nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2021-3-9-14nuc-394Research ArticleСтатьиОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КАДМИЯ В КАЧЕСТВЕ НЕЙТРОННО-ПОГЛОЩАЮЩЕГО ЭКРАНА ПРИ ЛЕГИРОВАНИИ КРЕМНИЯ В ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕSPECIFIC FEATURES OF APPLICATION OF CADMIUM AS A NEUTRON-ABSORBING SCREEN WHILE DOPING SILICON IN A NUCLEAR REACTORШаймерденовА. А.ShaimerdenovA. A.

Алматы

Almaty

ashaimerdenov@inp.kzРомановаН. К.RomanovaN. K.

Алматы

Almaty

СайранбаевД. С.SairanbayevD. S.

Алматы

Almaty

ГизатулинШ. Х.GizatulinS. K.

Алматы

Almaty

РГП «Институт ядерной физики» МЭ РККазахстанRSE “Institute of Nuclear Physics” ME RKKazakhstan20210801202203914Copyright © Шаймерденов А.А., Романова Н.К., Сайранбаев Д.С., Гизатулин Ш.Х., 20222022Шаймерденов А.А., Романова Н.К., Сайранбаев Д.С., Гизатулин Ш.Х.Shaimerdenov A.A., Romanova N.K., Sairanbayev D.S., Gizatulin S.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/394

Наличие градиента нейтронного поля в ядерном реакторе и требований по допустимому разбросу удельного электрического сопротивления по объему слитка кремния делает необходимым разработку облучательного устройства. Особенно, это актуально для слитков кремния большого размера. Одним из вариантов снижения градиента потока нейтронов по высоте слитка является применение нейтронно-поглощающих экранов в конструкции облучательного устройства. На реакторе ВВР-К в качестве нейтронно-поглощающего материала экрана применяется кадмий с природным изотопным составом. В работе приведены результаты исследования облучательного устройства с кадмиевым экраном. Показано влияние экрана из кадмия на нейтронно-физические характеристики облучательного устройства для легирования кремния.

The gradient of the neutron field in a nuclear reactor and the requirements for the permissible spread of the specific electrical resistance over the volume of the silicon ingot makes it necessary to develop an irradiation device. This is especially true for large silicon ingots. One of the options for reducing the gradient of the neutron flux along the height of the ingot is the use of neutron-absorbing screens in the design of the irradiation device. At the WWR-K reactor, cadmium with a natural isotopic composition is used as a neutron-absorbing screen material. The paper presents the results of a study of an irradiation device with a cadmium screen. The effect of a cadmium screen on the neutron-physical characteristics of an irradiation device for silicon doping is shown.

нейтронно-трансмутационное легированиеядерный реакторкадмийплотность потока нейтроновнеравномерность легированияdopingnuclear reactorcadmiumneutron fluxirregularity of dopingРабота выполнена при финансовой поддержке Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан в рамках программы целевого финансирования научных и научнотехнических программ № BR09158958.ReferencesРоманова Н.К., Шаймерденов А.А., Гизатулин Ш.Х., Накипов Д.А., Чакров П.В., Кенжин Е.А. Обзор нейтронно-трансмутационного легирования кремния на исследовательских реакторах // Вестник НЯЦ РК. – 2017. – № 4(72). – С. 95–101.Romanova N.K., Shaymerdenov A.A., Gizatulin Sh. Kh., Nakipov D.A., Chakrov P.V., Kenzhin E.A. Obzor neytronno-transmutatsionnogo legirovaniya kremniya na issledovatel'skikh reaktorakh // Vestnik NYaTs RK. – 2017. – No. 4(72). – P. 95–101.Masao Komeda, Kozo Kawasaki, Toru Obara A new irradiation method with a neutron filter for silicon neutron transmutation doping at the Japan research reactor no.3 (JRR-3) // Applied Radiation and Isotopes. – 2013. – No. 74. – P. 70–77. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2013.01.005Masao Komeda, Kozo Kawasaki, Toru Obara A new irradiation method with a neutron filter for silicon neutron transmutation doping at the Japan research reactor no.3 (JRR-3) // Applied Radiation and Isotopes. – 2013. – No. 74. – P. 70–77. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2013.01.005L. Desgranges, J. Escleine, P. Bienvenu, I. Roure, D. Gosset, et al.. A new methodology for studying neutron absorber materials first results with boron carbide // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2017. – No. 432. – P. 42–47.L. Desgranges, J. Escleine, P. Bienvenu, I. Roure, D. Gosset, et al.. A new methodology for studying neutron absorber materials first results with boron carbide // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2017. – No. 432. – P. 42–47.B.A. De Luna, D.A. Haas, D.C. Barron, E.J. Artnak, Design of an in-core fission-spectrum neutron irradiation facility with pneumatic sample transfer at a research reactor // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2020. – No. 957. – P. 163292. https://doi.org/10.1016/j.nima.2019.163292B.A. De Luna, D.A. Haas, D.C. Barron, E.J. Artnak, Design of an in-core fission-spectrum neutron irradiation facility with pneumatic sample transfer at a research reactor // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2020. – No. 957. – P. 163292. https://doi.org/10.1016/j.nima.2019.163292N. Romanova, Sh. Gizatulin, D. Dyussambayev, A. Shaimerdenov, M. Aitkulov and Ye. Kenzhin Calculated and experimental studies at critical facility in view of development of a technology for neutron transmutation doping of a large size silicon specimen in WWR-K reactor // Journal of Physics: Conf. Series. – 2018. – No. 1115. – P. 1–6. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1115/3/032052N. Romanova, Sh. Gizatulin, D. Dyussambayev, A. Shaimerdenov, M. Aitkulov and Ye. Kenzhin Calculated and experimental studies at critical facility in view of development of a technology for neutron transmutation doping of a large size silicon specimen in WWR-K reactor // Journal of Physics: Conf. Series. – 2018. – No. 1115. – P. 1–6. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1115/3/032052Ota A., Aitkulov M., Dyussambayev D., Gizatulin Sh., Kenzhin Ye., Kanazawa H., Romanova N., Shaimerdenov A., Kawamura H. Study of the axial neutron flux distribution in the irradiation device with a cadmium-screen // Proceedings of International forum “Nuclear Science and Technologies”, 24–27 June, 2019, Almaty, Kazakhstan, p. 136.Ota A., Aitkulov M., Dyussambayev D., Gizatulin Sh., Kenzhin Ye., Kanazawa H., Romanova N., Shaimerdenov A., Kawamura H. Study of the axial neutron flux distribution in the irradiation device with a cadmium-screen // Proceedings of International forum “Nuclear Science and Technologies”, 24–27 June, 2019, Almaty, Kazakhstan, p. 136.A. Ота, М. Айткулов, Д. Дюсамбаев, Ш. Гизатулин, Е. Кенжин, Х. Каназава, Н. Романова, А. Шаймерденов, Х. Кавамура Исследование высотного распределения плотности потока нейтронов в облучательном устройстве с кадмиевым экраном // Вестник НЯЦ РК. – 2019. – № 4. – С. 34–37.A. Ota, M. Aytkulov, D. Dyusambaev, Sh. Gizatulin, E. Kenzhin, Kh. Kanazava, N. Romanova, A. Shaymerdenov, Kh. Kavamura Issledovanie vysotnogo raspredeleniya plotnosti potoka neytronov v obluchatel'nom ustroystve s kadmievym ekranom // Vestnik NYaTs RK. – 2019. – No. 4. – P. 34–37.Nuclear Data Center of KAERI, 2020. http://atom.kaeri.re.kr/ (accessed 23 August 2021).Nuclear Data Center of KAERI, 2020. http://atom.kaeri.re.kr/ (accessed 23 August 2021).Аринкин Ф.М., Шаймерденов А.А., Гизатулин Ш.Х., Дюсамбаев Д.С., Колточник С.Н., Чакров П.В., Чекушина Л.В. Конверсия активной зоны исследовательского реактора ВВР-К // Атомная энергия. – 2017. – № 123. – С. 15–20. https://doi.org/10.1007/s10512-017-0294-0Arinkin F.M., Shaymerdenov A.A., Gizatulin Sh. Kh., Dyusambaev D.S., Koltochnik S.N., Chakrov P.V., Chekushina L.V. Konversiya aktivnoy zony issledovatel'skogo reaktora VVR-K // Atomnaya energiya. – 2017. – No. 123. – P. 15–20. https://doi.org/10.1007/s10512-017-0294-0Шаймерденов А.А., Накипов Д.А., Аринкин Ф.М., Гизатулин Ш.Х., Чакров П.В., Кенжин Е.А. 50 лет исследовательскому реактору ВВР-К // Ядерная физика и инжиниринг. – 2017. – № 5. – С. 413–418.Shaymerdenov A.A., Nakipov D.A., Arinkin F.M., Gizatulin Sh. Kh., Chakrov P.V., Kenzhin E.A. 50 let issledovatel'skomu reaktoru VVR-K // Yadernaya fizika i inzhiniring. – 2017. – No. 5. – P. 413–418.A. A. Shaimerdenov, D. A. Nakipov, F. M. Arinkin, Sh. Kh. Gizatulin, P. V. Chakrov, and Ye. A. Kenzhin The 50th Anniversary of the WWR-K Research Reactor // Physics of Atomic Nuclei. – 2018. – No. 81. – P. 1408– 1411. https://doi.org/10.1134/S1063778818100162A. A. Shaimerdenov, D. A. Nakipov, F. M. Arinkin, Sh. Kh. Gizatulin, P. V. Chakrov, and Ye. A. Kenzhin The 50th Anniversary of the WWR-K Research Reactor // Physics of Atomic Nuclei. – 2018. – No. 81. – P. 1408– 1411. https://doi.org/10.1134/S1063778818100162А. А. Шаймерденов, Ф.М. Аринкин, Ш.Х. Гизатулин, Д.С. Дюсамбаев, С.Н. Колточник, П.В. Чакров, Л.В. Чекушина, И.В. Шаманин Пуск и нейтронно-физические характеристики критического стенда РГП «Институт ядерной физики» РК с низкообогащенной активной зоной // Альтернативная энергетика и экология, № 23 (187), стр. 51–59, – Саров, Россия – 2015.A. A. Shajmerdenov, F.M. Arinkin, Sh.H. Gizatulin, D.S. Djusambaev, S.N. Koltochnik, P.V. Chakrov, L.V. Chekushina, I.V. Shamanin Pusk i nejtronno-fizicheskie harakteristiki kriticheskogo stenda RGP “Institut jadernoj fiziki” RK s nizkoobogashhennoj aktivnoj zonoj // Alʹternativnaâ ènergetika i èkologiâ, №23 (187), pp. 51–59, – Sarov, Russia – 2015.Гуревич М.И., Шкаровский Д.А. Расчет переноса нейтронов методом Монте-Карло по программе MCU: Учебное пособие. Москва: Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ; 2012. 154 с.Gurevich M.I., Shkarovskij D.A. Raschet perenosa nejtronov metodom Monte-Karlo po programme MCU: Uchebnoe posobie. Moscow: National research nuclear university; 2012. 154 p.Abagyan L.P., Glushkov А.Е., Yudkevich M.S. The MCU-REA program with the DLC/MCUDAT 2.1. Nuclear data library DLC/MCUDAT 2.1: report RNC “Kurchatov Institute” Moscow, Russia, 1998. – 1–24 p. – Inv. No. 36/5-98.Abagyan L.P., Glushkov A.E., Yudkevich M.S. The MCU-REA program with the DLC/MCUDAT 2.1. Nuclear data library DLC/MCUDAT 2.1: report RNC “Kurchatov Institute” Moscow, Russia, 1998. – 1–24 p. – Inv. No. 36/5-98.Романова Н.К., Д. C. Сайранбаев, А. Ота, Х. Кавамура, Х. Каназава Расчётные исследования выгорания экрана из кадмия при его длительном использовании для нейтронного легирования кремния // Анищик В.М., Материалы 13-й Межд. конф. ВИТТ-2019, Минск: Издательский центр БГУ, 2019, С. 548–551Romanova N.K., D. C. Sajranbaev, A. Ota, H. Kavamura, H. Kanazava Raschjotnye issledovanija vygoranija jekrana iz kadmija pri ego dlitel'nom ispol'zovanii dlja nejtronnogo legirovanija kremnija // Anishhik V.M., Materialy 13-j Mezhdunarodnoj konferencii VITT-2019, Minsk: BSU, 2019, P. 548–551

The authors declare that there are no conflicts of interest present.