Регистрация / Вход
Прислать материал

Формирование платформы нейтронных установок Гатчина-Геестхахт для исследований методами нейтронного рассеяния на реакторном комплексе ПИК

Докладчик: Григорьев Сергей Валентинович

Должность: Директор, Заведующий отделом исследования конденсированного состояния

Цель проекта:
1. Формирование платформы нейтронных установок Гатчина-Геестхахт для исследований в области физики и химии конденсированного состояния, биологии и материаловедения методами нейтронного рассеяния на реакторном комплексе ПИК 2. Целью проекта является адаптация произведенных в Германии и транспортированных в Россию нейтронных установок на высокопоточном источнике нейтронов – реакторном комплексе ПИК. Выполнение проекта позволит подготовить базу для плодотворного российско-германского научного сотрудничества и создания международного центра нейтронных исследований на реакторе ПИК. В ходе проекта будут сформулированы тематики совместных исследований на вводимом в эксплуатацию в Гатчине научно-исследовательском реакторном комплексе ПИК.

Основные планируемые результаты проекта:
1. В данном проекте исследуются условия адаптации к проведению экспериментальных работ на высокопоточном реакторе ПИК нейтронных установок российско-германской платформы, демонтированных на реакторе в Геестхахте (HZG, Германия) и транспортированных в Гатчину (ПИЯФ НИЦ КИ, Россия), а именно: установки малоуглового рассеяния нейтронов SANS-2 и SANS-3, установка ультрамалоуглового рассеяния DCD, рефлектометр поляризованных нейтронов NERO, стресс-дифрактометр ARES, дифрактометр для измерения текстуры TEX-2, дифрактометр поляризованных нейтронов PolDi. В результате совместных работ участников данного российско-германского проекта на данном этапе подлежали решению следующие задачи:
- Создание численной модели нейтронных установок российско-германской платформы в их исходной конфигурации в условиях их эксплуатации в HZG (Геестхахт).
- Выбор и обоснование путей модернизации и адаптации этих установок для размещения на высокопоточном реакторе ПИК.
2. Строительство современных нейтронных установок является очень затратным с точки зрения как денежных, так и человеческих ресурсов, поэтому создание любого элемента нейтронных установок не обходится без численного моделирования. Предварительное моделирование установок позволяет значительно уменьшить количество ошибок и просчетов на самом раннем этапе их проектирования.
3-5. В настоящее время существует большое количество программных пакетов, реализующих метод Монте-Карло для нейтронных расчетов. Для численного моделирования установок SANS-2, SANS-3, NERO, DCD был выбран программный пакет McStas. Высокая достоверность расчетов McStas подтверждена многочисленными перекрестными вычислениями и экспериментальными проверками. Пакет разрабатывается совместно Датским Институтом Физики (DTU), Университетом Копенгагена, Институтом Пола Шерера (PSI) и Институтом Лауэ Ланжевена (ILL) – признанных мировых лидеров в области нейтронного рассеяния. McStas использует модифицированный метод Монте-Карло для расчета изменения нейтронных траекторий (не отдельных нейтронов) на оптических элементах, составляющих каждую нейтронную установку.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Нейтронные установки составят российско-германскую платформу, которая будет одной из важнейших составляющих приборного парка реакторного комплекса ПИК и важнейшим компонентом для создания международного центра нейтронных исследований на реакторе ПИК. Согласно предварительным договоренностям HZG получает 15% нейтронного времени на этих установках после пуска реакторного комплекса ПИК для проведения собственных исследований, нацеленных в первую очередь на задачи материаловедения и связи с промышленностью. Сотрудничество также будет включать широкую пользовательскую политику и легкий доступ к приборам, как это в настоящее время реализуется в мировых нейтронных центрах. Результаты исследований в данном совместном проекте будут играть решающую роль для наиболее эффективного решения задач, связанных, прежде всего, с изучением наноматериалов.

2. Формирование целой платформы нейтронных установок для будущего международного центра нейтронных исследований при активном российско-германском сотрудничестве, несомненно, будет результатом, значимым во всех отношениях – социальном, научном, техническом и технологическом. Потребителями ожидаемых результатов являются нейтронные центры и научно-исследовательские организации, которые используют методы нейтронного рассеяния. Их круг достаточно широк, поскольку определяется как перспективой проведения на приборной платформе совместных российско-германских исследований свойств наноматериалов, так и перспективой включения входящих в платформу нейтронных установок в общедоступную на международном уровне пользовательскую систему. Для этого на основе полученных в проекте результатов необходимо модернизировать узлы и после монтажа нейтроноводной системы произвести окончательную сборку нейтронных установок на штатных позициях.

3. Формирование российско-германской платформы нейтронных установок, несомненно, послужит сигналом для мирового научного сообщества и важной предпосылкой для создания условий плодотворного и взаимовыгодного международного сотрудничества на базе нового российского исследовательского реактора.

Текущие результаты проекта:
- Анализ научно-технической (научно-исследовательской, конструкторской, проектной) и нормативно-технической документации, а также других материалов, относящихся к нейтронным исследованиям по физике конденсированного состояния;
- Формулирование потенциальных направлений решения задач, поставленных в ТЗ ПНИ, и их сравнительная оценка;
- Обоснование выбора методики проведения численного моделирования нейтронных установок SANS-2, SANS-3, NERO, ARES, DCD,TEX-2, PolDi;
Численное моделирование нейтронных станций:
- Численная модель установки малоуглового рассеяния SANS-2 Гельмгольц Центра в Геестхахте (ГЦГ).
- Численная модель установки малоуглового рассеяния SANS-3 Гельмгольц Центра в Геестхахте (ГЦГ).
- Численная модель рефлектометра поляризованных нейтронов NERO Гельмгольц Центра в Геестхахте (ГЦГ).
- Численная модель нейтронного стресс-дифрактометра ARES Гельмгольц Центра в Геестхахте (ГЦГ).
- Численная модель установки ультрамалоуглового рассеяния DCD Гельмгольц Центра в Геестхахте (ГЦГ).
- Численная модель нейтронного дифрактометра для измерения текстуры TEX-2 Гельмгольц Центра в Геестхахте (ГЦГ).
- Численная модель дифрактометра поляризованных нейтронов PolDi Гельмгольц Центра в Геестхахте (ГЦГ).
- Оснащение напылительной установки ДИОГЕН в ПИЯФ по производству поляризующих нейтронных покрытий с нанопрослойками системой контроля остаточных газов;
- Выработка рекомендаций по модернизации нейтронных установок SANS-2, SANS-3, NERO, ARES, TEX-2, PolDi, DCD при их размещении на реакторе ПИК.
- Закупка оборудования и материалов для сборки нейтронных станций.
- Организация и проведение 2 конференций по тематике проекта.