РАСЧЕТ НЕЙТРОННЫХ И ГАММА ПОЛЕЙ В НИШЕ ТЕПЛОВОЙ КОЛОННЫ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО РЕАКТОРА ВВР-К, РАССМАТРИВАЕМОЙ В КАЧЕСТВЕ МЕСТА РАЗМЕЩЕНИЯ ИСТОЧНИКА УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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/10.52676/1729-7885-2022-3-88-93

13. Goorley J.T., et al., 2013. Initial MCNP6 Release Overview - MCNP6 version 1.0, LA-UR-13-22934.

14. 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.

15. 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.)

16. 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.2020.109561

17. Чекушина 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.)

18. 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.)

19. A. 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.2022060104

20. А.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.)

21. 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.2022.110472