В настоящей работе рассмотрено правовое регулирование в области учета и контроля ядерных материалов в Республике Казахстан. Анализируются действующие законы и правила Республики Казахстан в области мирного использования атомной энергии. Приведен перечень существующих ядерных установок и объектов использования атомной энергии на территории республики.

Особое внимание уделено законодательной и регулирующей базе, что обусловлено потенциальной опасностью использования атомной энергии, также наличием материалов и технологий двойного применения, которые могут быть использованы не только в мирных целях. Рассмотрено применение международных гарантий в связи с соглашением между Республикой Казахстан и МАГАТЭ на основе договора о нераспространении ядерного оружия, вступивший в силу 11 августа 1995 года.

Проанализирована деятельность комитет атомного и энергетического надзора и контроля, который в качестве ведомства Министерства Энергетики РК осуществляет контрольные и реализационные функции в сфере использования атомной энергии и электроэнергетики.

Методами ядерной гамма-резонансной спектроскопии (МС), рентгеновской дифракции (РДА) и рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) проведены исследования углей Казахстана Экибастузского, Шубаркольского и Каражыринского месторождений. Установлено, что железо в углях содержится в двух- и трехвалентном состояниях. Двухвалентное железо формирует минерал сидерит FeCO₃, трехвалентное железо – минерал пирит FeS₂. При сжигании угля, как пирит, так и сидерит, при температуре ~ 500 °С разлагаются на Fe, оксид серы SO₂ и двуокись углерода CO₂. Процесс сжигания угля происходит при высоких температурах с образованием золы, содержащей вновь образованные минералы – магнетит Fe₃O₄, гематит α-Fe₂O₃, муллит Al₆Si₂O₃, герценит FeAl₂O₄ в составе ферро- и ценосфер.

В настоящей работе методами мессбауэровской спектроскопии конверсионных электронов, рентгенографии и сканирующей микроскопии исследовали ионно-индуцированные структурно-фазовые превращения в аустенитных нержавеющих сталях 12Х18Н10Т, AISI 316 и AISI 304. Установлено, что электронная структура мессбауэровских атомов в нержавеющих сталях AISI 304 и AISI 316 не отличаются. Следовательно, молибден не оказывает влияния на ближний порядок ⁵⁷Fe в стали AISI 316. Имплантация собственных атомов (⁵⁷Fe) в сталь AISI 316 приводит, как и в случае со сталью AISI 304 и 12Х18Н10Т к мартенситным превращениям. Среди трех сталей наиболее стабильной к ионно-индуцированным структурно-фазовым превращениям оказалась сталь AISI 316.

Исследование радиационной эрозии началось в 50-70-х годах прошлого века. Сравнительно быстро было показано, что удаление атомов и молекул с поверхности при облучении слаботочными пучками ускоренных ионов с энергиями 10²–10⁴ эВ происходит в результате парных столкновений быстрых частиц с атомами вещества, т.е. так называемого столкновительного распыления. Мюоны космических лучей тоже являются высокоэнергетическими заряженными частицами и, следовательно, есть вероятность, что они тоже могут разрушить структуру твердых тел при попадании. Именно это свойство мюонов привело на мысль, что их можно использовать для прогноза и мониторинга землетрясении в сейсмически активных зонах. Мюоны при прохождении в земной каре порождают широкий атмосферный ливень (ШАЛ) и частицы ШАЛ при взаимодействии с атомами определенныхтпород могут разрушит их структуру и в результате это разрушение (трещины) сопровождаетсят акустическимит эффектами.

В настоящее время в космических лучах при энергиях выше 1015 эВ наблюдается определенное число явлений в основном в области ствола (центра) широкого атмосферного ливня (ШАЛ), не укладывающихся в рамки традиционных представлений о ядерно-каскадном процессе в атмосфере. Если учесть, что область ствола радиусом до 10 метров на расстоянии 20–30 км от точки первого взаимодействия частицы, породившей ШАЛ, относится к практически недоступной на ускорителях области псевдобыстрот, то исследование центральной части ШАЛ является хорошим дополнением к ускорительным экспериментам. Возможно также, что в потоке космических лучей при энергии выше 1015 эВ могут присутствовать необычные частицы, которые являются первопричиной наблюдаемых аномальных явлений в экспериментах с космическим излучением и которые из-за своих свойств не наблюдаются в экспериментах на ускорителях. Комплексная установка «АДРОН-55» расположена на высоте 3340 метров над уровнем моря и входит в состав единой системы регистрации частиц космического излучения на Тянь-Шаньской высокогорной научной станции. Установка «АДРОН-55» нацелена на решение ряда астрофизических и ядерно-физических задач: исследовании взаимодействий высокоэнергичных адронов в центральной части стволов ШАЛ, поиск источников космических лучей высоких энергий.

Неравномерность (высотная и радиальная) распределения нейтронного поля в активной зоне, в том числе и в облучательных каналах исследовательских реакторов, является одной из важных задач, которую необходимо решать при нейтронно-трансмутационном легировании полупроводников. С 2017 года на критическом стенде Института ядерной физики (г. Алматы, Республика Казахстан) совместно с Chiyoda Technol Corporation (Япония) ведутся работы по разработке облучательного устройства с максимальным сглаживанием высотной неравномерности. На сегодня разработанное устройство позволяет снизить высотную неравномерность с 18% до 4%.ьВ настоящей работе приведены методики измерения высотного распределения плотности потока нейтронов и результаты экспериментов на критическом стенде. Для поглощения тепловых нейтронов использовался кадмий. Облучательное устройство имеет кадмиевый экран, который был сформирован из колец кадмия толщиной 0,5 мм и высотой от 3 мм до 5 мм.

С 2019 года в институте атомной энергии проводятся работы по модернизации информационно-управляющей системы экспериментального стенда «EAGLE». В настоящий момент сформулированы задачи, которые будут решены в результате проведения модернизации, разрабатываются алгоритмы обработки данных от первичных преобразователей, способы визуализации и представления информации на экранах операторов пультов. Итогом данной работы будет являться совершенствование процесса контроля, регистрации, отображения экспериментальной информации на стенде «EAGLE».

Проведено сравнительное изучение постэксплуатационных изменений структурно-фазового состояния, намагниченности, распухания и коррозионных свойств образцов конструкционной реакторной стали 12Х18Н10Т, вырезанных из стенок шестигранных чехлов отработавших тепловыделяющих сборок с различных отметок по высоте от центра активной зоны ядерного реактора БН-350. Исследования процессов старения высокооблученной коррозионностойкой аустенитной стали показали, что в результате изохронных отжигов в области 400÷450ºС наблюдается эффект роста намагниченности, инициируются процессы зарождения дефектов различной морфологии, изменения их плотности и размеров, что определяет степень распухания. Установлена взаимосвязь радиационного распухания с эволюцией дефектной структуры, плотностью, намагниченностью и сопротивлением коррозии аустенитной стали.

В соответствии с целью программы обеспечения эффективности научных исследований на установке КТМ в 2008 году на базе филиала ИАЭ РГП НЯЦ РК был создан экспериментальный испытательный имитационный стенд с плазменно-пучковой установкой, роль которого обусловлена испытанием образцов малых размеров из перспективных конструкционных материалов и наладке диагностического оборудования термоядерных реакторов. Установка ориентирована на универсальность и возможность быстрой переналадки для решения различных специализированных задач, а также имеет широкие возможности и позволяет проводить испытание материалов в условиях комплексного воздействия на них как плазменного потока, так и мощной тепловой нагрузки.

Приведен обзор стационарных линейных симуляторов плазмы, используемых для исследования взаимодействия плазмы с поверхностью применительно к термоядерным установкам и моделирования их пристеночной плазмы. Взаимодействие плазмы с поверхностью является важной проблемой создания защитных материалов для Международного Термоядерного Экспериментального Реактора (ИТЭР). К основным, обращенным к плазме компонентам, относятся первая стенка и дивертор. Основные функции дивертора заключаются в поглощении теплового потока, выходящего из пристеночной плазмы, и отводе гелия, который является продуктом сгорания в реакции термоядерного синтеза. Отдельно рассмотрены установки относительно небольших размеров с ограниченными возможностями и крупные линейные симуляторы мощностью в несколько десятков кВт с разнообразными средствами диагностики. На современных линейных симуляторах температура и плотность генерируемой плазмы близки к плазме SOL (scrap-off layer), тем самым актуально исследование процессов, непосредственно влияющих на материалы компонентов, такие как распыление атомов поверхности и изучение эрозии, внедрение в поверхность инородных частиц или напыление, модификация рельефа поверхности, блистерообразование.

На основе данной статьи в качестве местного сырья была подготовлена высоковольтная фарфоровая керамика. По ГОСТ 7025-91 были определены плотность, водопоглощение, количество объемной усадки. Был проведен структурный анализ с помощью растрового электронного микроскопа, а так же проведен рентгено-фазовый анализ на дифрактрометре Xpert PRO. Было установлено, что в исходном состоянии керамика состоит из гексагональной решетки (SiO₂) и в малом количестве из моноклинной фазы, выше тепературы 1150 °С состоит из гексагональной (SiO₂), орторомбической решетки, а так же содержит муллит (Al₂Si₂O₁₃).

В Казахстане продолжительное время ведутся работы по обоснованию возможности использования атомной энергии для индустриального развития страны. В данной статье приводится обзор проделанной работы по разработке маркетингового раздела технико-экономического обоснования строительства атомной станции в Республике Казахстан, в части касающейся сравнительного анализа имеющихся на рынке реакторных технологий. Анализ проектов реакторов для потенциально возможного строительства в Республике Казахстан проводился по разработанной специалистами РГП «Национальный ядерный центр РК» системе критериев оценки. В ходе проведенной оценки были предложены наиболее перспективные проекты реакторов для возможного строительства в Республике Казахстан.

Настоящая работа посвящена вопросам создания реакторов, обеспечивающих высокую эффективность использования природного сырья для топливных материалов реакторов, возможности повышения темпов развития атомной энергетики в ближайшем будущем. Показаны пути и этапы достижения данных целей, в том числе на примере работ сотрудников НЯЦ РК. Используемые на начальном этапе технические решения основаны на снижении потерь нейтронов в тепловых реакторах, на применении в качестве делящегося вещества ²³³U. Решение проблемы снижения активности нуклидов в цепочке ²³²U привели к возможности повышения доли делений на быстрых нейтронах в топливе теплового реактора. Созданный перспективный тип быстро-теплового реактора обеспечивает повышение доли деления на быстрых нейтронах до 30%, при небольшом количестве и содержании делящихся веществ, характерных для теплового реактора.

На современном этапе развития космонавтики актуальными являются полеты к Луне и на геостационарную орбиту. Рост энерговооруженности таких полетов требует создания инновационных технологий. Среди таких технологий рассматриваются ядерные ракетные двигатели и двигатели с использованием солнечной энергии. По оценкам технология солнечных двигателей выигрывает в экономическом и экологическом отношении. В ряде проектов такие двигатели используют промежуточные аккумуляторы тепловой энергии, что усложняет и удорожает конструкцию. В рассматриваемом варианте используется схема, обеспечивающая возможность работы солнечного двигателя при любой ориентации направления тяги по отношению к солнцу. Показана зависимость удельной тяги такого двигателя от максимальной температуры нагрева рабочего тела (водорода). Такие двигатели обеспечивают возможность возврата к Земле со скоростью 8 км/с вместо 11 км/с, что повышает безопасность полетов и делает эффективным повторное использование двигательной установки.

Ядерные реакторы на основе деления тяжелых ядер были созданы спустя десятилетие после открытия деления урана под действием нейтронов. Попытки создания реакторов на основе синтеза легких ядер продолжаются более семи десятилетий. Основное направление их осуществления повторяет природные технологии – осуществление реакций под действием высоких (звездных) температур. Это направление столкнулось с массой проблем, и в современном понимании требует для свей реализации огромных вложений. Имеются разработки на основе использования ускорительной техники. В предлагаемой работе проведена оценка возможности создания реакторов синтеза с использованием встречных пучков ионов реакций D-D, D-T, D-3He. Показаны технические решения применимые для их осуществления, преимущества таких ректоров перед термоядерными реакторами, возможности наработки для них топлива и возникающие проблемы.

Переход авиации на турбореактивные двигатели, активно начавшийся в сороковые годы 20-го столетия, позволил существенно повысить скорости полетов, за счет устранения проблем, связанных с особенностями работы про- пеллера на больших скоростях. Долгие годы полеты с турбореактивными двигателями на относительно малых скоростях (до 500–700 км/час) были менее экономичными, чем на поршневых пропеллерных самолетах. Развитие технологии авиационных турбин во многом устранило недостатки в области экономичности. Однако, сами двигатели стали сложнее, дороже, а темпы повышения экономичности в последние годы невелики. Повышаются общие расходы топлива в связи с ростом объемов перевозок. Многие проблемы в данном направлении могут быть решены при использовании экономичных роторно-лепестковых двигателей внутреннего сгорания. Показаны возможные технические решения развития данного направления.

Целю данной работы являлось исследование покрытий, нанесенных детонационным методом на поверхность нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Для нанесения детонационных покрытий использовался комплекс CCDS, а для определения структуры и микротвердости покрытия – установка рентгеноструктурного анализа Xpert PRO (U = 40 кВ, I = 30 мА CuKα), сканирующий электронный микроскоп (SEM) Phenom ProX и микротвердомер DuraScan-20. На поверхности стали детонационным методом было получено покрытие Al₂O₃ и ZrO₂, толщиной 500 мкм и 1100 мкм. Измерялась толщина покрытия и проводился элементный анализ. На основании литературных обзоров и исследований было установлено, что нанесение различных покрытий на металлы повышает их физико-механические и трибологические свойства.

В работе представлены результаты анализа сварных соединенийх трубопровода системы охлаждения теплоносителя реактора ИВГ.1М. Определено, что в системе охлаждения отсутствуют дефекты, оказывающие наибольшее влияние на качество сварных соединений (трещины, несплавления в корне швов). Приведена технология сварки трубопровода.

Представлены результаты коррозионного повреждения поверхности фрагментов чехла ОТВС после нейтронного облучения в реакторе БН-350 и последующего «мокрого» хранения. Определено относительное значение прогиба фрагментов чехла в результате радиационного распухания и ползучести ТВС.

С 2015 года рентгеноструктурные исследования в Институте атомной энергии проводятся на современном рентгеновском дифрактометре «Empyrean» фирмы Panalytical. «Empyrean» – уникальный по своим возможностям рентгеновский дифрактометр с вертикально расположенным гониометром высокого разрешения, который сочетает возможности классического порошкового и исследовательского дифрактометра. Ряд работ по бюджетным программам, коммерческим и грантовым проектам включает в себя проведение рентгеноструктурных исследований. В каждой работе образцы имеют характерные особенности (геометрические размеры, толщина, радиоактивность материала и пр.), которые необходимо учитывать при съемке дифрактограмм. Важно обеспечить воспроизводимость дифрактограмм для нескольких образцов, простоту способа пробоподготовки, приемлемость для работы с точки зрения радиационной безопасности. Для обеспечения составляющих качества дифрактограмм, а также в целях экономии ресурса рентгеновской трубки необходимо стремиться к тому, чтобы получать необходимую информацию по минимальному количеству дифрактограмм. В статье представлена часть методики рентгенофазового анализа, которая успешно применяется при исследованиях конструкционных и топливных материалов.

В данной работе представлены экспериментальные результаты исследования структурных и фазовых изменений нитрид-титановых (TiN) покрытий при термическом и электронном облучении. Непрерывное электронное облучение покрытых образцов проводили на ускорителе ЭЛВ-4. Установлено, что электронное облучение с энергией электронов 1,3 МэВ и интегральной дозой облучения 0.52·10¹⁹ e⁻/см² приводит к увеличению микротвердости покрытий TiN на 20%. Установлено, что основным фактором увеличения микротвердости покрытия после электронного облучения в вышеуказанных режимах является образование новых фаз, в частности интерметаллида Co₂Ti.

В работе представлены результаты исследования распределения искусственных радионуклидов по агрегатным фракциям почв на следах радиоактивных выпадений в районе двух скважин – № 1301 и № 1077 (бывшая испытательная площадка «Балапан»), где были осуществлены подземные ядерные испытания, различающиеся по характеру фактической радиационной обстановки. В районе скважины № 1301, где подземный ядерный взрыв сопровождался непредвиденным выходом в атмосферу радиоактивных продуктов взрыва, наибольшая аккумуляция ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr происходит во фракциях размером от 250 до 1000 мкм. Распределение ²⁴¹Am и ^239+240Pu характеризуется двумя различающимися тенденциями – преимущественным обогащением фракций размером от 250 до 1000 мкм в ближней зоне следа (до 250 м) и преимущественным обогащением фракций размером 5–8 мкм и <1 мкм на удаленном участке следа (от 700 до 2500 м). В районе скважины № 1077, где предполагается, что подземный взрыв сопровождался истечением радиоактивных инертных газов, ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr преимущественно сконцентрированы во фракциях размером менее 5 мкм, ²⁴¹Am и ^239+240Pu – во фракциях размером 8–40 мкм и <1 мкм.