал, что несомненно позволяет выполнить данный проект, направленный на дальнейшее совершенствование экспериментальной инфраструктуры реактора ИБР-2. Проект состоит из 7-ми разделов, каждый из которых представляет отдельный элемент экспериментальной инфраструктуры.

Ожидаемые результаты по завершении подпроекта:

1. Разработка технической документации на оборудование систем управления комплекса криогенных замедлителей реактора ИБР-2; проведение пуско-наладочных работ систем управления коллекторного узла и трубопроводов охлаждения, а также криогенных замедлителей КЗ-201, КЗ-202, КЗ-203; комплектование и монтаж диспетчерской системы с сервером, объединяющей контроль и управление всем комплексом криогенных замедлителей; проведение пуско-наладочных работ диспетчерской системы.

2. Внедрение на спектрометрах ИБР-2 системы управления прерывателями нейтронов на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК).

3. Монтаж и ввод в эксплуатацию нового прерывателя на 8-м канале реактора ИБР-2.

4. Внедрение систем управления вакуумом на основе ПЛК.

5. Разработка и изготовление позиционно-чувствительных счетчиков нейтронов с резистивными анодами различного диаметра.

6. Создание тестового стенда для проверки характеристик позиционно-чувствительных детекторов (ПЧД).

7. Разработка системы накопления данных на основе многоканальных диджитайзеров.

8. Создание типового модуля ПЧД системы на основе трубок с резистивной нитью с диаметром катода 6 мм.

9. Создание и ввод в эксплуатацию новой детекторной системы спектрометра РЕМУР.

10. Модернизация детекторов прямого пучка на спектрометре ЮМО.

11. Разработка и ввод в эксплуатацию монитора интенсивности падающего пучка на спектрометре ЮМО.

12. Разработка архитектуры многозазорной плоскопараллельной резистивной камеры с конвертором ¹⁰B, изготовление прототипа и исследование его характеристик.

13. Разработка многосчётчиковой системы для создаваемой на 2 канале ИБР-2 установки неупругого рассеяния.

14. Наладка, испытание и ввод в эксплуатацию детектора АСТРА-М на спектрометре ФСД.

15. Разработка технического проекта детектора обратного рассеяния ДОР-ФСД для спектрометра ФСД. Адаптация существующих в НЭОКС ЛНФ технологий изготовления сцинтилляционных детекторов для ДОР-ФСД, а также разработка механических узлов, детекторной электроники и электроники сбора и накопления данных для этого детектора.

16. Разработка и изготовление для дифрактометра ФСС нового ±90°–детектора с пространственной и временной фокусировкой, аналогичного детектору АСТРА-М, вместе с детекторной электроникой и электроникой сбора и накопления данных.

17. Разработка детекторной электроники и систем сбора, предварительной обработки и накопления данных для новых детекторных систем. Внедрение диджитайзеров фирмы CAEN в измерительные системы спектрометров ИБР-2.

18. Внедрение ПЛК в системы управления спектрометров. Оснащение спектрометров системами видеонаблюдения. Ввод новых измерительных устройств и контроллеров по заявкам ответственных за установки. Автоматизация системы управления вакуумом на спектрометрах НЕРА, СКАТ, ФСД, ФСС. Автоматизация системы управления источником тока магнита для криостата ДН-12. Унификация систем контроля и регулирования температуры, используемых на спектрометрах ИБР-2.

19. Разработка нового криостата для охлаждения камер высокого давления на установке ДН-12.

20. Разработка и внедрение на спектрометрах ИБР-2 новой версии комплекса Sonix+ и сопутствующих систем, адаптированных для работы с форматом данных в виде списка событий.

21. Постоянная модернизация совместно с ЛИТ сегмента локальной сети ЛНФ.

22. Моделирование установок и их элементов для модернизации действующих спектрометров и проектирования новых.

23. Ввод в эксплуатацию автоматизированного хранилища контейнеров с облученными образцами и автоматизированной системы позиционирования образцов на облучательной установке.

24. Обеспечение бесперебойной работы систем и механизмов на всех спектрометрах реактора ИБР-2.

Ожидаемые результаты по подпроекту в текущем году:

1. Разработка и тестирование системы управления и контроля замедлителя КЗ-201 в направлении пучков №№ 1, 4, 5, 6, 9.

2. Разработка конструкторской документации на новый механический прерыватель для 8-го канала реактора ИБР-2.

3. Установка и ввод в эксплуатацию детекторной системы «АСТРА-М» на дифрактометре ФСД. Разработка проекта детектирующего модуля и системы накопления данных для многодетекторной системы спектрометра ДН-12, испытание элементов системы накопления на нейтронном пучке. Разработка прототипа детектирующего модуля с аналоговой электроникой для модернизации детекторной системы спектрометра НЕРА-ПР. Развитие инфраструктуры для создания детекторов нейтронов.

4. Разработка технического проекта проточного криостата с циркуляцией гелия-4 с охлаждением криокулером замкнутого цикла для получения диапазона температур ниже 2К, выбор и приобретение оборудования и комплектующих изделий. Изготовление новых обмоток и сборка сверхпроводящего магнита для дифрактометра ДН-12.

5. Моделирование установки малоуглового рассеяния для будущего источника нейтронов.

6. Внедрение диджитайзеров фирмы CAEN в измерительные системы спектрометров ИБР-2 (ФСД, ФСС и ФДВР).

7. Сопровождение и развитие комплекса Sonix+ по запросам пользователей, адаптация Sonix+ для работы
   с DAQ- контроллерами на основе интерфейса USB-3. Подготовка новой версии комплекса, адаптированной для работы с форматом данных в виде списка событий.

8. Совершенствование концепции центрального хранилища данных с учетом полученного опыта его эксплуатации и практическая проверка возможных средств ее реализации.

9. Изучение радиационной стойкости материалов на установке для радиационных исследований.

10. Ввод в эксплуатацию новых измерительных устройств и контроллеров по заявкам ответственных за установки.

Сотрудничество:

Краткая аннотация и научное обоснование:

В 2020-2023 гг. в рамках завершаемой темы «Разработка концептуального проекта нового перспективного источника нейтронов – импульсного быстрого реактора НЕПТУН в ОИЯИ» получены важные результаты, имеющие ключевое значение для успешного продолжения работ по созданию в ОИЯИ нового высокопоточного источника нейтронов. По результатам совместной научно-исследовательской работы ОИЯИ и АО НИКИЭТ (ГК «Росатом»), которая заключалась в анализе вариантов исполнения высокопоточного импульсного источника нейтронов периодического действия, для дальнейшей проработки была выбрана концепция импульсного быстрого реактора НЕПТУН с топливом на основе нитрида нептуния. Разработка концепции нового реактора НЕПТУН была включена в Семилетний план развития ОИЯИ на 2017–2023 годы.

К основным этапам разработки концепции нового реактора НЕПТУН относятся: разработка предварительной научной программы и определение состава комплекса научных инструментов для проведения нейтронных исследований, разработка технических заданий для эскизного и инфраструктурного проектов, обоснование конструкции нового источника нейтронов, а также реализация программы научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы, включающей в себя расчетно-экспериментальное исследование динамики импульсных реакторов, оптимизацию конструкции основных систем реактора, разработку нитрид-нептуниевого топлива и твэлов на его основе, оптимизацию конфигурации комплекса замедлителей, разработку макетов или специальных испытательных стендов (например, экспериментальный стенд или макет модулятора реактивности, макет экспериментального твэла, испытательный стенд криогенного замедлителя на основе мезитилена с системой беспрерывной перегрузки рабочего материала и т.п.).

Выполненные работы представляют собой серьезный научно-исследовательский и опытно-конструкторский задел, полученный в период с 2020 по 2023 годы, требующий продолжения и развития по вышеперечисленным этапам для перехода от стадии концепции к стадии эскизного проектирования нового реактора НЕПТУН.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:

1. Разработка научной программы и концепции приборной базы для проведения научных и прикладных исследований на новом импульсном реакторе НЕПТУН.

2. Построение модели динамики импульсных быстрых реакторов.

3. Разработка нитрид-нептуниевого топлива и твэлов на его основе.

4. Оптимизация корпуса и модулятора реактивности реактора НЕПТУН.

5. Нейтронно-физические расчетов для выбора оптимальных материалов для использования в качестве криогенных замедлителей на новом реакторе НЕПТУН.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:

1. Подготовка материалов для разработки научной программы и концепции приборной базы реактора НЕПТУН.

2. Подготовка к проведению экспериментов в соответствии с программой работ ОИЯИ – РФЯЦ-ВНИИТФ по созданию и верификации математической модели динамики пульсирующего реактора НЕПТУН.

3. Получение первой партии оксида нептуния для отработки технологии изготовления топлива для экспериментальных твэлов и проведения дореакторных исследований топливных композиций в рамках договора по разработке нитрид-нептуниевого топлива и твэлов на его основе между ОИЯИ и АО «ВНИИНМ».

4. Подготовка материалов для технического задания на эскизный проект по результатам оптимизации корпуса реактора и его модулятора реактивности.

5. Анализ эффективности использования водородосодержащих материалов (метан, трифенилметан, жидкий водород, дейтерий и т.д.) в качестве криогенного замедлителя на новом реакторе НЕПТУН (ИБР-3) и их сравнение с мезитиленом. Разработка РКД на камеру-имитатор криогенного замедлителя на основе мезитилена с системой быстрой загрузки и выгрузки рабочего материала.

Подпроект:

Краткая аннотация и научное обоснование по подпроекту:

В соответствии с дорожной картой проекта НЕПТУН следующим крупным этапом после окончания стадий концептуального проектирования и выработки технического предложения является эскизный проект. Эскизный проект разрабатывают для определения принципиальных (конструктивных, схемных и др.) решений изделия, дающих общее представление о принципе работы и (или) устройстве изделия. На основе эскизного проекта разрабатывается обоснование инвестиций, являющееся обязательным документом при разработке такой сложной установки как исследовательский реактор (постановление правительства РФ 306 от 14.03.1997). На этапе эскизного проектирования производится разработка и выбор основных технических решений, проработка структурных и функциональных схем изделия, выбор основных конструктивных элементов и т. д. Как правило на данном этапе рассматриваются один или два варианта реактора из числа признанных реализуемыми на этапе концептуального проектирования.
Выбор конкретного варианта компоновки активной зоны является важнейшим моментом и ключевой точкой всего проекта сооружения реактора НЕПТУН. Это связано с тем, что технические решения, закрепленные в эскизном проекте, далее на следующих этапах (технического проекта, изготовления рабочей конструкторской документации), будучи облечены в объемную конструкторскую документацию, могут быть изменены только с большим трудом. Поэтому уже перед этапом эскизного проектирования требуется тщательная проработка всех спорных и неоднозначных моментов, а также проведения НИОКР и расчетов (кинематические, электрические, тепловые и пр.), подтверждающих работоспособность и надежность изделия во всех заданных условиях эксплуатации. Основной целью подпроекта является проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в обоснование разработки эскизного проекта реактора НЕПТУН. К данным НИОКР относят: разработка нитрид-нептуниевого топлива и твэлов на его основе, исследование динамики пульсирующего реактора, оптимизация конструкции модулятора реактивности и корпуса реактора в части снижения тепловых нагрузок и формоизменения, разработка и выполнение перечня НИОКР в обоснование разработки эскизного проекта.

Ожидаемые результаты по завершении подпроекта:

1. Научная программа и концепция приборной базы для проведения исследований по физике конденсированных сред, ядерной физике и прикладных исследований на новом импульсном реакторе НЕПТУН.

2. Рабочий вариант модели динамического изгиба и оценка влияния таблеточной структуры твэла (по сравнению со стержневой) на реактивность динамического изгиба в начале кампании реактора НЕПТУН и ее верификация в «РФЯЦ-ВНИИТФ». Техническое задание на проведение эксперимента по проверке формы изгиба макета твэла при быстром нагреве в нейтронном потоке импульсного реактора. Постановка эксперимента на импульсных нейтронных источниках РФЯЦ – ВНИИТФ.

3. Получение разрешения на использование ядерных материалов, находящихся исключительно в федеральной собственности (ЯМ ИФС). Получение первой партии оксида нептуния для отработки технологии изготовления топлива для экспериментальных твэлов и проведения дореакторных исследований топливных композиций. Проектирование и изготовление пробной партии экспериментальных твэлов на основе нитрида нептуния.

4. Разработка двух вариантов конструкции корпуса реактора, обладающих наименьшими тепловой нагруженностью и температурными деформациями, для вариантов с потвэльной упаковкой активной зоны и чехловыми ТВС. Разработка двух вариантов (с кожухом и без кожуха) конструкции модулятора реактивности, работоспособного во всех заданных условиях. Возможна разработка технически обоснованного альтернативного варианта конструкции модулятора и корпуса реактора. Перечень НИР, необходимых для обоснования конструкции модулятора реактивности, его составных частей и корпуса реактора. РКД на полномасштабный стенд (макет) модулятора реактивности. Начало изготовления некоторых элементов стенда (макета) модулятора реактивности по разработанной РКД. Технические задания для разработки эскизного и инфраструктурного (обликового) проектов.

5. Проведение нейтронно-физических расчетов для выбора оптимальных материалов для использования в качестве криогенного замедлителя на новом реакторе НЕПТУН. Разработка РКД на полномасштабный испытательный стенд криогенного замедлителя на основе мезитилена с системой быстрой загрузки и выгрузки рабочего материала.

Ожидаемые результаты по подпроекту в текущем году:

1. Получение первой партии оксида нептуния для отработки технологии изготовления топлива для экспериментальных твэлов и проведения дореакторных исследований топливных композиций в рамках договора по разработке нитрид-нептуниевого топлива и твэлов на его основе между ОИЯИ и АО «ВНИИНМ».

2. Подготовка к проведению экспериментов в соответствии с программой работ ОИЯИ – РФЯЦ-ВНИИТФ по созданию и верификации математической модели динамики пульсирующего реактора НЕПТУН. Подготовка к проведению экспериментов по виброакустическим, термомеханическим, гидродинамическим измерениям параметров модели динамики реактора НЕПТУН на базе экспериментальных установок ОИЯИ.

3. Отчет АО «НИКИЭТ» о результатах НИОКР по оптимизации модулятора реактивности и корпуса реактора НЕПТУН. Разработка РКД на испытательный стенд (макет) модулятора реактивности.

4. Анализ эффективности использования водородосодержащих материалов (метан, трифенилметан, жидкий водород, дейтерий и т. д.) в качестве криогенного замедлителя на новом реакторе НЕПТУН (ИБР-3) и их сравнение с мезитиленом. Разработка РКД на камеру-имитатор криогенного замедлителя на основе мезитилена с системой быстрой загрузки и выгрузки рабочего материала.

5. Предварительная научная программа и концепция приборной базы для проведения исследований по физике конденсированных сред, ядерной физике и прикладных исследований на новом импульсном реакторе НЕПТУН.

Сотрудничество: