Экспериментальное определение скоростей реакций и расчетное моделирование облучения толстой свинцовой мишени протонами до 800 МэВ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ
|
Титаренко, Алексей Юрьевич
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2010
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.16
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие «Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Теоретической и Экспериментальной Физики»
^ УИ46У7741
Титаренко Алексей Юрьевич
Экспериментальное определение скоростей реакций и расчетное моделирование облучения толстой свинцовой мишени протонами до 800 МэВ
Специальность: 01.04.16 - Физика атомного ядра и элементарных частиц
-2 СЕН 2010
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Москва - 2010 г.
004607741
УДК 539.12+ 539.14
Работа выполнена в ФГУП «ГНЦ РФ Институт Теоретической и Экспериментальной Физики», г. Москва.
Научный руководитель:
кандидат физ.-мат. наук Батяев В. Ф. (ФГУП «ГНЦ РФ ИТЭФ», г. Москва)
Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук, Поликарпов М. И.
(ФГУП «ГНЦ РФ ИТЭФ», г. Москва)
доктор физ.-мат. наук, Ромоданов В. Л. (НИЯУ «МИФИ», г. Москва)
Ведущая организация:
Обнинский институт атомной энергетики Калужская обл., г. Обнинск.
Защита диссертации состоится "5" октября 2010 г. в " 14 "часов на заседании диссертационного совета Д 201.002.01 в конференц-зале «ГНЦ РФ ИТЭФ» по адресу. Москва, ул. Б. Черемушкинская, д. 25.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТЭФ. Также диссертация и автореферат доступны по запросу через электронную почту А1екзеу.Ткагеп-ko@itep.ru
Автореферат разослан " 1 " сентября 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физ.-мат. наук, ^ ^^
Васильев В.В.
Общая характеристика работы
В настоящее время на базе сильноточных ускорителей проектируются и создаются установки двух типов. К первым относятся спаляционные нейтронные источники (СНеИ), назначение которых - обеспечить прогресс в области фундаментальной и прикладной физики, материаловедения, биологии; ко вторым - электроядерные установки (ЭлЯУ), которые предназначены для трансмутации ядерных отходов, образующихся в результате эксплуатации традиционных ядерных реакторов, с целью замыкания ядерного топливного цикла.
Конструктивные отличия установок первого типа от второго обусловлены их целевым назначением. Основой СНеИ является мишенный узел, бомбардируемый протонным пучком с энергией ~ (1 - 2) ГэВ, сильноточного линейного ускорителя. Нейтроны же, образующиеся в результате адрон-ядерных реакций (расщепления, деления, фрагментации) распределяются и доставляются к научным установкам. В ЭлЯУ созданный мишенный узел генерирующий нейтроны окружается подкритическим бланкетом с радиоактивными отходами. Рожденные в мишенном узле нейтроны умножаются в подкритическом блан-кете с коэффициентом Ц™,- кэфф/(1-кЭфф) и в ходе (п,^-, (п/у)-, (п,хп)-, (п,р)- и (п,а)-реакций радиоактивные отходы переходят в короткоживущие продукты ядерных реакций. Собственно, этот процесс и называется ядерной трансмутацией.
Функционально мишенный узел состоит из: нейтронно-образующей мишени, назначение которой - генерация нейтронов в адрон-ядерном каскаде; элементов конструкции; элементов, предназначенных для теплосъема энергии, выделяемой в мишени при взаимодействии с протонным пучком сильноточного ускорителя. В качестве материалов мишеней в этих установках обычно рассматриваются или эвтектика РЬ+В1, РЬ, (жидкие мишени) или Та (твердые мишени).
Появление в ядерных установках мишенного узла ставит задачу обеспечения проектной точности требуемых нейтронно-физических параметров. Некоторые из этих параметров непосредственно влияют на ядерно-физические характеристики бланкета - интегральный выход нейтронов из мишени и их спектр, а другие - на ядерно-физические характеристики мишени, а именно:
энерговыделение; радиационную стойкость (максимально возможные радиационные повреждения); образование остаточных ядер-продуктов, в том числе: «•активных и газообразных; отравляющих (обладающих большими сечениями захвата нейтронов) и долгоживущих (определяющих долговременную активность мишенного узла, которые в свою очередь возможно также необходимо трансмутировать).
Параметры электроядерных установок определяют с помощью высокоэнергетических транспортных программ - как зарубежных ( MCNPX, MARS, FLUKA, LAHET) так и отечественных (SHIELD, CASCADE). Существенное расширение (в 100 раз выше верхней границы реакторного диапазона энергии) энергетического диапазона нейтронов вплоть до энергии протонного пучка ~(1 - 2) ГэВ, и, как следствие, использование в этих программных комплексах ядерных моделей для расчета сечений большого числа возможных каналов взаимодействий обусловливает проведение бенчмарк-экспериментов для определения точности предсказания требуемых параметров.
Для верификации перечисленных программ проводятся эксперименты с тонкими и толстыми мишенями, идентичными по составу мишенным устройствам. Под толстой подразумевается мишень, в которой длина свобод-ного пробега бомбардирующих частиц сравнима с протяженностью мишени, что обеспечивает существенные потери энергии бомбардирующих частиц вплоть до их полной остановки.
Настоящая работа посвящена исследованиям с толстой свинцовой мишенью. Несмотря на то, что раздельно физика процессов (ядерные и межъядерные каскады, ионизационные потери частиц и т.д.), происходящих при таких взаимодействиях протонов с толстыми мишенями, достаточно хоро-шо изучена, их комплексное описание и развитие во многом сдерживается отсутствием информации по интегральным параметрам: скоростям реакций и наведенным активностям в них, особенно это касается свинца - одного из наиболее перспективных материалов для использования в мишенных узлах ЭлЯУ. С учетом практического отсутствия необходимых для этого данных тема представленной диссертации является актуальной.
Цель диссертации состоит в формировании наборов экспериментальных значений скоростей реакций образования остаточных ядер-продуктов в активируемых образцах, которые используются для определения потоков нейтро-
нов и протонов на поверхности и внутри свинцовой мишени; оценки изменения радиоактивности свинцовой нейтронно-образующей мишени ЭлЯУ или СНеИ при облучении ее протонами энергией 0.8 ГэВ и током 1 мА в течении одного года работы ускорителя; сравнении полученных экспериментальных значений с расчетными значениями скоростей реакций.
В соответствии с этим можно выделить основные задачи диссертации:
1) анализ существующей экспериментальной информации по облучению «тонких» и «толстых» свинцовых мишеней протонами с энергией (0.01-3) ГэВ;
2) обоснование метода исследований и выбора материала активационных образцов, которые могут быть использованы в качестве пороговых детекторов нейтронов и протонов;
3) формирование аппаратурно-методического и информационного обеспечения эксперимента;
4) изготовление свинцовой мишени и активированных образцов и исследование их параметров;
5) проведение облучения «толстой» свинцовой мишени на протонном синхротроне У-10 ФГУП «ГНЦ РФ ИТЭФ», физических измерений активационных образцов и обработки результатов;
6) обоснование и разработка методики определения флюенса протонов, попавших на мишень;
7) создание физической модели эксперимента и проведение расчетов;
8) сравнение экспериментальных значений скоростей реакций с расчетными данными;
9) определение потоков нейтронов и протонов на поверхности и внутри свинцовой мишени;
10) сравнение пространственно-энергетического распределения нейтронов и протонов на поверхности и внутри свинцовой мишени с расчетными данными;
11) оценка долговременной активности мишени.
Методы исследований. Диссертационная работа использует следующие основные методические приемы:
1) прецизионная ^спектрометрия облученных протонами и нейтронами пороговых активационных образцов как природного, так и обогащенного по требуемым изотопам состава, а также образцов из материала мишени;
2) сопоставление полученных результатов с расчетными данными.
Научная новизна выполненных исследований заключается в следующем: в подобной постановке, наиболее близкой к реальным процессам в мишенной станции ЭлЯУ, эксперимент выполнен впервые. В частности, сказанное касается рекордного значения числа протонов, выведенных на мишень (6.0±0.5)-1015.
На защиту выносятся:
1) методика и результаты измерений скоростей реакций на 14 типах активаци-онных образцах, размещенных на внешней поверхности и внутри толстой свинцовой мишени, облученной протонами энергией 0.8 ГэВ при аксиальном падении пучка;
2) результаты сравнения полученных экспериментальных значений скоростей реакций с результатами расчетного моделирования;
3) результаты определения плотности потоков нейтронов и протонов на внешней поверхности и внутри свинцовой мишени;
4) значение выхода нейтронов из «толстой» свинцовой мишени (диаметром 150 мм и длиной 920 мм), облученной протонами 0.8 ГэВ при аксиальном падении пучка;
5) оценка долговременной активности свинцовой мишени нейтронно-образующего узла.
Практическое значение работы определяется возможностью использования ее результатов:
1) для верификации и совершенствования расчетных программ, используемых при проектировании ЭлЯУ, и оптимизации их эксплуатационных режимов и технических характеристик;
2) для создания специализированных баз ядерных данных, используемых при проектировании ЭлЯУ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения (общих выводов по диссертации) и приложения, оформленного отдельным томом; имеет объем 115 страниц печатного текста; содержит 43 рисунка, 21 таблицу и библиографию (106 названий).
Краткое содержание диссертации Во Введении обсуждаются концептуальные вопросы создания ЭлЯУ и их
использования для замыкания ядерного топливного цикла и трансмутации ядерных отходов.
В Главе 1 диссертации, на основе обзорного рассмотрения современных проектов ЭлЯУ, обоснован выбор материала мишени. Обосновано использование в качестве основного метода исследования изучаемых взаимодействий активационного метода с использованием полупроводниковой у-спектрометрии облученных образцов.
В Главе 2 предложен математический формализм определения скоростей реакций и их погрешностей по результатам анализа первичной экспериментальной информации.
Выражения для вычисления скоростей реакций представлены в виде:
Я™
А,
1
^ситЧ
КШ =
ЛГу-п.-е, ^ л'
Л'г-Чг'Сг'У.г Х2 ^
(
Аг_ Аг ^ 1
М-т-х\2-г2 (
Аг 1
Мт-г\2-сг
О) (2)
(3)
(4)
где ЛЛ2е"""ы - кумулятивные/независимые выходы материнского и дочернего ядер (материнский нуклид - нижний индекс 1, дочерний нуклид -
нижний индекс 2); А1 = А1к/2[, Лг = Л[2кР1, Аг = А\к)11 - параметры, определяемые подгонкой экспериментальных точек кривых распада методом наименьших квадратов; Ит~ число ядер в облучаемом образце; г)ь т/2 - абсолютный выход у- квантов; X ь X 2 - постоянные распада; е,,Е2- абсолютная эффективность спектрометра при энергии у- квантов Е\ (материнский нуклид) и £2 (дочерний нуклид); V 12 - коэффициент ветвления, т.е. вероятность перехода материнского нуклида в дочерний; ^ - функции вида = 1 - ехр (-А,, • ¡¡п), где г=1,2; - длительность облучения.
Погрешности скоростей реакций вычисляются при помощи формулы переноса ошибок с учетом погрешностей всех величин, входящих в выражения
(1)-(4).
В главе 3 описан собственно эксперимент. Даны характеристики ускорителя У-10 ИТЭФ в части, имеющей отношение к облучению образцов, описание и параметры мишени (рис. 1,2).
Облучаемая мишень собиралась из 23 свинцовых дисков, которые представляли собой цельнометаллические конструкции диаметром 150 мм и толщиной 40 мм. Диски имели специальные пазы, типа «ласточкин хвост» для размещения линеек с проточками.
Рис. 1. Общий вид РЬ- мишени вместе с Рис. 2. Общий вид РЬ диска и ли-
экспериментальными образцами нейки
В экспериментах определяются абсолютные значения скоростей реакций на следующих нуклидах: 209В1, па1РЬ, 197Ац, шТа ,69Тт, ла'1п, 93ЫЬ, 65Си, 64гп, <вСи, 59Со, 21А1, 19Р, па,С. Данные по составу их примесей приведены в работе (включая свинцовые диски). Размещение образцов на мишени указано в табл. 1. Образцы располагались либо на боковой поверхности свинцовых дисков, либо в специальных проточках свинцовых линеек (рис. 2).
Мишень облучалась выведенным пучком протонов с энергией 0.8 ГэВ. Длительность облучения составляла (,гг~ 18 часов.
Регистрация т-излучения радиоактивных ядер, образовавшихся в облученных образцах, осуществлялась с применением двух спектрометров. Первый, базовый, с энергетическим разрешением 1.8 кэВ на у-линии 1332 кэВ б0Со, второй, вспомогательный, с энергетическим разрешением 2.8 кэВ. Образцы из 209В;, па'РЬ, 197Аи, шТа, 169Тш, Па,1п, 93№, 65Сп, 63Си, 64гп, 59Со, 19Р,
Номер диска Образец и метка расположения
На поверхности диска Внутри диска
1,5,9, 13, 17,24 'Аи, "а'1п, ПМРЬ, '"Та, 21 А\ (Б, М, Ь, К, 1,1, О, Ы) 2/А1(А,В,С,0,Е),зуСо(С), РЪ(С)
3 2даВ1,197Аи, ПпГРЬ, шТа, 27А1,59Со, 64гп,63Си,65Си,93№,169Тш,,2С,!9Р 2'А1(А,В,С,В,Е),59Со(С), РЬ(С)
7,11,15, 19, 23 209В1,197Аи, паЧп, 1ШРЬ,шТа, 27А) "'А1(А,В,САЕ),5УСо(С), РЬ(С)
образцы из 27А1 - на дополнительном. В качестве примера на рис. 3 приведены спектры у-излучения РЬ-фольг, облученных внутри 1-го и 11-го дисков. Как видно из рис. 3, измеряемые спектры носили весьма сложный характер, поэтому предельная загрузка базового и вспомогательного спектрометров ограничивалась 5% и 3%, соответственно, а стабильность спектрометрических трактов обеспечивалась поддержанием постоянной температуры лаборатории.
500 1000 1500 2000 2500
Энергия (кэВ)
Рис. 3. Спектры 7-излучения РЬ фольг, облученных внутри 1-го и 11-го дисков
Абсолютная эффективность спектрометра на фиксированных высотах определялась с использованием аттестованных комплектов 7-источников.
Аналитическое представление высотно-энергетической эффективности регистрации спектрометра выражено в виде
е(Е,Н)=£ьше(Е)-
где-qi, q2-параметры, определяемые обработкой результатов измерений абсолютной эффективности регистрации методом наименьших квадратов; Нерасчетная эффективность регистрации на базовой высоте 80 мм, полученная с использованием полиномов.
Погрешность абсолютной эффективности регистрации спектрометра лежит в пределах (4.0 - 4.5)% в диапазоне энергий 60 - 3000 кэВ.
Результаты измерений абсолютной эффективности, при разных расстояниях положения -^источников над детектором, представлены на рис. 4.
Обработка 7-спектров осуществлялась с использованием программы GENIE-2000, которая обеспечивает, после автоматической пакетной обработки измеренных 7-спектров, интерактивную подгонку пиков. Идентификация у-линий и вычисление скоростей образования продуктов реакций осуществлялось с помощью созданной в ИТЭФ программы SIGMA, объединенной с базой ядерных данных PCNUDAT.
Сформулированы приемы и критерии идентификации продуктов реакций в ходе анализа результатов измерений:
1) на первом этапе анализа рассматриваются все радионуклиды с периодами полураспада более 5 минут, имеющие, в соответствии с базой PCNUDAT, у-линии, которые совпадают по энергии с измеренной в пределах разрешающей способности спектрометра (высокая разрешающая способность спектрометра существенно сокращает рассматриваемый интервал);
2) значение периода полураспада, определяемое программой SIGMA для этой у-линии на основании всех последовательно измеренных спектров, должно находиться в разумном согласии с соответствующей величиной из базы PCNUDAT;
3) если обнаруживается, что эта у-линия принадлежит определенному радионуклиду, то спектры проверяются на наличие и других у-линий этого радио-
(<?,+<h-ln Е + Н^е) . +?2-1П£ + Я)
(5)
нуклида;
4) результат идентификации не должен противоречить нуклонному балансу исследуемой реакции.
Рис. 5. Характерные примеры кривых
Рис. 4. Расчетное высотно-энергети- распада: (1) генетически связанных
ческое моделирование абсолютной Щ -> Аи; (2) генетически свя-
188 1
эффективности регистрации спек- занных Р1 -> 1г; (3) генетически трометра связанных 173Та-»173НГ; (4)незави-
симмого 173Та; (5) независимых 173Та +19,Р1
Для определения общего числа протонов бомбардирующих РЬ-мишень, а также геометрии поперечного сечения пучка, были использовано три алюминиевых монитора, располагавшихся на пути следования пучка. Первый (М|) и второй (М2) в виде квадратных пластин с размерами, соответственно, (50 х 50) мм и (72 х 72) мм, устанавливались на расстоянии 220 мм от выходного фланца вакуумного протонопровода. Третий (Мз) диаметром 169.6 мм закреплялся на кольце, вынесенного на 50 мм перед первым диском (445 мм от выходного фланца вакуумного протонопровода). После облучения первые два монитора многократно складывались, что позволило получить две пластины с размерами ~ 15 ( 15 мм и толщиной ~ 3 мм и ~ 4 мм, соответственно. Третий монитор
разрезался на 36 отдельных фрагментов, большинство из которых квадраты -с размером 20 ( 20 мм. Полученные фрагменты также складывались, что позволило получить пластинки 10 ( 10 мм и толщиной ~ 0.4 мм.
В каждом из фрагментов методом у-спектрометрии определялись скорости реакций 27А1(р,х)24Ыа, 27А1(р,х)22Ыа и 27А1(р,х)7Ве. Средняя по времени и по площади плотность потока протонов, прошедших через каждую пластину, определялась путем деления вычисленной скорости реакций на соответствующее сечение ядерной реакции, представленное в табл. 2.
Таблица 2. Сечения реакций г7А1(р,х)24№, 27А1(р,х)22№ и 27А1(р,х)7Ве при энергии протонов 800 МэВ
Реакция 2/А1(р,х)24Ыа, 2/А1(р,х)"На 2/А1(р,х)'Ве
Сечение реакции, мбарн 13.40 ±1.04 (0.42) 15.5 ±1.1 6.33 ±0.49 (0.21)
Число протонов, прошедших через каждый фрагмент монитора Мз
и мониторов Мь Мг вычислялось как произведение средней плотности потока, площади поверхности образца и времени облучения мишени.
Для монитора М3 значение величины полного числа протонов, бомбардирующих мишень в течение всего времени облучения и ее погрешности определялись из выражений
> (6)
У-1
НЩ)2 +—+(ЛЛг/6)2, (7)
где г - обозначает тип мониторной реакции
Мощность пучка протонов во время облучения, с использованием полученного значения полного числа протонов, рассчитывалась по формуле:
Ш = (8)
Т
где Е- энергия протонного пучка (эВ); - полное число протонов, попавших на мишень за время облучения; Г - время облучения (с); ¿-переводной коэффициент, значение которого 1.60206-10"19 Дж/эВ.
Результаты вычислений мощности и геометрических параметров протонного пучка представлены в табл. 3, в которой х0, уо - геометрические коорди-
паты центров гауссианов; ах ау - ширина на полувысоте каждого гауссиана. ТаблицаЗ. Параметры формы протонных пучков
Параметр Значение
Число протонов Щ (6.00 ±0.50) Ю15
Мощность пучка, Вт 11.9±1.0
Параметры формы пучка (см)
Хо 0.27 ±0.10
Ох 0.80 ± 0.06
Уо 0.44 ± 0.15
а, 0.70 ± 0.09
В Главе 4 представлены результаты измерений скоростей реакций экспериментальных образцах на внешней поверхности и внутри РЬ-мишени.
В рамках используемой в настоящее работе терминологии, включающей понятие независимой и кумулятивной скорости реакции, было определено 2467 скоростей реакций образования радиоактивных нуклидов (вместе с мони-торными), из них 353 значений независимых (обозначение - (¡)), 230 независимых скоростей реакций, приводящих к образованию метастабильного состояния (¡(Еп^)), 260 значений суммы независимых скоростей реакций метастабильного и основного состояний (1(Еп^+£)) и 1624 значения кумулятивных и супракумулятивных скоростей реакций (с, с*).Некоторые зависимости скоростей реакций представлены на рис. 6.
Для корректного сравнения скоростей реакций, как между разными экспериментами, так и между экспериментом и расчетом, экспериментальные результаты нормировали на мощность протонного пучка д ^ = .
При определении значений скоростей реакций образования остаточных ядер продуктов использовались формулы (1-4). Точность определения скоростей реакций составляет (9.0 - 72.4)% со средним значением 13.5%. Распределение неопределенностей скоростей реакций показано на рис. 7 и 8.
Основной вклад в полную погрешность вносят: статистическая погрешность скорости счета в пике полного поглощения, погрешность абсолютного квантового выхода 7-линий, неопределенность абсолютной эффективности спектрометра.
Формулы (1-4) показывают, что значения каждой скорости реакции соответствующего остаточного ядра продукта могут быть получены с использова-
Расстояние от фронтальной поверхности, мм
Рис. 6. Распределение скоростей реакций в экспериментальных образцах, расположенных внутри (а) 59Со(и,7)60Со(*, хЮО), 59Со(п,р)59Щя, х0,5), па'РЬ (р*п)207В\(к, х2-10"3), па'РЬ(я,хл) 203РЬ(Т, хЗ-10"3), па,РЬ(й^:«)200РЬ(о, хМО"5), па1РЬ 0^и)2°2Т1(п, хМО"6), ш?Щр*п) 201Т1(Д,х1-Ю'8), па1РЬ(ррс)195Аи(0, хНО"9), па'РЬ(р,х) |9,Нё(о,х1-10-ш), па'РЬ(р,х),72Ш(*, х5-10"15),па'РЬ(р^)88У(«,х 5-10*13), па'РЬ(р^с) 22Иа(*, хМО"13), 59Со(р,4и)57№(и, Х2-10"11), 27А1(р,х)24Ыа(А, х1Т0"и), и на внешней поверхности (б) шТа(н,т)шТа(*), 197Аи(и,/?)198Аи (и, х0,3), 197Аи (п,2п)тАи (Т, х0,03), 197Аф,4и)'94Аи (о, х0,01), шТа(л,9л)пзТа (А, х5-10"3), 209В1(и,4и)206В1 (□, х110"5), шЩп,1п)2ЮШ (Д, хЗ-10"6), па'РЬ(р,х)202Т1 (0, х1- Ю'10), па,РЬ(ррс)20|Т1 (о, хЗ-10"12), па'РЬ(р,х)195Аи (*, хМО'14, 209В1(р,4п)206Ро (*, хЗ-10"'2,27А1(я,р)27Мё (•, хЗ-10'7), 27А1(и,а)24Ыа (и, хЗ-10"8), па'РЬ(и^«)200РЬ (о, хЗ-10'4), па'РЬ(«гг«)203РЬ (Т, хЗ-Ю"10) по длине свинцовой мишени при облучении протонами энергией 0,8 ГэВ
нием как одной, так и нескольких различных 7-линий. Детальная информация о вычислении каждой скорости реакции образования остаточного ядра-продукта в экспериментальных образцах и их погрешностей представлена в ПРИЛОЖЕНИИ к диссертации, которое вынесено в отдельный том.
ю3
О 10 го 30 40 50 60 70 80 90 100
Погрешность ЛЯ (%)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Погрешность Ш^ЛУ (%)
Рис. 7. Распределение погрешностей Рис. 8. Распределение нормированных скоростей реакций погрешностей скоростей реакций
Большинство реакций протекает под действием, как нейтронов, так и протонов, однако их небольшая часть может быть интерпретирована как мо-ниторные реперы для определения исключительно нейтронных или протонных потоков, как на поверхности, так и внутри мишени. Список таких реакций приведен в табл. 4.
В Главе 5 приведены результаты расчетного моделирования экспериментальных результатов и определены параметры мишени.
С этой целью была создана расчетная модель, которая соответствовала геометрии мишени. Примеси, как в веществе мишени, так и в активируемых образцах, ввиду их незначительных количеств, не учитывались. В зависимости от расположения на облучаемой мишени каждый образец в той или иной степени облучался первичными протонами и вторичными частицами, рожденными в результате межъядерного каскада, - нейтронами и протонами.
Поэтому моделируемую скорость реакции образования идентифицируемого нуклида *гС можно представить в виде
г=п,р
где - скорость реакции под действием вторичных нейтронов и сум-
марная скорость реакции под действием первичных и вторичных протонов соответственно; сечение протонной или нейтронной реакции; <?„(£),<рД£)- плотность потока нейтронов или протонов, соответственно; С -
элементный индекс идентифицированного нуклида; 2, А - его атомный номер и массовое число, соответственно.
Таблица 4. Реакции, протекающие под действием нейтронов или протонов
Расположение на мишени Нейтронные Протонные
Вдоль оси 5yCo(«,7fCo мСо(р,Зп)у'ЪИ
59Co(«,p)59Fe natPb(/W07Bi
27A\(n,pfMg
па,РЬ(р^и)205В1
natPb(p,*«)204Bi
Вдоль поверхности lvlAu(n,y)mAu;
шТа(и,р)шШ 209Bi(p,4«)206Po
115In(w,p)usCd nalIn(p^)H3Sn
115In(/vOU5roIn natPb(p^«)206Bi
natPb(ppc«)205Bi
natPb(p^«)204Bi
natPb(p^)203Bi
На поверхности 5УСо(«,ТГСо lwTm(p,4«)1(>(>Yb
диска №3 59Co(M59Fe 93Nb(p,4«)90Mo
64Zn(«,7)65Zn 59Co(p,3w)57Ni
64Zn(H,p)MCu 65Cu(p,4n)62Zn
65Cu(«,p)65Ni 63Cu(p,2nfZn
Расчеты спектров нейтронов и протонов выполнялись с помощью программы ЬАНЕТ(модель ISABEL). В расчете учитывали многократное рассеяние первичных протонов и упругое рассеяние нейтронов энергией выше 20 МэВ. По программе HMCNP в составе комплекса LAHET моделировали перенос медленных (Е„ < 20 МэВ) нейтронов. Результатом расчета (LAHET(ISABEL) + HMCNP) стали спектры нейтронов и протонов в местах размещения экспериментальных образцов внутри мишени (линия С) и на ее внешней поверхности (линия S) (рис. 6).
Нейтронные спектры (см. рис. 7(а,б)) показывают наличие значительного количества высокоэнергетичных нейтронов, рожденных в процессе взаимодействия первичных протонов и вторичных частиц с ядрами свинца. Максимальная энергия нейтронов обусловлена начальной энергией протонного пучка (0.8 ГэВ), максимум энергетического распределения нейтронов находится в области ~2 МэВ. Форма нейтронных спектров внутри мишени и на поверхности подобна. В спектрах внутри мишени наблюдается пик нейтронов, обусловленный квазиупругим рассеиванием первичных протонов. В области ~ 0.5 эВ наблюдается дополнительный нейтронный всплеск, обусловленный альбедо бетонной стены. Этот факт реально подтверждается ростом скорости реакции радиационного захвата нейтронов 197Au, шТа и 59Со после 13-го диска (см. рис. 6).
Энергия нейтронов (МэВ) Энергия нейтронов (МэВ)
Рис. 7а. Спектры нейтронов внутри РЬ Рис. 76. Спектры нейтронов на поверх-мишени (линия С)(1-й, 5-й, 9-й, 13-й и ности РЬ мишени (линия Б) (1-й, 5-й, 923-й диски) й, 13-й и 23-й диски)
Протонные спектры (см. рис. 8(а,б)) показывают торможение первичного пучка, вплоть до его полной остановки на расстоянии ~ 400 мм от входа в мишень, что подтверждается характером измеренного распределения высокопороговых скоростей реакций как внутри мишени, так и на ее поверхности, вызываемых исключительно протонами, например, 39Со(р,Зи)57№ и 209В\(р,4п)206Ро (см. рис. 6). Распределение вторичных протонов, рожденных в процессе внутриядерного взаимодействия, носит непрерывный характер; максимум энергетического распределения нейтронов находится в области 100 -200 МэВ.
10
10
Энергия протонов (МэВ)
ю'
ю
ю'
ю'
Энергия протонов (МэВ)
Рис. 8а. Спектры протонов внутри РЪ Рис. 86. Спектры протонов на поверх-мишени (линия С) (1-й, 3-й, 5-й, 7-й, ности РЪ мишени (линия Б) (1-й, 5-й,
Необходимые для моделирования измеренных скоростей реакций протонные и нейтронные функции возбуждения получены с использованием:
1) баз данных МЕМЭЬ2 и МЕЫБЬ2р, содержащих функции возбуждения нейтронных и протонных реакций до 100 и 200 МэВ, соответственно;
2) расчетного моделирования функций возбуждения по программе ЬАНЕТ в диапазоне от 100 до 800 МэВ;
3) доступной экспериментальной информации о сечениях образования продуктов соответствующих реакций (база данных ЕХР(Ж).
Сшивка функций возбуждения из баз данных МЕ№)Ь2, МЕЖ>Ь2р и вычисленных по программе ЬАНЕТ осуществлялась в области 100 МэВ путем перенормировки одного из наборов данных. Коэффициенты перенормировки, или коэффициенты подобия, каждого набора данных определяли из условий наилучшей сходимости расчетных скоростей реакций с экспериментальными. В настоящее время из 294 типов ядерных реакций (вместе с реакциями, приводящими к образованию метастабильных состояний) получены функции возбуждения для 167. Примеры построения функций возбуждения показаны на рис 9.
При сравнении с экспериментальными значениями для расчетных данных также вводили нормировку К'^ = К'^/е . При этом для Ер = 0,8 ГэВ нормировочный коэффициент составил
9-й, 11-й, 13-й и 23-й диски)
9-й, 13-й и 23-й диски)
ю
5 10
0) 5 X 0>
в
2 3 2 3 2 3
10 10 10 10 10 10 10 Энергия, МэВ Энергия, МэВ Энергия, МэВ
Рис. 9. Нормированные функции возбуждения нейтронных (-) и протонных
(- - -) реакций: - 209В1(и,7/7)203В1, 209В1(р,р6«)203В1 (а); 197Аи(и,4и)194Аи, тАи(р,рЗп)тАи (б); 27А1(и1а)24Ма, 27А1(р,3^1«)24Ыа (в)
Известно, что нейтронные спектры, рассчитанные по программе ЬАНЕТ, демонстрируют хорошее согласие расчетных и экспериментальных результатов. Поэтому, используя расчетные скорости реакций, вычисленные с нормированными функциями возбуждения, и расчетные спектры нейтронов и протонов на поверхности и внутри мишени, были определены, усредненные по действующему спектру нейтронов или протонов, сечения (п^сп), (п,а), (п,р) и (РуХп) реакций:
-' где (10)
о
1 - тип частицы (нейтрон/протон); х - тип реакции.
По полученным экспериментальным скоростям реакций и их расчетным средним по спектру нейтронов и протонов сечениям вычислены потоки нейтронов и протонов на поверхности и внутри облученной свинцовой мишени (рис. 10)
я>,=Д/с/Ы. (11)
Число нейтронов и протонов вычисляется по формуле
'2><> где (12)
дисков
Б - площадь поверхности двух дисков.
Рис. 10. Расчетное (-) и экспериментальное распределения потоков нейтронов 59Со(«,р)59Ре (0), 59Со(и,2и)58Со (А), 59Со(и,^)57Со (о) и протонов 59Со(р,4и)57№ (о) внутри (а), нейтронов 197Аи(и,2и)196Аи (*), 197Аи(«,4я)'94Аи (0) ,|81Та(п,9дг)173Та (о), 209В1(п,4«)20бВ1 (Д), 209В1(п,7п)2ЮЫ (□) и протонов 209В1(р,4и)20бРо (о) на поверхности (б) толстой свинцовой мишени при облучении протонами 0,8 ГэВ
Интегрируя полученное распределение плотности потоков нейтронов по поверхности мишени, для каждой реакции был определен выход нейтронов с боковой поверхности на один протон Ы„?р\ 22.1±1.9 (197Аи(и,2и)196Аи); 27.8±2.6 (197Аи(п,4п) 194Аи); 22.6±2.2 (181Та(п,9п)173Та); 23 АШ (209В1(«,4«)206ВО; 22.6±2.1 (209В1(и,7«)203В1). Усредненный по пяти реакциям выход нейтронов (23.4±1.9), в пределах экспериментальных погрешностей совпадает с выходом нейтронов с боковой поверхности мишени, полученным расчетным путем по программам ЬАНЕТ(18АВЕЬ) + НМСЫР (23.1).
Интегрируя полученное распределение плотности потока протонов по поверхности мишени, для реакции 209В1(р,4п)206Ро был определен выход протонов с боковой поверхности на один исходный протон Л^: 0.13±0.01. Приведенное значение Ъ}р!р в 4 раза превышает расчетное значение, полученное с использованием программы ЬАНЕТЦБАВЕЬ) + НМОЧР (0.03). Данное расхождение может быть объяснено наличием «гало» протонного пучка, что не учитывалось в расчетной модели.
Для прогнозирования суммарной активности свинцовой мишени заданной геометрии моделировали образование всех возможных продуктов реакций после 1 года облучения протонами энергией 0,8 ГэВ и током 1 мА. Искомую величину вычисляли по выражению
A[t) (0=1^(0-Xj =JJNi(t)-XI
WHi , , К(')-К Zw-Xj -
j
V j j
(13)
где A j - активность j -го продукта реакции; N j, \j - число ядер и постоянная распада, соответственно.
Результаты вычислений, приведенные на рис. 11, показывают, что наибольший парциальный вклад в полную активность вносят продукты реакций расщепления. Из рис. 11 также следует, что суммарный вклад продуктов деления и фрагментации невелик и составляет не более нескольких процентов в любой момент времени распада, хотя, например, расчетная скорость образования SSY и 22Na занижена в 10 раз и более (см. рис. 6). Измеренные скорости реакций указанных нуклидов (продуктов расщепления) представлены на рис. 6, из которого видно, что расчетные и экспериментальные скорости реакций хорошо совпадают, за исключением 195Аи, расчет которого занижен в несколько раз.
В Заключении сформулированы основные результаты работы. В процессе выполнения работ по настоящей диссертации были получены следующие основные результаты:
1) сформулированы основные направления работ по экспериментальному и расчетно-теоретическому исследованию ядерно-физических параметров мишеней ЭлЯУ;
2) обосновано использование метода 7-спектрометрии как базового для экспериментальных исследований в области мишенных устройств ЭлЯУ;
3) изготовлена свинцовая мишень с размерами 150 х 1920 мм и определены ее физические характеристики;
4) выполнены работы по юстировке мишени относительно траектории пучка, обеспечившие неравномерность поля частиц на внешней поверхности мишени, не превышающую 9%;
5) достигнуто рекордное число протонов с энергией 0.8 ГэВ при облучении
Т, год
Рис. 11. Изменение радиоактивности свинцовой мишени после года облучения протонами энергией 0,8 ГэВ и током 1мА: (1 - полная активность, 2
_ 20^! + 200рЬ) з _ 203рЬ) 4 _ 20.т]) 5 _ 202^ + 202рь> 6 _ 195^ ? _ 172^ + 172щ
8 - 207В1,9 - продукты деления и фрагментации, 10 - 194Аи + 1941^ мишени-6.0-1015;
6) определены 2467 скоростей реакций в 244 активационных образцах, размещенных внутри и на поверхности мишени;
7) определены потоки протонов и нейтронов внутри и на поверхности мишени;
8) определен выход нейтронов и протонов из мишени с данной геометрией;
9) экспериментальные результаты промоделированы с использованием программного комплекса ЬАНЕТ(15АВЕЬ)+НМСР;
10) получены функции возбуждения для 167 ядерных реакций;
11) выполнена оценка активности мишени после облучения ее в течение 1 года протонами энергией 0.8 ГэВ и током 1 мА.
Результаты, полученные в ходе эксперимента, позволяют сделать заключение, что его можно отнести к классу бенчмарк-экспериментов, назначение которых - верификация высокоэнергетических транспортных программ, при-
меняемых для расчета параметров электроядерных установок (ЭлЯУ) и спа-ляционных нейтронных источников (СНеИ) со свинцовой мишенью. Автор выражает глубокую благодарность:
1) коллегам по лаборатории Фундаментальных ядерно-физических исследований ФГУП «ГНЦ РФ ИТЭФ» за помощь при выполнении экспериментальных и расчетных исследований описанных в диссертации;
2) сотрудникам синхротрона ИТЭФ У-10 за обеспечение требуемого режима работы ускорителя при облучении свинцовой мишени;
3) Международному Научно-Техническому Центру и Госкорпорации РОС-АТОМ за финансовую поддержку представленных в диссертации исследований
Личное участие автора. Автор принимал непосредственное участие в качестве участника научной группы в исследованиях, описанных в диссертации, на всех этапах их выполнения (анализ литературных данных, создание экспериментальной методики, изготовление мишени и образцов, подготовка и ее облучение вместе с образцами, измерения облученных образцов, обработка полученных ^спектров и вычисление значений скоростей реакций, определение флюенса протонов, определении потоков нейтронов и протонов на поверхности и внутри свинцовой мишени, определении выхода нейтронов а также моделировании экспериментальных результатов). Определение номенклатуры используемых активационных образцов и энергии налетающих протонов, создание расчетной модели, а также анализ полученных экспериментальных и расчетных результатов были проведены автором совместно с научным руководителем.
Апробация работы. Результаты работы лично докладывались автором
на:
1) Юбилейной научной сессии-конференции секции ЯФ ОФН РАН "Физика фундаментальных взаимодействий", посвященная 60-летию ИТЭФ. 5-9 декабря 2005 года;
2) Международной конференцией "NUFRA2007-Intemational Conference on Nuclear Fragmentation", Antalya (Kemer), September 24-October 1, 2007;
3) На рабочей встрече участников Координационного Исследовательского Проекта (CRP) «Анализ численных и экспериментальных бенчмарков для электроядерных установок», Вена, МАГАТЭ, февраль 2009 г.
Список публикаций автора по теме диссертации
1.Титаренко Ю.Е., Батяев В.Ф., Живун В.М., ... Титаренко А.Ю. и др. Определение параметров выводимых протонных и ионных пучков ускорителя: мониторные реакции и токовые трансформаторы. // Препринт ИТЭФ 4-03, Москва, 2003.
2. Titarenko Yu. Е., Batyaev V.F., Zhivun V.M.,... Titarenko A.Yu. et. al. Nuclide production cross Sections for 59Co and natCu Irradiated with 0.2 GeV and 2.6 GeV Protons and 0.2 GeV/Nucleon Carbon Ions. // Proc. AccApp'03, Embedded Topical Meeting «Accelerator Applications in a Nuclear Reneissance», San Diego, California, 1-5 June 2003, ANS, La Grange Park, IL 60526, USA, 2004, pp. 59-66; LANL Report LA-UR-03-3403, nucl-ex, arXiv:nucl-ex/0305026 [pdfl.
3. Titarenko Yu. E., Batyaev V.F., Zhivun V.M.....Titarenko A.Yu., et. al. Cross
sections for Nuclide Production in 1 GeV Proton-Irradiated 208Pb and 0.8 GeV Proton-irradiated 197Au. // Proc. AccApp'03, Embedded Topical Meeting «Accelerator Applications in a Nuclear Reneissance», San Diego, California, 1-5 June 2003, ANS, La Grange Park, IL 60526, USA, 2004, pp. 839-846; LANL Report LA-UR-03-3401, nucl-ex, arXiv: nucl-ex/0305024 fpdfl.
4. Титаренко Ю.Е., Батяев В.Ф., Бутко M.A.,... Титаренко А.Ю. и др. Образование остаточных радиоактивных ядер-продуктов в тонких мишенях из 209Bi, naiPb, 206Pb,207Pb, 208РЬ облучаемых протонами с энергиями от 0.03 до 2.6 ГэВ. Ядерная физика, 2007, том 70, №7, с. 1149-1153.
5. Титаренко Ю.Е., Батяев В.Ф., Бутко М.А, ... Титаренко А.Ю. и др. Измерение и моделирование скоростей пороговых реакций на W-Na мишеней, облучаемой протонами с энергией 0.8 МэВ. Ядерная физика, 2007, том 70, №7, 1193-1198.
6. Titarenko Yu. E., Batyaev V. F., Titarenko A. Yu., et. al. Residual nuclide formation in 206'207'208'nalPb and 209Bi induced by 0.04-2.6 GeV Protons as well as in 56Fe Induced by 0.3-2.6 GeV Protons. Proceedings of the International Conference on Nuclear Data for Science and Texnology, Nice, Frace, 22 - 27 April, 2007 p.p. 1099-1102; LANL Report LA-UR-07-2659, nucl-ex, arXiv:0705.1020 fpdfl
7. Titarenko Yu. E., Batyaev V. F., Titarenko A. Yu., et.al. High Energy Threshold Reaction Rates on 0.8 GeV proton-irradiated thick Pb-target. Proceedings of the Internationa1 Conference on Nuclear Data for Science and Texnology, Nice, Frace,
22 - 27 April, 2007 p.p. 1209-1212; LANL Report LA-UR-07-2660, nucl-ex. arXiv:0705.1024 fpdfl.
8. Titarenko Yu., Batyaev V.F., Pavlov K.,..., Titarenko A.Yu. et. al. Nuclear data requirements for accelerator-driven systems. NUFRA2007-International Conference on Nuclear Fragmentation", Antalya(Kemer), September 24-October 1, 2007, http://fias.uni-irankilirt.de/historical/nufra 2007/talks/titarenko.pdf
9. Titarenko Yu., Batyaev V.F., Titarenko A.Yu. et. al. Fragmentation products from lead isotopes and bismuth induced by 0.04-2.6 GeV proton, "NUFRA2007-International Conference on Nuclear Fragmentation", Antalya (Kemer), September 24-October 1, 2007 http.7/fias.uni-frankfu rt.de/ historical/nufra2007/
10. Titarenko Yu.. Batyaev V.F., M.A Titarenko A.Yu. et. al. Rates of high energy threshold reactions on extended lead target induced by 0.8 GeV protons. "NUFRA2007-International Conference on Nuclear Fragmentation", Antalya(Kemer), September 24-October 1, 2007 http://fias.uni-frankrurt.de/ historical/nu<ra20Q7/
П.Батяев В.Ф., Бутко M.A., Павлов К.В.,...Титаренко А.Ю и др. Анализ основных ядерно-физических особенностей взаимодействия протонных пучков с тяжелыми металлическими мишенями. АЭ, 2008,том 104, вып.4, с. 242-249.
12. Titarenko Yu., Batyev V., Titarenko A., et. al. Radioactive Nuclide Formation in Proton-Irradiated Extended Lead-Target. Proceedings First International Workshop on Accelerator Radiation Induced Activation ARIA 2008, October 13-17, 2008 Paul Scherrer Institut, Villigen, Switzerland, PSI Proceedings 09-01, January 2009, ISSN 1019-0643,119-127.
13. Титаренко Ю.Е., Батяев В.Ф., Титаренко А.Ю. и др. Детальные данные пороговых скоростей реакций на внешней поверхности и внутри толстой РЬ мишени, облученной протонами с энергией 0,8 ГэВ. - Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерные константы, вып. 1,221 е., 2009.
14. Титаренко Ю.Е., Батяев В.Ф., Титаренко А.Ю. и др. Экспериментальное определение и расчетное моделирование пороговых скоростей реакций в толстой свинцовой мишени, облученной протонами энергией 0,8 ГэВ. АЭ, т. 107, вып. 1, с. 37-46, 2009.
15. Titarenko Yu., Batyaev V., Titarenko A, et.al. Residual radioactive nuclide formation in 0.8-GeV proton-irradiated extended Pb-target. Nuclear Technology, v.168, p.p.631-636, Dec., 2009.
16. Titarenko Yu. E, Batyaev V.F., Zhivun V.F.,..., Titarenko A.Yu., et. al. Measurements of the neutron field characteristics inside and on the surface of the Pb target micromodel exposed to 0.8 GeV protons. INDC(CCPV0448. IAEA, Octo-ber2009, http://www-nds.iaea.org/reports-new/indc-reports/indc-ccp/indc-ccp-0448.pdf
Подписано к печати 12.07.10 г. Формат 60x90 1/16
Усл. печ. л. 1,75 Уч.-изд. л. 1,2 Тираж 100 экз. Заказ 562
Отпечатано в ИТЭФ, И 7218, Москва, Б. Черемушкинская, 25
ВВЕДЕНИЕ.
1. ОБЗОР ПРОЕКТОВ ЭЛЕКТРОЯДЕРНЫХ УСТАНОВОК.
1.1. Материалы, используемые в мишенных станциях ЭлЯУ.
1.2. Анализ ядерных данных по материалам нейтронно-образующих мишеней и экспериментальных образцов, используемых для определения их параметров.
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ РЕАКЦИЙ ОБРАЗОВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ПРОДУКТОВ ПРОТОННЫХ РЕАКЦИЙ.
2.1. Методика определения скоростей реакций.
2.2. Оценка погрешностей измерений скоростей реакций.
2.3. Выводы по разделу 2.
3. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА.
3.1. Внешний вывод протонного пучка и определение энергии протонов.
3.2. Модель свинцовой мишени.
3.3. Экспериментальные образцы.
3.4. Облучение модели свинцовой мишени.
3.5.Гамма-спектрометрический анализ облученных образцов.
3.6. Мониторирование протонного пучка.
3.7. Определение мощности и геометрических параметров протонного пучка.
3.8. Выводы по разделу 3.
4. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТЕЙ РЕАКЦИЙ.
4.1. Распределения скоростей реакций нуклидов внутри свинцовой мишени.
4.1.1. Скорости реакций на 27Al, 59Со, natPb.
4.2. Распределения скоростей реакций нуклидов на поверхности свинцовой мишени.
4.2.1. Скорости реакций на 27Al,natIn, 181Та, 197Au,natPb,209Bi.
4.2.2. Скорости реакций на 12С, 19F, 59Со, 63Cu, 65Cu, 64Zn, 93Nb,169Tm.
4.3. Выводы по разделу 4.
5. РАСЧЕТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
РЕЗУЛЬТАТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИШЕНИ.
5.1. Расчетное моделирование измеренных скоростей реакций.
5.2. Определение потоков нейтронов и протонов на внешней поверхности и внутри мишени.
5.3. Оценка активности мишени.
5.4. Выводы по разделу 5.
Явление генерации большого количества- нейтронов, при облучении висмута дейтонамис энергией 200МэВ, было открыто Р. Гоеккерманом и И. Перлманом в 1948 г. и независимо, но немного позже, П. О'Конором и Г. Си-боргом, при облучении урана се-частицами с энергией 380 МэВ, в том же 1948 г [1,2]. Эти работы и послужили базой для создания различных проектов по использованию этого явления на первом этапе, который фактически продолжался до 90-х годов прошлого века. Достаточно подробное описание проектов того периода приводится' в работах [3,4,5]. Цели этих проектов коммерческое производство " Ри и U. Экспериментальные исследования, связанные с этой тематикой (называемой электроядерным бридингом), проводились в США (Ливермор, Ок-Ридж), Канаде (Чак-Ривер) и в России (ОИ-ЯИ) [4,5,6,7,8].
Достижения теории и практики в области физики ускорителей, наиболее известным из которых является открытое в 1956-1967 гг. В.В. Владимирским, И.М. Капчинским и В.А. Тепляковым явление пространственно-однородной высокочастотной квадрупольной фокусировки пучков, дали возможность перейти к созданию современных сильноточных ускорителей протонов и ионов, необходимых для практической реализации этого явления [9]:
В начале 90-х годов прошлого века, по инициативе нобелевского лауреата К.Руббиа, наступил второй этап развития этой тематики, однако ее направленность трансформировалась [10,11]. Вместо электроядерного бри-динга, в первую очередь, стали рассматривать задачу выжигания ядерных отходов и минорных актинидов, накопление которых могло повлиять на темпы развития ядерной энергетики во всем мире.
В настоящее время на базе сильноточных ускорителей проектируются и создаются ядерные установки двух типов. К первым относятся установки типа «спаляционный нейтронный источник, СНеИ», назначение которых -обеспечить прогресс в области фундаментальной и прикладной физики, материаловедения, биологии и т.д. [12,13,14], а ко вторым - «электроядерные установки, ЭлЯУ», которые предназначены, в первую очередь, для трансмутации ядерных отходов, образующихся в результате эксплуатации1 традиционных ядерных реакторов, и, возможно, производства электроэнергии [15,16,17].
Конструктивные отличия установок первого типа от второго обусловлены их целевым назначением. Если СНеИ - это мишенный узел, бомбардируемый протонным пучком с энергией ~ (1 — 2) ГэВ сильноточного линейного ускорителя, а нейтроны, образующиеся в результате адрон-ядерных реакций (расщепления, деления, фрагментации) распределяются и доставляются к научным установкам, то в ЭлЯУ созданный мишенный узел генерирующей нейтроны окружается подкритическим бланкетом с радиоактивными отходами. Рожденные в мишенном узле нейтроны умножаются в подкритическом бланкете с коэффициентом кумн ~кЭфф/(1-кэфф) и в ходе (n,f)-, (n/y)-, (п,хп)-, (п,р)- или (п,се )-реакций радиоактивные отходы (минорные актиниды: Np, Am, Cm) переходят в короткоживущие продукты ядерных реакций. Собственно, этот процесс и называется ядерной трансмутацией.
Отметим, что для трансмутации ядерных отходов, кроме ЭлЯУ, могут быть использованы и другие типы ядерных установок, но, обязательно, с избыточным балансом нейтронов. Наиболее перспективные из них это быстрые реакторы и термоядерные установки на основе (D-T), (D-D) синтеза [16,18,19,20]. Избыточный нейтронный баланс или нейтронный избыток -это число нейтронов, остающееся неиспользованным в ходе работы ядерной установки в стационарном режиме, и который используется на трансмутацию РАО. Из-за незначительной величины этого параметра установки на базе мюонно-каталитического синтеза, D-Li источника и D-D накопительного кольца не рассматриваются, так как, по этой причине, они могут быть использованы для трансмутации только с предварительно изотопно разделенными РАО, что обуславливает дополнительные технологические проблемы
21]. Установки на основе (D-T), (D-D)-синтеза, имеющие максимальный избыток нейтронов; находятся1 на стадии, концептуального проектирования. И только быстрые реакторы, технология0 которых развивалась параллельно с тепловыми реактрами, могут быть использованы для целей трансмутации РАО в ближайшее время. При этом надо иметь в виду, что в стандартном бридерном режиме (с полным воспроизводством ядерного топлива) быстрые реакторы тоже имеют незначительный избыток нейтронов, что накладывает требования трансмутации изотопно разделенных РАО. Поэтому необходимо создание или специализированных быстрых реакторов - «выжигателей» (ре-акторов-бернеров) или разработку специальных режимов в существующих проектах, совмещающих режимы наработки нового ядерного топлива в сокращенном объеме и трансмутацию < заданного количества РАО. При этом проблема недостаточной точности ядерных данных минорных актинидов становится весьма значимой для быстрых реакторов-«выжигателей», но эта проблема отсутствует при использовании ЭлЯУ для трансмутации РАО - в первую очередь за счет глубокой подкритичности бланкета (кЭфф=0.95), что делает невозможным развития разгонных аварий. [17,22,23].
Концепции ядерной энергетики-, развиваемые в последние годы, уделяют основное внимание проблеме замыкания ядерного топливного цикла. Поэтому в ряде из них, дополнительно к быстрым реакторам, предусматривается создание ЭлЯУ, обладающих, как вытекает из вышесказанного, повышенной внутренней ядерной безопасностью. Это определяет возможность переработки значительных количеств РАО. [24,25]. Отметим, что кроме концепции ЭлЯУ, основанной на использовании спаляционного нейтронного источника, рассматриваются также варианты ЭлЯУ с нейтронным источником на основе (7,п)- реакций, на базе электронных ускорителей и их сопряжения с подкри-тическим бланкетом [26].
В концепции ЭлЯУ, основанной на использовании спаляционного нейтронного источника, роль внешнего источника нейтронов выполняет специальное устройство — мишенный узел. Функционально он состоит из нейтрон-но-образующей мишени, назначение которой — взаимодействие с протонным пучком сильноточного ускорителя^ и генерация нейтронов адрон-ядерного каскада; элементов конструкции; элементов, предназначенных для теплосъе-ма энергии, выделяемой в мишенигпри взаимодействии с протонным пучком.
Появление в ядерных установках мишенного узла ставит задачу обеспечения требуемых нейтронно-физических параметров. Некоторые из этих параметров непосредственно влияют на ядерно-физические характеристики бланкета - интегральный выход нейтронов из мишени и их спектр, а другие — на ядерно-физические характеристики мишени, а именно: энерговыделение; радиационную стойкость (максимально возможные радиационные повреждения); образование остаточных ядер-продуктов, в том числе: а-активных; газообразных; отравляющих (обладающих большими сечениями захвата нейтронов) и долгоживущих (определяющих полную активность мишенной станции, которые в свою очередь также должны подвергнуться трансмутации) [27,28,29].
В мировой практике эти задачи решаются с помощью высокоэнергетических транспортных программ (ВЭТ-программ): MCNPX, FLUKA, LAHET, MARS, SHIELD, CASCADE и их модификаций [30,31,32,33,34,35]. Существенное расширение энергетического диапазона нейтронов вплоть до энергии протонного пучка (единицы ГэВ, что на два порядка выше верхней границы реакторного диапазона энергий), и, как следствие, использование в этих программных комплексах ядерных моделей для расчета сечений большого количества возможных реакций, обуславливает проведение бенчмарк-экспериментов для сравнения достигнутой и требуемой точности расчета параметров ЭлЯУ [36,37].
При этом под бенчмарк-экспериментами понимаются эксперименты, в которых, кроме результатов измерений и их погрешностей, приводится спецификация с подробным описанием:
• данных по составу;
• геометрии;
• измерительных приборов и их метрологического обеспечения;
• используемых методик измерений.
Назначение спецификации - возможность создания на ее основе математической модели, необходимой для моделирования выполненных экспериментов с использованием программ на основе метода Монте-Карло.
В декабре 2005 в МАГАТЭ был создан специальный Координационный Исследовательский Проект (Coordinate Reserch Project - CRP) «Анализ численных и экспериментальных бенчмарков для электроядерных установок» [38]. Участниками этого проекта стали 27 институтов из 18 стран, членов МАГАТЭ, и две международные организации.
Основная задача CRP — деятельность в направлении концентрации усилий стран МАГАТЭ по созданию ЭлЯУ и обеспечение информационного обмена в рамках созданной исследовательской коллаборации.
В соответствии с задачами выделены три основных группы бенчмарк-экспериментов, которые сформировали базу данных CRP:
• эксперименты с моделями бланкетов ЭлЯУ разного типа;
• эксперименты по контролю подкритичности бланкетов;
• эксперименты с моделями нейтронно-образущих мишеней.
Настоящая работа в основном посвящена исследованию физических и инженерных проблем, связанных с последней задачей.
В базу данных CRP включены три таких эксперимента. Первый из них - бенчмарк-эксперимент, выполненный в Университете Науки и Технологии, AGH (г. Краков, Польша). Его цель - облучение модели свинцовой мишени, которая представляла собой разборный цилиндр диаметром 80 мм и длиной 308 мм. Задача эксперимента - определение аксиального распределения активности долгоживущих изотопов, образовавшихся в мишени в результате ее облучения. Облучение мишени протонами энергией 660 МэВ проводилось на синхротроне ОИЯИ (г. Дубна). Время облучения составляло 530 минут. Общее число протонов - 2.6-1014. После облучения измерялся спад активности 28-ми ядер (продуктов реакций) [39,40].
Второй бенчмарк-эксперимент, выполнен в ФГУП ГНЦ РФ «Институт теоретической и экспериментальной физики» (Москва, Россия). Его цель — проверка возможности выравнивания пространственного распределения нейтронных полей при облучении «длинной» цилиндрической модели' W-Na мишени ЭлЯУ диаметром 150 мм и длиной 907 мм, с заранее рассчитанными геометрическими характеристиками W и Na дисков1.
После ее облучения на выведенном пучке ускорителя ИТЭФ У-10 протонами с энергией 0.8 ГэВ были определены абсолютные значения скоростей реакций на 12-ти нуклидах (экспериментальные образцы, которые размещались как на поверхности, так и внутри мишени). Результаты эксперимента сравнены с расчетными значениями скоростей реакций, полученных с использованием программы LAHET и базы ядерных данных MENDL2 и MENDL2P [41,42,43,44].
Выбранная энергия протонов была ниже оптимальной энергии ЭлЯУ. Однако, во-первых, толщина W дисков (380 мм) должна обеспечить полное поглощение энергии протонного пучка, что и достигается для данной энергии протонов, а, во-вторых, она ближе к энергии протонов в пилотных установках ЭлЯУ, которые проектируются с использованием реально существующих ускорителей.
Третий бенчмарк - эксперимент также выполнен в ФГУП ГНЦ РФ «Институт теоретической и экспериментальной физики». Его цель - облучение модели свинцовой нейтронно-образующей мишени ЭлЯУ диаметром 150 мм и длиной 920 мм протонами энергией 0.8 ГэВ [45,46,47,48].
1 Кроме CRP, данный эксперимент включен в базу данных SINBAD, OECD, Париж [43].
Обоснование, описание и> постановка этого эксперимента, обработка и интерпретация его результатов и является предметом исследований» настоящей диссертации.
Целесообразность проведения эксперимента в такой постановке- была обоснована в ходе обсуждения и выполнения, работ по проекту МНТЦ № 2405 «Экспериментальные исследования ядерно-физических характеристик материалов, имеющих существенное значение для процессов утилизации оружейного плутония и трансмутации радиоактивных отходов» [49].
Было указано, что, несмотря на то, что раздельно физика процессов (ядерные и межъядерные каскады, ионизационные потери частиц и др.), происходящих при таких взаимодействиях протонов с толстыми мишенями, в том числе и свинцовыми, достаточно хорошо изучена, но их комплексное описание и развитие во многом сдерживается отсутствием информации по интегральным параметрам: скоростям реакций и наведенным активностям в них. С учетом практического отсутствия необходимых данных тема представленной диссертации является актуальной.
Цель диссертации состоит в формировании наборов экспериментальных значений скоростей реакций образования остаточных ядер-продуктов в активируемых образцах, которые используются для определения потоков нейтронов и протонов на поверхности и внутри свинцовой мишени, оценки изменения радиоактивности свинцовой нейтронно-образующей мишени ЭлЯУ или СНеИ при облучении ее протонами энергией 0.8 ГэВ и током 1 мА в течение одного года работы ускорителя, сравнении полученных экспериментальных значений с расчетными значениями скоростей реакций.
В соответствии с этим можно выделить основные задачи диссертации:
• анализ существующей экспериментальной информации по облучению «тонких2» и «толстых3» свинцовых мишеней;
• обоснование метода исследований и выбора материала активационных оби разцов, которые могут быть использованы в качестве пороговых детекторов нейтронов и протонов;
• формирование аппаратурно-методического и информационного обеспечения эксперимента;
• изготовление и исследование параметров свинцовой мишени и активаци-онных образцов;
• проведение облучения «толстой» свинцовой мишени на протонном синхротроне У-10 ФГУП «ГНЦ РФ ИТЭФ», физических измерений активацион-ных образцов и обработки результатов;
• обоснование и разработка методики определения флюенса протонов, попавших на мишень;
• сравнение экспериментальных значений скоростей реакций с расчетными данными;
• определение потоков нейтронов и протонов на поверхности и внутри свинцовой мишени;
• оценка радиоактивности мишени.
Методы исследований. Диссертационная работа использует следующие основные методические приемы:
• прецизионная у-спектрометрия облученных протонами и нейтронами пороговых активационных образцов, как природного, так и обогащенного по требуемым изотопам состава, а также образцов из материала мишени;
• сопоставление полученных результатов с расчетными данными. 2
Тонкой мишенью называется мишень, удовлетворяющая двум критериям: а) потери энергии бомбардирующей частицы при прохождении мишени пренебрежимо малы в сравнении с исходной энергией; б) длина свободного пробега бомбардирующей частицы много больше протяженности мишени.
3 Толстой мишенью здесь называется мишень, не удовлетворяющая ни одному критерию тонкой мишени
Научная новизна выполненных исследований заключается в следующем:
• в подобной постановке, наиболее близкой» к реальным процессам в мишенной станции ЭлЯУ, эксперимент выполнен впервые. В частности, сказанное касается рекордного значения набранного флюенса протонов (6.0±0.5)-1015.
На защиту выносятся:
• методика и результаты измерений скоростей реакций на 14-ти типах акти-вационных образцах, размещенных на внешней поверхности и внутри толстой свинцовой мишени, облученной протонами энергией 0.8 ГэВ;
• результаты сравнения полученных экспериментальных значений скоростей реакций с результатами расчетного моделирования;
• результаты определения плотности потоков нейтронов и протонов на внешней поверхности и внутри свинцовой мишени;
• значение выхода нейтронов из «толстой» свинцовой мишени (диаметром 150 мм и длиной 920 мм), облученной протонами 0.8 ГэВ;
• оценка радиоактивности свинцовой мишени нейтронно-образующего узла ЭлЯУ.
Практическое значение работы определяется возможностью использования ее результатов:
• для верификации и совершенствования расчетных программ, используемых при проектировании ЭлЯУ, и оптимизации их эксплуатационных режимов и технических характеристик;
• для создания специализированных баз ядерных данных, используемых при проектировании ЭлЯУ;
Структура диссертации определяется сказанным выше. Во Введении обсуждаются концептуальные вопросы возможности создания ЭлЯУ и их использования для замыкания топливного цикла АЭС и трансмутации ядерных отходов. Формулируются первоочередные задачи, подлежащие решению в рамках упомянутых проблем.
В Главе 1 диссертации, на основе обзорного рассмотрения современных проектов ЭлЯУ, обоснован выбор, материала мишени. Приведены результаты анализа имеющейся информации по экспериментам ^ с «тонкими» мишенями. Обосновано использование в качестве основного способа, исследования изучаемых взаимодействий активационного метода с использованием полупроводниковой у-спектрометрии облученных образцов.
В Главе 2 предложен математический формализм определения скоростей реакций и их погрешностей по результатам анализа первичной экспериментальной информации.
В Главе 3 описан эксперимент. Даны характеристики ускорителя У-10 ИТЭФ в части, имеющей отношение к облучению образцов (системы вывода высокоэнергетического пучка протонов). Приведено описание свинцовой мишени и ее параметров. Приведены основные рабочие характеристики полупроводниковых у-спектрометров. Описано программное и константное обеспечение эксперимента, организация процесса измерений и обработки первичных экспериментальных результатов. Приведены характеристики облучаемых образцов.
В Главе 4 приведены значения скоростей ядерных реакций и их погрешностей для 14-ти типов экспериментальных образцов (209Bi, natPb, 197Au, 181Та, 169Tm, natIn, 93Nb, 65Cu, 63Cu, 64Zn, 59Co, 27A1,19F и natC).
В Главе 5 описано расчетное моделирование спектров нейтронов и протонов внутри и на поверхности толстой свинцовой мишени, расчет требуемых сечений в диапазоне энергий до 0.8 ГэВ, расчет скоростей реакций и их сравнение с экспериментальными значениями. Определение потоков нейтронов и протонов на внешней поверхности и внутри мишени. В качестве модельного примера выполнена оценка активности свинцовой нейтроннообразующей мишени заданной геометрии после одного года облучения протонами с энергией 0.8 ГэВ и током 1 мА.
Полные наборы полученных скоростей реакций и их погрешностей для всех экспериментальных образцов, размещаемых в 12 точках внутри и на поверхности мишени, приведены в Приложении (оформлено отдельным томом). Подобный подход представления результатов работы определяется существом бенчмарк-эксперимента.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения (общих выводов по диссертации) и приложения; имеет объем 115 страниц печатного текста; содержит 43 рисунка, 21 таблицу и библиографию (106 наименований).
5.4 Выводы по разделу 5
В данной главе представлены результаты расчетного моделирования проведенного эксперимента с помощью пакета программ LAHET+HMCNP. В результате моделирования:
• расчитаны спектры нейтронов, протонов и пи-мезонов в точках расположения экспериментальных образцов;
• с привлечением библиотек MENDL и EXFOR получены 167 функций возбуждения идентифицированных ядер-продуктов;
• определены расчетные значения скоростей реакций;
• определены распределения плотности потоков нейтронов и протонов по длине мишени, как на её поверхности, так и внутри;
• определена активность мишени при условии её использования в составе пилотной установки ЭлЯУ.
Получено удовлетворительное согласие между большинством расчетных и экспериментальных значений скоростей реакций, за исключением продуктов
88 22 деления и фрагментации, например, Y и Na, и некоторых продуктов расщепления, например, ,95Аи.
На основании сравнения представленных на рис. 25 экспериментальных и расчетных скоростей реакций можно предполагать, что полученная на рис. 43 активность мишени описывается в целом адекватно во всем диапазоне примерно до 3000 лет, кроме участка от 0,1 до 1 года, где значительный
195 л г^
-20%) вклад в активность вносит Аи. Этот вклад значительно выше предсказанного.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе выполнения работ по настоящей диссертации были получены следующие основные результаты:
• сформулированы основные направления работ по экспериментальному и расчетно-теоретическому исследованию ядерно-физических параметров мишеней ЭлЯУ;
• обосновано использование метода у-спектрометрии как базового для экспериментальных исследований в области мишенных устройств ЭлЯУ;
• изготовлена свинцовая мишень с размерами 150 х 1920 мм и определены ее физические характеристики;
• выполнены работы по юстировке мишени относительно траектории пучка, обеспечившие неравномерность поля частиц на внешней поверхности мишени не превышающую 9%;
• достигнут рекордный флюенс при облучении мишени протонами энергий 0.8 ГэВ - 6.0-Ю15;
• определены 2467 скорости реакций в 244 активационных образцах, размещенных внутри и на поверхности мишени. Периоды полураспада измеренных продуктов реакций лежат в диапазоне от 9.458 мин ( Mg) до 444 лет (194Hg). Значения ряда измеренных скоростей реакций вдоль мишени варьируются до 2.5-104 раз, например, 203РЬ. Среди измеренных продуктов выявлено 10, имеющих высокий, более ЮОМэВ, энерегический порог реакции;
• определены потоки протонов и нейтронов внутри и на поверхности мишени;
• определен выход нейтронов и протонов из мишени с данной геометрией;
• экспериментальные результаты сравнены с расчетными, получеными с использованием программного комплекса LAHET(ISABEL)+HMCP;
• • получены функции возбуждения для 167 ядерных реакций;
• выполнена оценка активности мишени после облучения ее в течение 1 года протонами энергией 0.8 ГэВ и током 1 мА.
Результаты, полученные в ходе эксперимента, позволяют сделать заключение, что его можно отнести к классу бенчмарк-экспериментов, назначение которых - верификация высокоэнергетических транспортных программ, применяемых для расчета параметров электроядерных установок (ЭлЯУ) и спаляционных нейтронных источников (СНеИ) со свинцовой мишенью.
Результаты исследований, описанных в диссертации, изложены:
• в 6-ти статьях, из них 5 опубликовано в реферируемых журналах;
• в докладе секции ядерных данных МАГАТЭ;
• в 4-х препринтах, три из которых в электронном виде LANL.
Они докладывались на 4-х международных конференциях, на одной из которых автор докладывал лично.
Результаты исследований вошли в базу данных CRP МАГАТЭ и учитывались при выполнении проекта МНТЦ 2405;
В качестве дальнейших направлений работ по обоснованию пилотных проектов ЭлЯУ может быть рекомендовано:
• для обоснования безопасности при эксплуатации ЭлЯУ - определение выхода нейтронов и протонов из мишени с заданной геометрией и конкретных материалов;
• для обоснования радиационной безопасности ЭлЯУ - оценка активности мишени заданной геометрии и конкретными материалами
Автор принимал непосредственное участие в качестве сотрудника научной группы в исследованиях, описанных в диссертации, на всех этапах их выполнения (анализ литературных данных, создание экспериментальной методики, изготовление мишени и образцов, подготовка и ее облучение вместе с образцами, измерения облученных образцов, обработка полученных у-спектров и вычисление значений скоростей реакций, определение флюенса протонов, определении потоков нейтронов и протонов на поверхности и внутри свинцовой мишени, определении выхода нейтронов, а также моделировании экспериментальных результатов). Определение номенклатуры используемых активационных образцов и энергии налетающих протонов, создание расчетной модели, а также анализ полученных экспериментальных и расчетных результатов были проведены автором совместно с научным руководителем.
--
Автор выражает глубокую благодарность:
• коллегам по лаборатории Фундаментальных ядерно-физических исследований ФГУП «ГНЦ РФ ИТЭФ» за помощь при выполнении экспериментальных и расчетных исследований описанных в диссертации;
• сотрудникам синхротрона ИТЭФ У-10 за обеспечение требуемого режима длительной работы ускорителя при облучении свинцовой мишени.
• Международному Научно-Техническому Центру и Госкорпорации РОСАТОМ за финансовую поддержку представленных в диссертации исследований.
1. Goeckerman R. H. and Perlman 1. Characteristics of Bismuth Fission with High Energy Particles. Phys. Rev., 1948, v.73, p.l 127
2. O'Connor P.R. and Seaborg G.T. High Energy Spallation and Fission Products of Uranium. Phys. Rev., 1948; v.74, n. 9, p.l 189.
3. Frazer J.S. High power accelerators for spallation breeders of fissile materials. IEEE Transections on Nuclear Science, v.NS-24, no. 3, June 1977.
4. A Europen roadmap for development accelerator driven system (ADS) for nuclear waste incineration. The European technical working group on ADS. April 2001. Available from http://nucleartimes.irc.nl
5. A Status Report. Accelerator and spallation target technologies for ADS applications. Nuclear Science, ISBN 92-64-01056-4, NEANo. 5421 OECD 2005.
6. Васильков P. Г., Гольданский В.И., Гришкевич Я.В. и др. Нейтронные выходы и потоки тепловых нейтронов в системе свинец вода, бомбардируемой протонами высоких энергий. Атомная Энергия 1968 г., т.25, вып.6, с. 479.
7. Васильков Р.Г., Гольданский В.И., Пименов Б.А. Размножение нейтронов в уране, бомбардируемом протонами с энергией 300 600 МэВ. Атомная Энергия 1978 г., т.44, вып.4, с. 329.
8. Васильков Р. Г., Гольданский В.И., Орлов В.В. Об электрическом бридин-ге. Успехи физических наук 1983 г., т. 139, вып. 3, с.с. 435 464
9. Carminative F., Lappish R., Robbie С., et. al. Energy amplifier for cleaner and inexhaustible nuclear energy production driven by a particle beam accelerator. CERN/AT/93-47(ET)
10. Rubbia C., Rubio J.A., Buono S., et. al. Conceptual design of a fast neutron operated high energy amplifier. CERN/AT/95-44(ET)
11. Holtkamp N. Status of the SNS project, Proceedings of the Particle Accelerator Conference 2003. v. 1, Issue 12-16 May 2003, p. 11 15.
12. Wagner W., Dai Yo., Glasbrenner H. et. al. Status of SING, the only MW spallation neutron sourse highlighting target development and industrial application j. Nuclear Instruments & Methods, v. 562, issue 2, june 23, 2006, p.541-547.
13. Oyama Yu. J PARC and new era of science, j. Nuclear Instruments & Methods, v. 562, issue 2, june 23, 2006, p.548-552.
14. Батяев В.Ф., Бутко M.A., Павлов К.В.,.Титаренко А.Ю и др. Анализ основных ядерно-физических особенностей взаимодействия протонных пучков с тяжелыми металлическими мишенями. АЭ, 2008,том 104, вып.4, с. 242-249.
15. Accelerator-driven Systems (ADS) and Fast Reactors (FR) in Advanced Nuclear Fuel Cycles. A Comparative Study, Nuclear Energy Agency, NEA-3109 (2002). http://www.nea.fr/html/ ndd/reports/2002/nea3109-ads.pdf
16. Physics and Safety of Transmutation Systems. A Status Report. ISBN 92-6401082-3. NEA # 6090, OECD 2006.
17. Ligwid Metal Cooled Reactors: Experience in Design and Operation. IAEA-TECDOC-1569, December 2007.
18. Uranium 2005: Ressources, production et demande. NEA #6099, OCDE 2006
19. Peng Y.-K. M., Fogarty P:J:, Burgess T.W. et. al. A component test facility based on the spherical tokomak. Plasma Physics and Controlled Fusion, v. 47, Issue 12B, pp. B263-B283, 2005.
20. Артисюк В.В. Развитие физико-технических свойств трансмутации дол-гоживущих радиоактивных отходов ядерных реакторов. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Обнинск, 2002 г.
21. Ikeda Y., Nuclear Data Relevant to Accelerator Driven Systems, Journal of Nuclear Science and Technology, Supplement 2, p. 13-18 (August 2002).
22. Subbotine S., Alekseev P., Ignatiev V., et. al. Harmonization of Fuel Cycles for Long-range and Wide-scale Nuclear Energy System, Proc. of Global 1995 International Symposium, Versailles, France, September, v.l, 1995, p. 199-206'
23. Salvatores M., Abderrahim H.A., Caron-Charles M. et. al. Analysis of options for a decision process towards P&T implementation. Proceedings of Global 2009, Paris, September 6-11, p.p. 2509-2516, 2009
24. Karnaukhov I., Neklyudov I., Gohar Y., et. al. Progress in Conceptual Design Development of the Ukraine Subcritical Assembly with Electron Accelerator Driver. IAEA's CRP Training Meeting, 26-30 January 2009.
25. Titarenko Yu.E. Batyaev V.F. The ITEP experiments with target exposed to up-to 2.6 GeV protons. Joint ICTP-IAEA Advanced Workshup on Model Codes for Spallation Reactions. INDC(NDS)-0530, p.p. 148-180. August 2008.
26. Hendricks J. S, McKinney G. W, Waters L.S. et. al. The MCNPX versions 2.5.0 user's manual. April 2005, LA-CP-05-0369 (2005) .
27. Prael R.E, Lichtenstein H. Users Guide to LCS: The LAHET code system, LA-UR-89-3014, (1989).
28. Dementyev A.V., Sobolevsky N.M. SHIELD Universal Monte Carlo Hadron Transport Code: Scope and Applications. Radiation Measurements, 30 (1999) 553.
29. Kumawat H. and Barashenkov V.S. Monte Carlo model CASCADE-2004 of high-energy nuclear interactions, Euro. Phys. A 26, (2005) 61-67.
30. Lerray S. Canclusions of the workshop and specifications of the future benchmark. INDC(NDS)-0530, p. 223-228. August 2008.
31. Pohorecki W., Janczyszyn J., Taczanovski S. et. al. Evaluation of an ADS lead target activation; comparison of computations and measurements. Nuclear Inst, and Methods in Physics Research, A, 562 (2006).
32. Society (ANS) in San Diego, 1-5 June 2003, California, USA, ANS Proceedings, pp. 1307-1310;
33. Batyaev V.F., Zhivun V.M., Karpikhin E.I., et. al. Experimental determination of the threshold activation reaction rates inside and outside the 0.8 GeV proton-irradiated W-Na target. NEA-1552/25; http://www.nea.fr/abs/html/nea-1552.html
34. Титаренко Ю.Е., Батяев В.Ф., Титаренко А.Ю. и др. Экспериментальное определение и расчетное моделирование пороговых скоростей реакций в толстой свинцовой мишени, облученной протонами энергией 0,8 ГэВ. АЭ, т. 107, вып.1,с. 37-46, 2009.
35. Titarenko Yu., Batyaev V., Titarenko A, et.al. Residual radioactive nuclide formation in 0.8-GeY proton-irradiated extended Pb-target. Nuclear Technology, v.168, p.p.631-636, Dec., 2009.
36. Neutron Science Facilities, http://neutrons.ornl.gov/facilities/index.shtml; http ://ww w. sns. gov/
37. J-PARC Access MAP http://j-parc.jp/en/access.html; http://i-parc.jp/index-e.html
38. Bauer G.S., Salvatores M., Heusener G. MEGAPIE, a 1 MW Pilot Experimental for a liquid' metal spalation target. Jurnal of Nuclear Materials, v. 296, issue 1-3, p.p. 17-33, 2001
39. Abderrahim H. Ait, D'hondt P. MYRRHA: A European Experimental ADS for R&D Applications. Status at Mid-2005 and Prospective towards1.plementation, Nuclear Science and Technology, Vol. 44, No. 3, p. 491 — 498, 2007; http://www.sckcen.be/myrrha/
40. Варламов B.B., Журавлева Г.М., Сургутанов B.B. и др. Ядерные реакции под действием заряженных частиц и фотонов в системе ЭКСФОР (Справочные данные). М.: ЦНИИатоминформ, 1987, htlp://www-nds.iaea.org/exfor/exfor.htm
41. Nuclear Science References (NSR) Database version of January 5, 2010 http://www.nndc.bnl.gov/nsr/ index.jsp
42. Gloris M., Michel R., Herpers U., et. al. Production of residual nuclei from irradiation of thin Pb-targets with protons up to 1.6 GeV. NIM B, v. 113, p.p. 420433, 1996
43. Michel R., Gloris M., Lange H.-J. Nuclide production by proton induced reactions on elements (6 <Z ^29) in the energy range from 800 to 2600 MeV. NIM B, v.103, p.p. 183-222, 1995.
44. Prokofiev A. V. Compilation and systematics of proton-induced fission cross-section data. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 463 (2001) 557-575.
45. Барашенков B.C. Ядерно-физические аспекты электроядерного метода. ЭЧАЯ, т.9, вып. 5, с.871, 1978
46. Trebukhovsky Yu.V., Titarenko Yu.E., Batyaev V.F. et. al. Double-differential cross sections for the production of neutrons from Pb, W, Zr, Cu, and Al targets irradiated with 0.8, 1.0, and 1.6-GeV Protons. Phys. Atomic Nucl., 2005, v. 68, № l,p. 3-15.
47. Юревич В.И. Исследование деления ядер и образования нейтронов на пучках легких релятивистких ядер. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Дубна 2006 г.
48. Бекурц К, Виртц К. Нейтронная физика. М. Атомиздат 1968.
49. Титаренко Ю.Е., Батяев В.Ф, Живун В.М, . Титаренко А.Ю. и др. Определение параметров выводимых протонных и ионных пучков ускорителя: мониторные реакции и токовые трансформаторы. // Препринт ИТЭФ 4-03, Москва, 2003.
50. E.Storm, H.I. Israel. Photon cross section from 1 keV to 100 MeV for elements Z=1 to Z=100.
51. R.B. Firestone, in: Table of Isotope, 8th ed.: 1998Update(with CD ROM) edited by S.Y. Frank Chu (CD- ROM Ed.), C.M. Baglim (Ed.) (Wiley Interscince, New York, 1996)
52. UR-07-2660, nucl-ex, arXiv:0705.1024 fodfl.
53. Государственный Фонд Стабильных Изотопов. Характеристика изотопически обогащенного продукта. Паспорт 90 1988г.
54. Государственный Фонд Стабильных Изотопов. Характеристика изотопически обогащенного продукта. Паспорт 135 1988г.
55. Государственный Фонд Стабильных Изотопов. Характеристика изотопически обогащенного продукта. Паспорт 197 — 1988г.
56. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №14263.07 2007г.
57. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №14269.07 2007г.
58. Alfa Aesar. Certificate of Analysis. Stock number: 40761. Lot number: G10d32 2006r.
59. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №14264.07 2007г.
60. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №14267.07 2007г.
61. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №14262.07 2007г.
62. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №14266.07 2007г.
63. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава<№14265.07 2007г.
64. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №7336.99 1999г.
65. Giredmet Testin Analytical Center. Испытательный Аналитико-Сертификационный Центр Гиредмета. Лаборатория Масс-спектрометрии. Протокол испытаний примесного состава №7333.99 1999г.
66. Alfa Aesar. Certificate of Analysis. Stock number: 40182. Lot number: D01P18.- 2006r.
67. Свидетельство 31/96/19826. Образцовые спектрометрические источники гамма излучения ОСГИ-3-l-lp. Комплект № 9402. Государственное предприятие «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»
68. Спектрометрическая система Genie-2000, модель S502. Canberra Industries.
69. R.R. Kinsey, et al., Proc.9th Int. Symp. Of Capture Gamma Ray Spectroscopy and Related Topics, 8-12 October 1996, Budapest, Hungry.
70. Паспорт № 02080, 7У634. ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических радиотехнических измерений».
71. J. Tobailem and С.Н. de Lassus CEA-N-1466(1)1975; J. Tobailem and C.H. de Lassus CEA-N-1466(5) 1981.
72. Shubin Yu. N., Lunev V.P., Konobeev A.Yu. et. al. Cross section data library MENDL-2 to study activation and transmutation of materials irradiated by nucleons of intermediate energies. INDC(CCP)-385, Vienna: IAEA, May, 1995.
73. Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный Научный Центр Российской Федерации -Институт Теоретической и Экспериментальной Физики»1. На пра&сж-рукописи1. Титаренко Алексей Юрьевич
74. Экспериментальное определение скоростей реакций и рас-1етное моделирование облучения толстой свинцовой мишени протонами до 800МэВ
75. Специальность: 01.04.16 Физика атомного ядра и элементарныхчастиц
