nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2024-3-49-55nuc-683Research ArticleСтатьиРАСЧЕТ НЕЙТРОННЫХ И ГАММА ПОЛЕЙ В НИШЕ ТЕПЛОВОЙ КОЛОННЫ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО РЕАКТОРА ВВР-К, РАССМАТРИВАЕМОЙ В КАЧЕСТВЕ МЕСТА РАЗМЕЩЕНИЯ ИСТОЧНИКА УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВCALCULATION OF NEUTRON AND GAMMA FIELDS IN THE NICHE OF THE THERMAL COLUMN OF THE WWR-K RESEARCH REACTOR, CONSIDERED AS THE LOCATION OF THE ULTRACOLD NEUTRON SOURCEТурлыбекулыК.TurlybekulyK.

Алматы

Дубна

Almaty

Dubna

k.turlybekuly@inp.kzШаймерденовА. А.ShaimerdenovA. A.

Алматы

Almaty

ashaimerdenov@inp.kzСайранбаевД. С.SairanbayevD. S.

Алматы

Almaty

d.sairanbayev@inp.kzШапироД. Д.ShapiroD.

Алматы

Almaty

d.shapiro@inp.kzМухаметулыБ.MukhametulyB.

Дубна

Dubna

bagdaulet_m@mail.ruБаяхметовО.BayakhmetovO.

Алматы

Almaty

o.bayahmetov@inp.kzСахиевС. К.SakhiyevS. K.

Алматы

Almaty

s.sakhi@inp.kzРГП «Институт ядерной физики» МЭ РК; Объединенный институт ядерных исследованийРоссияRSE “Institute of Nuclear Physics” ME RK; Joint Institute for Nuclear ResearchRussian FederationРГП «Институт ядерной физики» МЭ РККазахстанRSE “Institute of Nuclear Physics” ME RKKazakhstanОбъединенный институт ядерных исследованийРоссияJoint Institute for Nuclear ResearchRussian Federation202430092024034955Copyright © Турлыбекулы К., Шаймерденов А.А., Сайранбаев Д.С., Шапиро Д.Д., Мухаметулы Б., Баяхметов О., Сахиев С.К., 20242024Турлыбекулы К., Шаймерденов А.А., Сайранбаев Д.С., Шапиро Д.Д., Мухаметулы Б., Баяхметов О., Сахиев С.К.Turlybekuly K., Shaimerdenov A.A., Sairanbayev D.S., Shapiro D., Mukhametuly B., Bayakhmetov O., Sakhiyev 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/683

ВВР-К (Водо-Водяной Реактор - Казахстанский) был перезапущен после капитальной модернизации, связанной с его конверсией на низкообогащенное урановое (НОУ) топливо, и с сентября 2016 года работает на НОУ топливе. Реактор, построенный в 1967 году, был значительно модернизирован в соответствии с современными требованиями безопасности. Этот важный источник нейтронов в Казахстане служит различным целям, таким как фундаментальные и прикладные исследования в области физики, химии, биологии, материаловедения, а также для радиационной обработки материалов и производства радиоизотопов. Он также применяется для подготовки кадров. На базе реактора ВВР-К планируется запустить проекты по приборостроению, которые позволят установить базовый набор экспериментальных станций. Значительные усилия будут прилагаться для создания источника ультрахолодных нейтронов (УХН), что позволит расширить исследовательские возможности. Для этого предлагается использовать нишу тепловой колонны – горизонтальный канал большого диаметра, позволяющий облучать объекты с размерами до 1000 мм. Кроме того, в нише тепловой колонны имеются четыре радиальных канала, которые могут быть использованы для вывода холодных (10−6–10−3 эВ) и очень холодных (10−7–10−6 эВ) нейтронов. В статье приведены расчеты пространственного и энергетического распределений нейтронного и гамма-полей для текущей и для содержащей дополнительный замедлитель конфигураций ниши тепловой колонны реактора ВВР-К. Показано, что конфигурация с дополнительным замедлителем не приводит к увеличению полей медленных нейтронов (<1 эВ), и имеющаяся толщина замедлителя является оптимальной.

WWR-K (Water-Water Reactor - Kazakhstan) was restarted after a major modernization related to its conversion to low enriched uranium (LEU) fuel and has been operating on LEU fuel since September 2016. The reactor, built in 1967, has been significantly modernized to meet modern safety requirements. This important neutron source in Kazakhstan serves various purposes, such as basic and applied research in physics, chemistry, biology, materials science, as well as for radiation treatment of materials and production of radioisotopes. It is also used for training. Instrumentation projects are planned to be launched on the basis of the WWR-K reactor to install a basic set of experimental stations. Significant efforts will be made to develop an ultracold neutron (UCN) source, which will expand research capabilities. For this purpose, it is proposed to use the niche of thermal column, a large diameter horizontal channel that allows irradiation of objects up to 1000 mm in size. In addition, the niche of thermal column has four radial channels that can be used to extract cold (10−6–10−3 eV) and very cold (10−7–10−6 eV) neutrons. The paper presents calculations of spatial and energy distributions of neutron and gamma fields for the current and for the additional moderator configuration of the niche of thermal column of the WWR-K reactor. It is shown that the configuration with additional moderator does not lead to an increase in the slow neutron fields (<1 eV), and the existing moderator thickness is optimal.

ВВР-К реакторнейтроныгамма квантыниша тепловой колоннынейтронный замедлительMCNPWWR-K reactorneutronsgamma quantaniche of thermal columnneutron moderatorMCNPМинистерства науки и высшего образования Республики КазахстанReferencesA. A. Shaimerdenov, D. A. Nakipov, F. M. Arinkin, et al. The 50th Anniversary of the WWR-K Research Reactor // Physics of Atomic Nuclei. – 2018. − Vol. 81. − No. 10. − P. 1408–1411.A. A. Shaimerdenov, D. A. Nakipov, F. M. Arinkin, et al. The 50th Anniversary of the WWR-K Research Reactor // Physics of Atomic Nuclei. – 2018. − Vol. 81. − No. 10. − P. 1408–1411.Shaimerdenov A., Gizatulin S., Dyussambayev D., Askerbekov S., Kenzhina I. The WWR-K reactor experimental base for studies of the tritium release from materials under irradiation // Fusion Science and Technology. – 2020. − Vol. 76(3). − P. 304–313.Shaimerdenov A., Gizatulin S., Dyussambayev D., Askerbekov S., Kenzhina I. The WWR-K reactor experimental base for studies of the tritium release from materials under irradiation // Fusion Science and Technology. – 2020. − Vol. 76(3). − P. 304–313.P. Blynskiy, Ye. Chikhray, T. Kulsartov et al. Experiments on tritium generation and yield from lithium ceramics during neutron irradiation // International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. − Vol. 46. − No. 13. − P. 9186–9192.P. Blynskiy, Ye. Chikhray, T. Kulsartov et al. Experiments on tritium generation and yield from lithium ceramics during neutron irradiation // International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. − Vol. 46. − No. 13. − P. 9186–9192.Timur Kulsartov, Asset Shaimerdenov, Zhanna Zaurbekova et al. Features of the in-situ experiments on studying of tritium release from lithium ceramic Li2TiO3 using vacuum extraction method // Fusion Engineering and Design. – 2021. − Vol. 172. − P. 112703.Timur Kulsartov, Asset Shaimerdenov, Zhanna Zaurbekova et al. Features of the in-situ experiments on studying of tritium release from lithium ceramic Li2TiO3 using vacuum extraction method // Fusion Engineering and Design. – 2021. − Vol. 172. − P. 112703.Timur Kulsartov, Yergazy Kenzhin, Regina Knitter et al. Investigation of hydrogen and deuterium impact on the release of tritium from two-phase lithium ceramics under reactor irradiation // Nuclear Materials and Energy. – 2022. − Vol. 30. − P. 101115.Timur Kulsartov, Yergazy Kenzhin, Regina Knitter et al. Investigation of hydrogen and deuterium impact on the release of tritium from two-phase lithium ceramics under reactor irradiation // Nuclear Materials and Energy. – 2022. − Vol. 30. − P. 101115.V.S. Gnyrya, Yu.I. Tyurin, P.F. Kashaykin et al. A technique for conducting of reactor in-situ tests of optical fibres and FBG-sensors intended for in-vessel applications in thermonuclear facilities // Fusion Engineering and Design. – 2023. − Vol. 191, − P. 113787.V.S. Gnyrya, Yu.I. Tyurin, P.F. Kashaykin et al. A technique for conducting of reactor in-situ tests of optical fibres and FBG-sensors intended for in-vessel applications in thermonuclear facilities // Fusion Engineering and Design. – 2023. − Vol. 191, − P. 113787.Timur Kulsartov, Zhanna Zaurbekova, Yevgen Chikhray Features of Helium and Tritium Release from Li2TiO3 Ceramic Pebbles under Neutron Irradiation // Materials. – 2023. – Vol. 16(17). – P. 5903.Timur Kulsartov, Zhanna Zaurbekova, Yevgen Chikhray Features of Helium and Tritium Release from Li2TiO3 Ceramic Pebbles under Neutron Irradiation // Materials. – 2023. – Vol. 16(17). – P. 5903.Timur Kulsartov, Inesh Kenzhina, Regina Knitter Influence of various gases and water vapors on the processes of tritium release from two-phase lithium ceramics // Fusion Engineering and Design. – 2024. − Vol. 202. − P. 114302.Timur Kulsartov, Inesh Kenzhina, Regina Knitter Influence of various gases and water vapors on the processes of tritium release from two-phase lithium ceramics // Fusion Engineering and Design. – 2024. − Vol. 202. − P. 114302.D.S. Sairanbayev, Sh. Kh. Gizatulin, A.N. Gurin et al. Optimizing irradiation conditions for natural molybdenum in WWR-K reactor // Nuclear Engineering and Technology, In Press, Corrected Proof.D.S. Sairanbayev, Sh. Kh. Gizatulin, A.N. Gurin et al. Optimizing irradiation conditions for natural molybdenum in WWR-K reactor // Nuclear Engineering and Technology, In Press, Corrected Proof.D. Sairanbayev, S. Koltochnik, A. Shaimerdenov et al. Analysis of lutetium-177 production at the WWR-K research reactor // Applied Radiation and Isotopes. – 2021. − Vol. 169. − P. 109561.D. Sairanbayev, S. Koltochnik, A. Shaimerdenov et al. Analysis of lutetium-177 production at the WWR-K research reactor // Applied Radiation and Isotopes. – 2021. − Vol. 169. − P. 109561.D.S. Dyussambayev, M.T. Aitkulov, A.A. Shaimerdenov, et al. TITAN neutron imaging facility performance // Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A. – 2022. – 167078.D.S. Dyussambayev, M.T. Aitkulov, A.A. Shaimerdenov, et al. TITAN neutron imaging facility performance // Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A. – 2022. – 167078.N. K. Romanova, Sh. Kh. Gizatulin, D. S. Sairanbayev et al. Computational study of radiation characteristics in the niche of the experimental devices of the WWR-K reactor // NNC RK Bulletin. – 2022. Issue 3. – P. 88–93. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2022-3-88-93N. K. Romanova, Sh. Kh. Gizatulin, D. S. Sairanbayev et al. Computational study of radiation characteristics in the niche of the experimental devices of the WWR-K reactor // NNC RK Bulletin. – 2022. Issue 3. – P. 88–93. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2022-3-88-93Goorley J.T., et al., 2013. Initial MCNP6 Release Overview - MCNP6 version 1.0, LA-UR-13-22934.Goorley J.T., et al., 2013. Initial MCNP6 Release Overview - MCNP6 version 1.0, LA-UR-13-22934.Brown D. A., Chadwick M. B., Capote R., Kahler A. C., Trkov A., Herman M.W. end et. al., 2011. ENDF/B-VII.1 Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fission Product Yields and Decay Data. Nuclear Data Sheets. 112, 2887-2996.Brown D. A., Chadwick M. B., Capote R., Kahler A. C., Trkov A., Herman M.W. end et. al., 2011. ENDF/B-VII.1 Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fission Product Yields and Decay Data. Nuclear Data Sheets. 112, 2887-2996.Д.С. Сайранбаев, С.Н. Колточник, А.А. Шаймерденов, М.Ш. Тулегенов, Е.А. Кенжин, К. Цучия Динамика изменения эксплуатационных параметров реактора ВВР-К при постепенной замене водяного отражателя на бериллиевый // Известия вузов. Физика. – 2020. – № 12. – Т. 63. – С. 102–113. https://doi.org/10.17223/00213411/63/12/102 [D.S. Sayranbaev, S.N. Koltochnik, A.A. Shaymerdenov, M.Sh. Tulegenov, E.A. Kenzhin, K. Tsuchiya Dinamika izmeneniya ekspluatatsionnykh parametrov reaktora VVRK pri postepennoy zamene vodyanogo otrazhatelya na berillievyy // Izvestiya vuzov. Fizika. – 2020. – No. 12. – Vol. 63. – P. 102–113.] (In Russ.)D.S. Sayranbaev, S.N. Koltochnik, A.A. Shaymerdenov, M.Sh. Tulegenov, E.A. Kenzhin, K. Tsuchiya Dinamika izmeneniya ekspluatatsionnykh parametrov reaktora VVRK pri postepennoy zamene vodyanogo otrazhatelya na berillievyy // Izvestiya vuzov. Fizika. – 2020. – No. 12. – Vol. 63. – P. 102–113. (In Russ.)D. Sairanbayev, S. Koltochnik, A. Shaimerdenov, Y. Chakrova, A. Gurin, Y. Kenzhin Analysis of lutetium-177 production at the WWR-K research reactor // Applied radiation and isotopes. – Vol. 169. – 2021. – P. 109561. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2020.109561D. Sairanbayev, S. Koltochnik, A. Shaimerdenov, Y. Chakrova, A. Gurin, Y. Kenzhin Analysis of lutetium-177 production at the WWR-K research reactor // Applied radiation and isotopes. – Vol. 169. – 2021. – P. 109561. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2020.109561Чекушина Л.В., Колточник С.Н., Сайранбаев Д.С., Гизатулин Ш.Х., Шаймерденов А.А., Накипов Д.А., Кенжин Е.А. Опыт эксплуатации ВВР-К с бериллиевым отражателем и низкообогащенным урановым топливом // Атомная энергия. – 2021. – Т. 130. – № 5. – С. 295–298. [Chekushina L.V., Koltochnik S.N., Sayranbaev D.S., Gizatulin Sh.Kh., Shaymerdenov A.A., Nakipov D.A., Kenzhin E.A. Opyt ekspluatatsii VVR-K s berillievym otrazhatelem i nizkoobogashchennym uranovym toplivom // Atomnaya energiya. – 2021. – Vol. 130. – No. 5. – P. 295–298.] (In Russ.)Chekushina L.V., Koltochnik S.N., Sayranbaev D.S., Gizatulin Sh.Kh., Shaymerdenov A.A., Nakipov D.A., Kenzhin E.A. Opyt ekspluatatsii VVR-K s berillievym otrazhatelem i nizkoobogashchennym uranovym toplivom // Atomnaya energiya. – 2021. – Vol. 130. – No. 5. – P. 295–298.] (In Russ.)Айткулов М.Т., Дюсамбаев Д.С., Аханов А.М., Киселев К.С., Бұғыбай Ж.Т., Романова Н.К., Гизатулин Ш.Х., Шаймерденов А.А., Накипов Д.А. Анализ возможности радиационного окрашивания топазов в реакторе ВВР-К // Вестник КазНУ. Серия Физическая (ВКФ). – 2021. – Вып 4 (79). – С. 42–48. https://doi.org/10.26577/RCPh.2021.v79.i4.06 [Aytkulov M.T., Dyusambaev D.S., Akhanov A.M., Kiselev K.S., Bұғybay Zh.T., Romanova N.K., Gizatulin Sh.Kh., Shaymerdenov A.A., Nakipov D.A. Analiz vozmozhnosti radiatsionnogo okrashivaniya topazov v reaktore VVR-K // Recent Contributions to Physics. – 2021. – Issue 4 (79). – P. 42–48.] (In Russ.)Aytkulov M.T., Dyusambaev D.S., Akhanov A.M., Kiselev K.S., Bұғybay Zh.T., Romanova N.K., Gizatulin Sh.Kh., Shaymerdenov A.A., Nakipov D.A. Analiz vozmozhnosti radiatsionnogo okrashivaniya topazov v reaktore VVR-K // Recent Contributions to Physics. – 2021. – Issue 4 (79). – P. 42–48.] (In Russ.) https://doi.org/10.26577/RCPh.2021.v79.i4.06A. Shaimerdenov, D. Sairanbayev, D. Dyussambayev, S. Gizatulin, D. Nakipov, Z. Bugubay Computational analysis of a neutron trap in the center of the WWR-K reactor core for irradiation tests of large-sized objects // Eurasian Journal of Physics and Functional Materials. – Vol. 6. – 2022. – p.38-46. https://doi.org/10.32523/ejpfm.2022060104A. Shaimerdenov, D. Sairanbayev, D. Dyussambayev, S. Gizatulin, D. Nakipov, Z. Bugubay Computational analysis of a neutron trap in the center of the WWR-K reactor core for irradiation tests of large-sized objects // Eurasian Journal of Physics and Functional Materials. – Vol. 6. – 2022. – p.38-46. https://doi.org/10.32523/ejpfm.2022060104А.А. Шаймерденов, А.М. Аханов, Д.С. Сайранбаев, М.Т. Айткулов, К.С. Киселев, Ж.Т. Буғыбай, М.С. Мережко, А.Т. Мухамеджанова Расчетное обоснование экспериментов по облучению литиевой керамики в реакторе ВВР-К // Вестник КазНУ. Серия Физическая (ВКФ). – 2022. – Вып. 3 (82). – С. 27–36. https://doi.org/10.26577/RCPh.2022.v82.i3.05 [Shaimerdenov, A., Akhanov, A., Sairanbayev, D., Aitkulov, M., Kisselyov, K., Bugybay, Z., Merezhko, M., & Mukhamejanova, A. (2022). Raschetnoe obosnovanie eksperimentov po oblucheniyu litievoy keramiki v reaktore VVR-K // Recent Contributions to Physics. – 2022. – Issue 3 (82). P. 27–36.] (In Russ.)Shaimerdenov, A., Akhanov, A., Sairanbayev, D., Aitkulov, M., Kisselyov, K., Bugybay, Z., Merezhko, M., & Mukhamejanova, A. (2022). Raschetnoe obosnovanie eksperimentov po oblucheniyu litievoy keramiki v reaktore VVR-K // Recent Contributions to Physics. – 2022. – Issue 3 (82). P. 27–36. (In Russ.)A.M. Akhanov, M.T. Aitkulov, D.S. Sairanbayev, Sh.Kh Gizatulin, N.K. Romanova, A.A. Shaimerdenov, Y.V. Chikhray, Zh Ualzhanov, T.K. Zholdybayev Irradiation capsule design for neutron coloration of topaz in a WWR-K reactor // Applied Radiation and Isotopes. – 2022. – Vol. 190. – P. 110472. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2022.110472A.M. Akhanov, M.T. Aitkulov, D.S. Sairanbayev, Sh.Kh Gizatulin, N.K. Romanova, A.A. Shaimerdenov, Y.V. Chikhray, Zh Ualzhanov, T.K. Zholdybayev Irradiation capsule design for neutron coloration of topaz in a WWR-K reactor // Applied Radiation and Isotopes. – 2022. – Vol. 190. – P. 110472. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2022.110472

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