Безопасное обращение с ядерными материалами
В работе рассмотрены основные пассивные и активные нейтронные методы обнаружения делящегося вещества в образце, применяемые, например, в досмотровых установках и при контроле отходов ядерного топливного цикла. Приведены расчеты для оценки возможности использования данных методов при обнаружении обогащенного урана. Подробно рассмотрен метод по анализу времени жизни нейтрона в материалах установки (DDA). Разработана модель для обнаружения наличия 235U в образце DDA методом с использованием инструментов пакета программ Geant4. В разработанной модели предложен и проверен критерий определения массы U235. Предлагаемые модель и критерий могут значительно упростить процесс разработки и оптимизации параметров дорогостоящих устройств по обнаружению делящихся веществ за счет создания цифровой модели
Радиационная стойкость материалов и аппаратуры
Проведено сравнительное исследование содержание дейтерия в со-осажденных из плазмы магнетронного разряда на молибденовые подложки вольфрам-дейтериевых слоях толщиной 50, 250 и 750 нм. Измерения проводились методом in vacuo термодесорбционной спектроскопии без контакта с атмосферой. Проведено моделирование экспериментальных данных в коде ТМАР7, получены концентрации и энергии ловушек, при которых достигается наилучшее согласие с экспериментом. Содержание дейтерия в пленках, осажденных при температуре ~100°С, составило 3–5 ат. %. Показано, что толщина пленок не оказывает существенного влияния на характеристики центров захвата удержания дейтерия, хотя вид спектров для наиболее толстых пленок несколько отличается.
Экспериментально изучено воздействие высокодозного, с флюенсом >1018 см–2, облучения ионами водорода, гелия и неона с энергией от нескольких сотен эВ до 30 кэВ на морфологию поверхности углеродного волокна из полиакрилонитрила (ПАН). Магнетронное распыление ионами низких, менее 1 кэВ энергий углеродных волокон приводит к формированию на поверхности вискероподобного рельефа. Такого типа рельеф при облучении ионами с энергией 30 кэВ образуется на начальной стадии высокодозного облучения при флюенсах ~ 1016 см–2. При больших флюенсах >1018 см–2 в зависимости от сорта ионов формируются субмикронные продольные или поперечные гофры. Полученные результаты обсуждаются в рамках существующих моделей образования ионно-индуцированных морфологических элементов на поверхности графитоподобных материалов.
Представлены результаты исследования влияния деформационного наноструктурирования на образование конусообразного рельефа на поверхности ультрамелкозернистого вольфрама со средним размером зерен 300 нм при высокодозном облучении ионами аргона с энергией 30 кэВ. Изучена термическая стабильность полученного конусообразного рельефа на поверхности и ультрамелкозернистой структуры в объеме вольфрама при нагреве до 1400°С. Проведены измерения микротвердости.
Математическое моделирование в ядерных технологиях
Представлены расчетные кривые качания для спектрометрической схемы двухкристального дифрактометра из кристаллов InSb в геометрии Лауэ–Лауэ для диапазонов длин волн нейтронов, соответствующих слабому потенциальному и сильному резонансному поглощению. Приведено сравнение вида и формы кривых, рассчитанных по расширенному выражению с учетом сечения поглощения и рассчитанных по выражению Комптона–Алиссона.
Данная статья связана с появлением ссылки на мою работу, как работу, в которой выражение для плотности индуцированного заряда зарядом, находящимся между двумя плоскопараллельными бесконечными металлическими пластинами, находится в виде бесконечного ряда. Действительно, в моей работе есть формулы, полученные мною для функции Грина, поверхностной плотности индуцированного заряда на плоскопараллельных пластинах, записанные в виде бесконечных рядов. Однако работа была посвящена методу конформного преобразования исходной задачи к более простой задаче, позволяющей получить аналитические выражения для указанных величин. В настоящей статье я хотел бы внести ясность в создавшейся ситуации, и обрисовать преимущество метода конформного преобразования с учетом осевой симметрии задачи по сравнению с решением задачи в виде бесконечных рядов.
Ускорители заряженных частиц для ядерных технологий
Сеточные электростатические линзы часто используются в системах транспортировки пучка низкой энергии для согласования с ускорителями. Современная вычислительная техника и программное обеспечение позволяют рассматривать сетку, как набор проволок с заданным диаметром и размером ячейки. В работе представлены результаты численного моделирования системы извлечения пучка лазерно-плазменного источника ионов и электростатической линзы – системы согласования с линейным ускорителем И-4, и их сравнение с экспериментальными данными.
Рассмотрена структура проектируемого в НИЯУ МИФИ компактного рентгеновского источника на обратном комптоновском рассеянии и динамика пучка в ЛУЭ и накопительном кольце. Исследованы особенности коллективных эффектов в накопительных кольцах таких установок по сравнению с источниками СИ четвертого поколения. Рассчитаны пороги продольной микроволновой неустойчивости и поперечной неустойчивости связанных мод.
Рассмотрена возможность использования для линейного ускорителя гибридной квадрупольной линзы на постоянных магнитах с корректирующей катушкой. Разработана конструкция линзы и проведена ее оптимизация для получения достаточного по величине градиента магнитного поля в апертуре. В специализированном программном комплексе осуществлены расчеты для выявления соответствия характеристик линзы предъявляемым требованиям. Проведено исследование влияния разброса намагниченности постоянных магнитов на качество поля.
Рассмотрены возможности применения упорядоченных трехмерных матриц фотонных кристаллов для генерации гигагерцового, оптического и нейтронного излучений при взаимодействии с ними пучка высокоэнергетических электронов. Показаны оптические спектры высвечивания фотонных кристаллов при взаимодействии с ними пучка релятивистских электронов. Проведены эксперименты по получению двумерных изображений объектов в гамма- и нейтронных потоках при взаимодействии пучка электронов с материалом фотонного кристалла. В работе рассмотрены различные нейтроногенерирующие мишени, для которых были рассчитаны соответствующие выходы нейтронов. Полученные в результате эксперимента характеристики электромагнитных и нейтронных полей также приведены в статье.
Твердые тела в экстремальных условиях
В работе исследуются закономерности захвата водорода под действием облучения циркониевых сплавов Э110 и Э635 потоком электронов (400 эВ, 0.8 мА/см2) в различных газовых средах, содержащих кислород и водород (Ar + O2 + H2; Ar + H2O). Изучается влияние температуры поверхности на характер наводороживания циркониевых сплавов при электронном облучении. Показано, что ни выдержка, ни облучение электронами в газовой среде, содержащей смесь H2 и O2, при 700 К в течение 20 ч не приводят к изменению уровня водорода в сплаве Э110, в то время как из сплава Э635 водород частично выходит в процессе эксперимента. Количество водорода в циркониевых сплавах после выдержки в газовой среде, содержащей H2O, в аналогичном температурно-временном режиме также меняется незначительно, однако, если в этих условиях облучать сплавы электронами, то в них становится в 1.5–2 раза больше водорода. При повышении температуры образцов до 900 К электронное облучение в присутствии паров воды, наоборот, снижает захват водорода в сплавы Э110 и Э635, по сравнению с выдержкой в той же газовой среде без облучения. Сделан вывод о том, что электронное облучение воздействует на баланс поверхностных реакций образования гидроксильных групп из адсорбированных молекул воды и обратных им реакций образования молекул воды из поверхностных гидроксилов. Направление смещения баланса этих реакций зависит от температуры поверхности.
Данная работа посвящена методике проведения экспериментов по исследованию процесса охлаждения газо-капельным потоком низкого давления в условиях высоких энергетических нагрузок на приемную поверхность макета модуля литиевого дивертора (МЛД). В работе подробно описана конструкция макета МЛД, все основные системы, параметры и схема стенда для проведения испытаний. Рассчитаны рабочие режимы водяной и газовой систем охлаждения при тепловом воздействии на макет МЛД мощностью равной 5 МВт/м2. Приведено описание эксперимента по отработке методики охлаждения макета МЛД газо-капельным потоком низкого давления.
Физика наноструктур
В работе представлены результаты исследования применения плазменных технологий для создания материалов с антимикробными свойствами, а именно, применения высокочастотной (ВЧ) плазменной обработки для модификации полипропиленовых (ПП) нетканых материалов антибактериальными препаратами на основе наночастиц серебра, модификации кожевенных материалов катодно-ионной бомбардировкой с формированием нитридных наноструктур, исследованы антибактериальные свойства полученных материалов. Показано, что применение ВЧ плазменной модификации позволяет получать одноразовые материалы медицинского назначения, характеризующиеся выраженной антибактериальной активностью по всей площади их поверхности, а кожевенный материал с конденсированными нитридными слоями обладает барьерным эффектом по миграции ионов, антимикробной активностью в отсутствие цитотоксичности, что делает этот материал перспективным для изготовления элементов протезирования.
В работе представлены характеристики процесса конденсации нитридных покрытий из плазменной фазы с ионной бомбардировкой (КИБ) с тремя электродуговыми испарителями титана и гафния на металлическую и коллагеновую подложки. Линейная расчетная скорость осаждения покрытия нитрида титана составила при токе дугового испарителя 65 А от 4.44 до 4.95 мкм/ч. Скорость роста покрытия из нитрида гафния при токе дугового испарителя 75 А находилась в области от 0.72 о 0.82 мкм/ч с доверительной вероятностью 0.9. При конденсации нитридов от двух гафниевых испарителей скорость роста покрытия составила 1.65 нм/с. Прочность натурального белкового волокнистого материала с нитридгафниевым покрытием не ухудшилась и предел прочности составил 10–12 МПа, также не изменился размер пор и паропроницаемость, исходя из температуры сваривания в 100°С наноструктура коллагена сохранилась стабильной. Наноструктура конденсатов представляет многослойную композицию с толщиной слоев 5–12 нм. Конденсаты нитридов на коллагене образуются в виде чешуйчатых структур, а также нитей диаметром 30 нм и длиной до 5 мкм. Установлена высокая устойчивость к коррозии и твердость, что позволяет рекомендовать полученный материал для снижения асептической неустойчивости металлических медицинских имплантов в эндопротезировании.
ISSN 2079-5637 (Online)