1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 7, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 7, стр. 63-70

Вращающаяся водоохлаждаемая бериллиевая мишень компактного источника нейтронов

П. В. Швец a, *, П. А. Прокопович a, Е. И. Фатьянов a, Е. С. Клементьев a, А. Р. Мороз b, Н. А. Коваленко b, c, А. Ю. Гойхман a

a Научно-образовательный центр “Функциональные наноматериалы”, Балтийский федеральный университет им. И. Канта
236041 Калининград, Россия

b НИЦ Курчатовский институт – Санкт-Петербургский институт ядерной физики
188300 Гатчина, Россия

c НИЦ Курчатовский институт
123182 Москва, Россия

* E-mail: pshvets@kantiana.ru

Поступила в редакцию 28.12.2022
После доработки 17.02.2023
Принята к публикации 17.02.2023

Аннотация

При сокращающемся числе нейтронных источников в мире и выводе из эксплуатации исследовательских реакторов все большее внимание привлекают проекты по разработке компактных источников нейтронов. Проект DARIA предполагает использование пучка протонов, ускоренного до энергии 13 МэВ, который, попадая в бериллиевую мишень, создает пучок нейтронов посредством ядерной реакции (p, n). Выход реакции составляет три нейтрона на 1000 протонов, поэтому в этом процессе большая часть энергии протонного пучка выделяется в виде тепла в мишени. Интенсивный нагрев бериллиевой мишени в отсутствие достаточного теплоотвода может привести к ее разрушению. Разработана система для эффективного отвода тепла от бериллиевой мишени в процессе ее облучения протонным пучком. Она представляет собой вращающуюся бериллиевую мишень с водяным охлаждением и способна отводить большую тепловую мощность с внутренней (обращенной к воде) поверхности мишени. Для предложенной системы были проведены численные расчеты скорости и давления охлаждающей жидкости. Были рассчитаны предельное давление, приводящее к разрушению мишени, и потоки, соответствующие этому предельному давлению. Термодинамические расчеты позволили оценить, как среднюю температуру системы, так и пиковые локальные температуры из-за нагрева короткими высокоэнергетическими импульсами.

Ключевые слова: компактный источник нейтронов, DARIA, мишенная сборка, численное моделирование, термодинамические расчеты, бериллий, водоохлаждаемая вращающаяся мишень.

Список литературы

  1. Amaldi E. // Phys. Rep. 1984. V. 111. № 1–4. P. 1. https://www.doi.org/10.1016/0370-573(84)90214-X

  2. Аксенов В.Л. // Природа. 1996. № 2. С. 3.

  3. Vetter J.E. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1981. V. 28. № 3. P. 3455. https://www.doi.org/10.1109/TNS.1981.4332134

  4. Carpenter J.M. // EPJ Web Conf. 2020. V. 231. P. 01001. https://www.doi.org/10.1051/epjconf/202023101001

  5. Jeon B., Kim J., Lee E., Moon M., Cho S., Cho G. // Nucl. Engin. Technol. 2020. V. 52. № 3. P. 633. https://www.doi.org/10.1016/j.net.2019.08.019

  6. Yamagata Y., Hirota K., Ju J., Wang S., Morita S., Kato J., Otake Y., Taketani A., Seki Y., Yamada M., Ota H., Bautista U., Jia Q. // J. Radioanalyt. Nucl. Chem. 2015. V. 305. P. 787. https://www.doi.org/10.1007/s10967-015-4059-8

  7. Inada T., Kawachi K., Hiramoto T. // J. Nucl. Sci. Technol. 1968. V. 5. № 1. P. 22. https://www.doi.org/10.1080/18811248.1968.9732391

  8. Патент № 2 640 396 C2 (РФ). Мишень для генерации нейтронов / Кэнсэр Интеллидженс КЭА Системс, ИНК. Сиода Сигео, Накамура Масару // 2018.

  9. Патент № 2 610 301 C1 (РФ). Нейтроногенерирующая мишень / Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Таскаев С.Ю., Баянов Б.Ф. // 2017.

  10. Willis C., Lenz J., Swenson D. // Proc. LINAC08. 2009. P. 223.

  11. Bayanov B., Belov V., Taskaev S. // J. Phys.: Conf. Ser. 2006. V. 41. P. 460. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/41/1/051

  12. Neutron Generators for Analytical Purposes. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2012. P. 145.

  13. Sordo F., Fernandez-Alonso F., Terrón S., Magán M., Ghiglino A., Martinez F., Bermejo F.J., Perlado J.M. // Phys. Proced. 2014. V. 60. P. 125. https://www.doi.org/10.1016/j.phpro.2014.11.019

  14. Paul M., Tessler M., Friedman M., Halfon S., Palchan T., Weissman L., Arenshtam A., Berkovits D., Eisen Y., Eliahu I., Feinberg G., Kijel D., Kreisel A., Mardor I., Shimel G., Shor A., Silverman I. // Eur. Phys. J. A. 2019. V. 55. P. 44. https://www.doi.org/10.1140/epja/i2019-12723-5

  15. Reed C.B., Nolen J.A., Specht J.R., Novick V.J., Plotkin P. // Nucl. Phys. A. 2004. V. 746. P. 161. https://www.doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2004.09.127

  16. Nakamura H., Agostini P., Ara K. et al. // Fusion Engin. Design. 2008. V. 83. № 7–9. P. 1007. https://www.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2008.06.014

  17. Sekine K., Mitamura Y., Murabayashi S., Nishimura I., Yozu R., Kim D.-W. // Artificial Organs. 2003. V. 27. № 10. P. 892. https://www.doi.org/10.1046/j.1525-1594.2003.00035.x

  18. Szydlo Z., Ochoński W., Zachara B. // Tribotest. 2005. V. 11. № 4. P. 345. https://www.doi.org/10.1002/tt.3020110406

  19. Nakatsuka K. // J. Magn. Magn. Mater. 1993. V. 122. № 1–3. P. 387. https://www.doi.org/10.1016/0304-8853(93)91116-O

  20. Subbotina V.V., Pavlov K.A., Kovalenko N.A., Konik P.I., Voronin V.V., Grigoriev S.V. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2021. V. 1008. P. 165462. https://www.doi.org/10.1016/j.nima.2021.165462

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал