Использование циклотрона РНЦ "Курчатовский институт" для внедрения ядернофизических и материаловедческих методик для разработки научных основ перспективных технологий рационального природопользования

Проведено обоснования комплекта нового экспериментального и диагностического оборудования оптимального для решения большинства текущих и возникающих в перспективе принципиальных задач природопользования.

В данной работе представлены следующие материалы.

Дано определение необходимого оборудования для развития методики изучения ионно-лучевого синтеза, приготовления радиоизотопов и модификации материалов пучками частиц.

Представлена уточненная концепция развития УСУ на 2007-2010 гг. с перечнем необходимого оборудования.

Разработана концепция модернизации робота «Сапер-М» для работы в сильных полях ионизирующих излучений.

Представлены данные по ядерным реакциям и радиоизотопам, представляющим интерес для рационального природопользования.




В приложениях представлено новое оборудование на 2007 – 2008 гг., приобретаемое по ГК N 02.518.11.7071 от 18 апреля 2007 г.), отчет о программных индикаторах, справка о метрологическом обеспечении измерений УСУ.

Разработаны основные методики модификации кристаллов с помощью облучения пучками частиц на ускорителях.
Отработаны методики и исследовательские облучения по созданию радиационно-стойких материалов.
Разработаны численные и аналитические модели взаимодействия быстрых ионов с веществом, включая модели кластерообразования при имплантации и облучении.
Приобретены материалы и оборудование.

1.Для работ с облученными материалами в условиях высокой наведенной активности ионизирующих излучений осуществлена модернизация электронных систем робота «Сапер-М», установлена дополнительная радиационная защита и системы радиационного контроля среды и облученных материалов.
2.Продолжаются еженедельные поставки медицинского изотопа йода-123 для ядерной медицины, ведутся работы по увеличению наработки йода-123 в 2-2,5 раза в одну поставку.
3.Разработан мишенный блок для исследования сечений в реакциях 80Kr(?, 2n)82Sr и 82Kr(?, 4n)82Sr с целью наработки 82Sr для рубидиевых генераторов, применяющихся в ядерной медицине.
4.Проведены облучения протонами с энергией до 32 Мэв и дозами от 1017 до 3•1019 протонов/см2 графитовых материалов коллиматора для Большого адронного коллайдера (Церн), исследованы излучения физико-химических свойств композиционного графита АС-50 и стандартного блочного отечественного графита ГР-280, проведено сравнение характера радиационного повреждения при нейтронном и ионном облучении.
5.Исследовались влияния высоких уровней радиационных повреждений на взаимодействие плазмы с перспективными материалами (в частности, вольфрам) первой стенки термоядерного реактора, которые создавались при облучении на циклотроне ионами гелия с энергией 5 Мэв до величин 1017, 1018 и 3•1018 ?-частиц/см2, что соответствует необходимым дозам облучения в атомных реакторах в течении нескольких лет.
6.Проведены облучения пирографита при t=450?500оС ионами углерода с энергией до 20 Мэв, исследованы радиационные дефекты с помощью синхротронного излучения.
7.Осуществляется дооснащение УСУ новым оборудованием.
8.В приложении 1 представлено новое оборудование на 2008 гг., приобретенное по ГК N 02.518.11.7071 от 18 апреля 2007 г.).

9.В приложении 2 представлен отчет о программных индикаторах.

10. В приложении 3 представлена справка о метрологическом обеспечении измерений УСУ.

Ускорительные методы играют принципиальную роль в фундаментальных исследованиях, связанных с модификацией материалов при облучении и разработке радиационно-стойких материалов. Применение подобных конструкционных материалов минимизирует риск аварий в ядерной энергетике, предотвращая возможные загрязнения окружающей среды. В рамках выполнения контракта разработаны мишенные устройства для проведения облучений конструкционных материалов с различными температурными условиями в большом диапазоне и типов ускоряемых частиц и энергий. Разработанные и внедренные мишенные устройства позволили провести следующие работы:
- исследования радиационной стойкости новых циркониевых материалов для твэлов и ТВС активных зон реакторов ВВЭР-1000 и ВВЭР-1500;
- исследования радиационной стойкости новых конструкционных материалов для быстрых и термоядерных реакторов, полученных на базе современных нанотехноло-гий;
- влияние высоких уровней радиационных дефектов и повреждений в мате-риалах (вольфрам, графит) на взаимодействие потоков плазмы с перспективными мате-риалами термоядерного реактора ИТЭР;
- исследования влияния облучения пучками протонов с энергией до 35 мэв и имитация влияния облучения ионами углерода до 80 мэв на радиационную повреждае-мость графитовых материалов коллиматоров и других материалов, используемых в Боль-шом Адронном Коллайдере (LHC) ЦЕРНа;
- исследования радиационной стойкости электронной компонентной базы с субмикронными проектными нормами для экстремальных условий эксплуатации;
- показана возможность внедрения экспериментальных методик ионной им-плантации и диагностики на базе циклотрона РНЦ «КИ». Разработано техническое зада-ние на создание материальной базы и методики приготовления образцов, и их контроли-руемое облучение (имплантацию) в универсальных мишенных устройствах, оснащенных современной вакуумной системой, системой диагностики и методиками послерадиацион-ного исследования модифицированных материалов;
- осуществлена модернизация дистанционно-управляемого мобильного ком-плекса «Сапер-М» для целей дистанционной диагностики облучений и работ в зоне иони-зирующих излучений.
Велись аналитические и исследовательские работы по разработкам методов полу-чения радиоактивных изотопов 133Ba, 82Sr, Ga 67, Hf178, 59Fe для целей ядерной медицины и промышленности. В частности, изомер Hf178, рассматриваемый как возможный аккуму-лятор ядерной энергии, можно производить из реакции 176Vb (?, 2n) 178Hf, среднее сечение изомера составляет около 5 мбарн. Исходя из параметров пучка ?-частиц из циклотрона (Е=60 мэв, I=20 мка) производительность изомера составит 5?1013 атомов/сутки.
При оптимизации режима работы циклотрона и мишени возможная производительность составит 2?3?1014 атомов/сутки.
Все работы выполнены согласно техническому заданию.