npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562925060168VLNCMDnpe-578Research ArticleИнженерное проектирование ядерно-физической аппаратурыEngineering Design of Nuclear Physical EquipmentРАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ КОНДЕНСАЦИИ СВЕРХТЕКУЧЕГО ГЕЛИЯ В КАМЕРЕ ИСТОЧНИКА УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ ДЛЯ РЕАКТОРА ПИКCALCULATION METHOD OF SUPERFLUID HELIUM CONDENSATION IN THE ULTRACOLD NEUTRON SOURCE VESSEL FOR THE PIС REACTORЛямкинВ. А.LyamkinV. A.СеребровА. П.SerebrovA. P.КоптюховА. О.KoptyukhovA. O.СиротинА. В.SirotinA. V.БородиновГ. О.BorodinovG. O.НедолякА. А.NedolyakA. A.ПрудниковД. В.PrudnikovD. V.ХазовП. А.HazovP. A.Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”РоссияPetersburg Nuclear Physics Institute named by B.P. Konstantinov of National Research Centre “Kurchatov Institute” (NRC “Kurchatov Institute” – PNPI)Russian Federation202531122025166866872Copyright © Лямкин В.А., Серебров А.П., Коптюхов А.О., Сиротин А.В., Бородинов Г.О., Недоляк А.А., Прудников Д.В., Хазов П.А., 20252025Лямкин В.А., Серебров А.П., Коптюхов А.О., Сиротин А.В., Бородинов Г.О., Недоляк А.А., Прудников Д.В., Хазов П.А.Lyamkin V.A., Serebrov A.P., Koptyukhov A.O., Sirotin A.V., Borodinov G.O., Nedolyak A.A., Prudnikov D.V., Hazov P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/578

Представлена расчетная методика скорости конденсации сверхтекучего гелия в камере источника ультрахолодных нейтронов для реактора ПИК. Получена теоретическая скорость конденсации гелия равная 5.36 л/ч. Для апробации результатов расчета проведен натурный эксперимент по конденсации гелия в замкнутой емкости. Для эксперимента использовался гелиевый криостат КГ60/300-1, подключенный к технологическому комплексу получения сверхтекучего гелия для источника УХН. Температура в криостате поддерживалась вакуумной откачкой. Скорость ожижения в ходе эксперимента составила 1.64 л/ч, что с хорошей точностью подтверждает предложенную теоретическую расчетную модель, которая предсказывала скорость ожижения равной 1.72 л/ч. Рассчитано время выхода источника УХН на рабочий температурный режим – 6.5 ч при суммарном расходе жидкого гелия 64 л. Эта оценка будет учитываться при планировании штатной работы источника УХН для реактора ПИК.

A calculation methodology of the condensation rate of superfluid helium in the ultracold neutron source vessel for the PIC reactor is presented. The theoretical helium condensation rate of 5.36 L/h is obtained. To approve the calculation results, a full-scale experiment on helium condensation in a closed vessel was carried out. For the experiment the helium cryostat KG60/300-1 connected to the technological complex of superfluid helium production for the ultracold neutron source was used. The temperature in the cryostat was maintained by helium vapour pumping. The liquefaction rate during the experiment was 1.64 L/h, which confirms with good accuracy the proposed theoretical calculation model, which predicted the liquefaction rate to be 1.72 L/h. The time for the ultracold neutron source to reach the operating temperature regime was calculated to be 6.5 h at a total liquid helium consumption of 64 L. This estimation will be taken into account when planning the regular operation of the ultracold neutron source for the PIK reactor.

ультрахолодные нейтронысверхтекучий гелийкриостатированиеожижение гелияultracold neutronssuperfluid heliumcryostattingvacuum coolingliquefaction of helium-4Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, грант № 23-72-10007ReferencesSerebrov A.P. et al. // Tech. Phys. 2022. V. 67 (6). P. 763–769.Serebrov A.P. et al. // Tech. Phys. 2022. V. 67 (6). P. 763–769.Зельдович Я.Б. // Журн. эксп. теор. физ. 1959. Т. 36 (6). С. 1952 [Zeldovich Y.B. // J. Exp. Theor. Phys. 1959. V. 36 (6). P. 1952].Зельдович Я.Б. // Журн. эксп. теор. физ. 1959. Т. 36 (6). С. 1952 [Zeldovich Y.B. // J. Exp. Theor. Phys. 1959. V. 36 (6). P. 1952].Владимирский В.В. // Журн. эксп. теор. физ. 1960. Т. 39 (4). С. 1062 [Vladimirsky V.V. // J. Exp. Theor. Phys. 1960. V. 39 (4). P. 1062].Владимирский В.В. // Журн. эксп. теор. физ. 1960. Т. 39 (4). С. 1062 [Vladimirsky V.V. // J. Exp. Theor. Phys. 1960. V. 39 (4). P. 1062].Gonzalez F.M. et al. // Phys. Rev. Lett. 2021. V. 127 (16). P. 162501.Gonzalez F.M. et al. // Phys. Rev. Lett. 2021. V. 127 (16). P. 162501.Abel C. et al. // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 124 (8). P. 081803.Abel C. et al. // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 124 (8). P. 081803.Abel S., Khalil S., Lebedev O. // Nucl. Phys. B. 2001. V. 606 (1–2). P. 151–182.Abel S., Khalil S., Lebedev O. // Nucl. Phys. B. 2001. V. 606 (1–2). P. 151–182.Serebrov A.P. // Phys.-Usp. 2019. V. 62 (6). P. 596.Serebrov A.P. // Phys.-Usp. 2019. V. 62 (6). P. 596.Kovalchuk M.V. et al. // Crystallogr. Rep. 2021. V. 66. P. 195–215.Kovalchuk M.V. et al. // Crystallogr. Rep. 2021. V. 66. P. 195–215.Golub R., Pendlebury J.M. // Phys. Lett. A. 1977. V. 62 (5). P. 337–339.Golub R., Pendlebury J.M. // Phys. Lett. A. 1977. V. 62 (5). P. 337–339.Лямкин В.А. и др. // Журн. тех. физ. 2025. Т. 95 (6). С. 1251–1258 [Lyamkin V.A. et al. // Tech. Phys. 2025. V. 95 (6). P. 1251–1258].Лямкин В.А. и др. // Журн. тех. физ. 2025. Т. 95 (6). С. 1251–1258 [Lyamkin V.A. et al. // Tech. Phys. 2025. V. 95 (6). P. 1251–1258].Leung K.K.H. et al. // Phys. Rev. 2016. V. 93 (2). P. 025501.Leung K.K.H. et al. // Phys. Rev. 2016. V. 93 (2). P. 025501.Lyamkin V.A. et al. // Phys. Part. Nucl. Lett. 2025. V. 22 (2). P. 304−307.Lyamkin V.A. et al. // Phys. Part. Nucl. Lett. 2025. V. 22 (2). P. 304−307.Serebrov A.P. et al. // Tech. Phys. 2017. V. 62 (2). P. 329–333.Serebrov A.P. et al. // Tech. Phys. 2017. V. 62 (2). P. 329–333.Brooks J.S., Donnelly R.J. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1977. V. 6 (1). P. 51–104.Brooks J.S., Donnelly R.J. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1977. V. 6 (1). P. 51–104.Abel W.R., Wheatley J.C. // Phys. Rev. Lett. 1968. V. 21 (17). P. 1231.Abel W.R., Wheatley J.C. // Phys. Rev. Lett. 1968. V. 21 (17). P. 1231.Готовский М.А., Суслов В.А. // Тепломассообмен в технологических установках. 2017. СПб: Политех. унив. [Gotovsky M.A., Suslov V.A. // Heat and Mass Transfer in the Technological Installations. 2017. SPb: Polytech. Univ.].Готовский М.А., Суслов В.А. // Тепломассообмен в технологических установках. 2017. СПб: Политех. унив. [Gotovsky M.A., Suslov V.A. // Heat and Mass Transfer in the Technological Installations. 2017. SPb: Polytech. Univ.].

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