Создание источников холодных и ультрахолодных нейтронов для нейтронных исследований тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОМ АКАДЕМИИ НАУК ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им. Б.П. КОНСТАНТИНОВА РАН

00460724*

На правах рукописи УДК 539.125.5; 621.039.555/556

МИТЮХЛЯЕВ Виктор Алексеевич

СОЗДАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ХОЛОДНЫХ И УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ ДЛЯ НЕЙТРОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

01.04.01- приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени - кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2010 г.

О

4.

2 ИЮЛ 2010

004607246

Работа выполнена в Петербургском институте ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор А. П. Серебров,

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник М. Г. Земляков,

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Е. П. Шабалин.

Ведущая организация:

Физический факультет Санкт-Петербургского государственного университета

Защита диссертации состоится иклл А 2010 г. в _^>час. *Х>мин. на за-

седании диссертационного совета Д 002.115.01 при Петербургском институте ядерной физики им. Б. П. Константинова РАН по адресу: 188300, Гатчина, Ленинградская обл.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПИЯФ РАН

Автореферат разослан « (I » ** «"СИ^ 2010 1

Ученый секретарь

диссертационного совета \А/№ И.А. Митропольский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На протяжении последних пяти десятилетий наблюдается большой интерес к холодным нейтронам (ХН) - это нейтроны с энергиями от 10"7 до 2,5-10"3 эВ. Объясняется это тем, что они обладают ярко выраженными волновыми свойствами и являются уникальным инструментом в различных областях фундаментальных и прикладных исследованиях.

Особенно возрос интерес в последние годы к холодным нейтронам в связи с изучением наноструктур. Изучение структурно-динамических свойств нанострукту-рированных материалов является одной из важнейших фундаментальных задач современной физики конденсированного состояния.

В то же время нейтроны интересны как объект научного исследования и сами по себе. В частности, представляют большой научный интерес эксперименты по поиску электрического дипольного момента нейтрона (ЭДМ), по поиску нейтрон-антинейтронных осцилляций, по измерению времени жизни нейтрона и т.д.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является увеличение интенсивности потока холодных и ультрахолодных нейтронов на стационарных реакторах ВВР-М (Гатчина, ПИЯФ), ВВР-СМ (KFKI Венгрия), OPAL (ANSTO Австралия) за счет создания и использования высокоэффективных источников ХН и УХН на основе водорода и дейтерия.

При создании эффективного источника холодных нейтронов основной задачей является размещение камеры с замедлителем при низких температурах в максимуме или как можно ближе к максимуму потока тепловых нейтронов. Это, в свою очередь, требует создания эффективных систем отвода тепла для поддержания замедлителя при низких температурах. Кроме этого, создание эффективного источника охватывает широкий спектр задач, связанных с оптимизационными нейтронно-физическими расчетами и исследованиями, как то: нейтронной светимостью источника, оптимальными толщинами замедлителя и формами камеры, фактором выигрыша, тепловыделениями, влиянием источника на реактивность реактора, влиянием облучения на замедлитель и конструкционные материалы.

Научная новизна работы. Впервые на реакторе ВВР-М средней мощности были получены рекордные значения по интенсивности и плотности потока пучка поляризованных холодных нейтронов. Эти параметры в 3 - 5 раз превосходили характеристики наилучшего пучка поляризованных холодных нейтронов гренобльского высокопоточного реактора. Плотность потока ультрахолодных нейтронов данного источника уступала приблизительно в 5 раз новому каналу ультрахолодных нейтронов из жидкодейтериевого замедлителя на высокопоточном реакторе в Гренобле.

С использованием этого источника была получена наиболее точная оценка возможного ЭДМ нейтрона dn= (+2.6 ± 4.0 ± 1.6) 10"28 е-м, экспериментально измерено время жизни нейтрона, которое составило г„= (888.4 ± 3.1± 1.1) е., и получено значение коэффициента корреляции между направлением вылета электрона и спином распадающегося нейтрона - А = -0.1131 ± 0.0014, что соответствует значению k=gA/gv = -1-249 ±0.008.

Впервые разработана и апробирована методика расчета контура естественной циркуляции жидкого водорода и дейтерия. Определены предельные возможности по

отводу тепла в такой системе. Исследованы тепловые характеристики работы контура естественной циркуляции.

Впервые на основе разработанной методики создан способ охлаждения и поддержания замедлителя при низких температурах с использованием контура естественной циркуляции жидкого водорода (однофазный термосифон).

Впервые проведены исследования смеси водорода с дейтерием под облучением, определен их равновесный состав и константа равновесия.

С помощью разработанной компенсационной методики проведены исследования по измерению суммарных и удельных тепловыделений в замедлителе и конструкционном материале источника.

Изучено влияние жидкого водорода, дейтерия и их смесей, а также процесса конденсации замедлителя в контуре естественной циркуляции (термосифоне) на реактивность реактора.

На основе полномасштабных теплогидравлических испытаний моделей источников определены предельные возможности отвода тепла в системах непосредственного охлаждения замедлителя в камере и с использованием вертикального термосифона.

Практическая значимость работы. Впервые в мировой практике на реакторе средней мощности создан универсальный источник холодных и ультрахолодных нейтронов с высокими нейтронными характеристиками. Это достигнуто благодаря максимальному использованию возможностей реактора (размещению источника в центре зоны, что стало возможным за счет высокоэффективной системы охлаждения жидкого водорода), а также благодаря многощелевой фокусирующей нейтроновод-ной системе, которая одновременно поляризует пучок холодных нейтронов. Опыт, накопленный в процессе создания ИХН на реакторе ВВР-М, и полученные экспериментальные данные, были использованы при создании ИХН мирового класса в других нейтронных центрах ВВР-СМ (KFKI Венгрия) и OPAL (ANSTO Австралия).

Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, были представлены автором: на 5-ой международной конференции по исследовательским реакторам IGG0R5 (Франция, 1996); Intern. Workshop on Cold Neutron Utilization (South Korea, Taejon, 1997); Fifth Cryogenics 98 International conference.(Praha, Czech Republic. 1998); 7th Meeting of the International Group on Research Reactors (IGGOR 7) October 26-29, 1999. Argentina, SC de Bariloche; 4th International Conference "Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources" St. Petersburg, Russia 16 - 21 June 2003; 9th Meeting of the International Group on Research Reactors (IGGOR 9), 24-28 March 2003, Sydney, Australia; 5th International Conference "Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources" Peterhof, Russia 13-18 July 2005; 3rd NET Enlargement & Integration Workshop. JRC-IE Petten, 29-30 November 2006; 6th International Conference. "Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources" St. Petersburg - Moscow, 1-7 July 2007.

Основные материалы диссертации опубликованы в 4 статьях и 7 препринтах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 151 наименования. Она содержит 171 страницу машинописного текста, 55 рисунков и 31 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и кратко описано содержание работы.

В главе 1 (обзор литературы) выполнен подробный обзор источников холодных нейтронов за последние 50 лет. Представлен график развития источников ультрахолодных нейтронов. Рассмотрены различные подходы в создании источников холодных нейтронов на различных реакторах и ускорителях. Рассмотрены и проанализированы основные аспекты и критерии создания высокоинтенсивных источников холодных нейтронов на стационарных реакторах. Показано, что в настоящее время расчетные модели рассеяния нейтронов и мощные программы МС№, МСи и др. позволяют проводить оптимизационные расчеты ИХН на основе водорода или дейтерия с высокой точностью. Эти расчеты позволяют определять эффективность того или другого замедлителя в рамках поставленной задачи, оптимизировать его эффективную толщину, а также геометрию и форму источника с учетом места расположения ИХН в реакторе. Рассмотрены различные способы отвода тепла с анализом их достоинств и недостатков. Проанализирована применимость различных конструкционных материалов, используемых при создании ИХН. Рассмотрены основные подходы к вопросам безопасности ИХН на реакторе.

Глава 2 посвящена решению задачи создания универсального источника ХН и УХН в центре активной зоны реактора ВВР-М, ПИЯФ. Задача создания жидководо-родного источника холодных и ультрахолодных нейтронов в центре активной зоны реактора мощностью 18 МВт является экстремальной, ее решение не имеет аналогов в мировой практике. Для размещения жидководородного источника с объемом замедлителя ~ 1 литр была выделена центральная часть активной зоны реактора ВВР-М, в которую была помещена водная полость со свинцовым экраном.

Оптимальная толщина слоя замедлителя зависит, как известно, от орто-, пара-состава водорода и составляет в случае тангенциального расположения канала в реакторе примерно 2-3 см для нормального водорода и 7-10 см для параводорода. Коэффициент усиления нейтронного потока (в) в нейтроноводе за счет использования ИХН определялся как отношение нейтронных потоков на выходе нейтроновода, с использованием и без ИХН. Расчетный коэффициент усиления приблизительно одинаков для толщин 2, 3 и 4 см. Коэффициент усиления ИХН на основе смеси 50% пара- и 50% ортоводорода близок к коэффициенту усиления источника на основе ор-товодорода. Предполагая, что водород под облучением находится в состоянии с содержанием 15% и более орто- компоненты и рабочая температура водорода будет выше, чем 20К, а также, учитывая, что ультрахолодные нейтроны выходят в основном с поверхности источника, толщина слоя замедлителя была выбрана равной 4 см.

Окружение водной полости свинцовым экраном снижает удельные энерговыделения в материале конструкции источника более чем в 9 раз, при этом плотность потоков тепловых и быстрых нейтронов снижаются всего в 1,3 и 1,5 раза, соответственно. Поток тепловых нейтронов в центре активной зоны в водной полости 1,75-1014 н-см"2-с"' и поток быстрых нейтронов (Е>1МэВ) 4,95-Ю13 н-см"2-с''. Проведенные расчеты тепловыделений от у-квантов деления и продуктов деления, а также от быстрых нейтронов показали достаточно высокие удельные тепловыделения в источнике, которые составляют 24 Вт/г в водороде и 0,9 Вт/г в конструкционном мате-

риале с точностью 15-20%. Оценка суммарных тепловыделений в источнике показала, что для источника объемом 1 литр полное тепловыделение составит 2-3 кВт, из них 1,5-2,2 кВт в замедлителе и 0,7-1,0 кВт в камере источника. Следует заметить, что для холодного источника в Гренобле полное тепловыделение не превышает 0,2-0,3 кВт на литр замедлителя. Плотность теплового потока для цилиндрической камеры источника составляет 3 Вт/см2, что на порядок величины больше максимальных тепловых потоков в предельных своих значениях, при которых возможен отвод тепла через боковые поверхности камеры без кипения водорода. Для отвода радиационного тепла от источника в 2-3 кВт впервые был предложен способ естественной циркуляции жидкого водорода между камерой и внешним теплообменником. Такой способ позволяет отводить тепло в теплообменнике без кипения водорода при плотности теплового потока до 5-10 Вт/см2.

Схема жидководородного контура представлена на Рис. 1. Движение жидкости в контуре вызывается гидростатическими силами, возникающими вследствие разности плотностей водорода в теплом и холодном плечах контура. При увеличении подвода тепла скорость циркуляции возрастает, система является саморегулирующейся по отношению к внешней тепловой нагрузке. Охлаждение водорода в теплообменнике производится холодным гелием от криогенной гелиевой установки. Этот способ известен как контур естественной циркуляции или термосифон, но ранее никогда не использовался для работы с переохлажденным жидким замедлителем. В связи с отсутствием методики расчета контура естественной циркуляции с замедлителем в однофазном состоянии была разработана и апробирована методика расчета в аналитическом виде. Для достаточно большой высоты контура, когда / = 2/г и можно пренебречь потерями на местные сопротивления и на неизотермичность течения, режим гис. 1. жидководородныи контур с Циркуляции не зависит от высоты контура, оболочкой холодного гелия Условие стационарной циркуляции водо-

рода в контуре определяется равенством потерь давления на трение и разностью гидростатических давлений в теплом и холодном плечах контура:

о-У2 I

= > (1)

где Ар -разность плотностей водорода в теплом и холодном плечах, §-ускорение силы тяжести, /¡-высота контура, и К-скорость движения водорода, //¿-отношение

полной длины контура / к диаметру трубы й, коэффициент трения, для турбулентного режима течения (критерий Рейнольдса Яе >2300) при расчете прямых

гладких труб равный для 4-103 < Яе < МО5. Массовый расход водоро-

да в контуре определяется подводимой мощностью и установившейся разностью температур и может быть определен из следующего уравнения:

д = С?-тн'-АТ">. (2)

Используя соотношения (1) и (2) и аппроксимируя физические величины для водорода степенными функциями в интервале температур жидкого водорода 15 < Т 2 23, получили важную аналитическую зависимость (3), позволяющую определить установившуюся разность температур в плечах контура, которая связана с подводимой тепловой мощностью к нему и с диаметром трубопровода, из которого он изготов-

п

лен: ДГЯг =5,2

(3)

где Тсрн' - средняя температура водорода (К), ~ тепловая нагрузка на водород (Вт), с!- диаметр трубопровода контура (см). При проведении аппроксимации термодинамических величин для водорода было выявлено, что от степени при Т зависит точность расчета и величина численного коэффициента в формуле. Относительная ошибка на краях диапазона при подгонке физических величин при температуре 19К не превышает 3-4 %. Установлено, что уравнение (3) может применяться для расчетов контуров естественной циркуляции и с использованием других веществ в однофазном состоянии.

ДТ !,К. к

1-"

0 . 500 1000 1500 2020

а (Вт)

Рис. 2. Зависимости - скорости циркуляции водорода в контуре, ДТ"' - разности температур водорода между «холодным» и «теплым» плечами контура, Кт- коэффициент теплопередачи в теплообменнике (Вт/см2 К)

Рис. 3. Изменение температуры водорода и дейтерия в «холодном» и «теплом» плечах контура в зависимости от подводимой мощности. - экспериментальные точки для водорода и дейтерия, соответственно, в «холодном» плече контура; а,о - то же в «теплом» плече контура.

Для определения предельных возможностей контура по теплосъему учитывалась роль теплообменника. Средняя температура водорода увеличивается с подводимой мощностью не только из-за увеличения разности температур водорода, но также из-за увеличения температуры гелия в теплообменнике (Рис. 3).

Скорость водорода, необходимая для расчета Ле, может быть получена из массового расхода водорода, связанного с мощностью (0, и разностью температур (ДТн'). Уравнения, используемые в методике расчета контура естественной циркуляции водорода, связаны между собой через Т"1 и ДТНг, поэтому в расчете используется метод последовательных приближений. Так как температура водорода меняется в не очень широких пределах, обеспечивается достаточно быстрая сходимость метода. Результат такого самосогласованного расчета приведен на Рис. 2, где представлены основные параметры режима циркуляции и теплосъема в зависимости от тепловой нагрузки. Скорость циркуляции водорода в контуре достигает 1 м/с при тепловой нагрузке в 2 кВт. Установившийся теплообменный режим наступает при мощности выше 500 Вт. На Рис. 3 показаны окончательные результаты расчета для переходного режима (до 1,0 кВт подводимой мощности): зависимость от мощности температур водорода и дейтерия в холодном и теплом плечах контура. Здесь же нанесены экспериментальные точки, которые показывают хорошую сходимость расчетов с экспериментом. Из представленных расчетных и экспериментальных данных видно, что способ термосифона позволяет поддерживать замедлитель в камере источника при температуре на несколько градусов ниже температуры кипения водорода.

-т;— Проведен анализ в более широ-

I ком диапазоне температур для опре-

I деления предельных возможностей

теплосъема на принципе естественной циркуляции в замкнутом контуре. Полагая, что в предельной ситуации достигается установившийся тепловой режим, и принимая Т"г равной температуре кипения водорода, была установлена связь между предельной допустимой тепловой нагрузкой и минимальным диаметром трубопровода. Расчет по формуле (4) дает прямые практические рекомендации по выбору гелиевого рефрижератора, расхода гелия и диаметра

/ '

— 50 г/с= т в - - 100 г(с=тч ---150 г/с*т*

■ • 200 г/с=тй

- 300 г/с=т"

10000

С

,ВТ

2000 4000 6000 г

Рис. 4. Зависимость максимальной тепловой нагрузки от минимального диаметра трубопровода контура при различных расходах гелия.

жидководородного контура в зависимости от тепловой нагрузки на источник:

20.37

тлх

20°'

где (¡^ - минимальный диаметр трубопровода контура, - максимальная тепловая нагрузка на водород, ^-температура кипения водорода, Т"'- температура гелия на входе в контур, С"'- теплоемкость гелия, «""-массовый расход гелия. На Рис. 4 показаны функции, связывающие предельные параметры для пяти массовых расходов гелия. Для заданного расхода гелия существует ограниченный диапазон предельных значений мощности. При расчете принято =23К, Т"г=\5 К. Если ограничиться минимальным диаметром контура 50 мм и принять расход гелия в 200 г/с, то отводимая контуром мощность, как видно из Рис. 4,будет около 5000 Вт. Дальнейшее увеличение диаметра трубопровода приводит к необоснованному увеличению жидкого замедлителя в контуре. Применение замкнутых контуров естественной циркуляции с диаметром в пределах 50 мм может быть оправдано для источников холодных нейтронов с жидким дейтерием, которые требуют больших объемов (20 - 30 литров) замедлителя. При этом криогенная гелиевая установка потребуется в два раза большей криогенной мощности, чем для универсального источника на реакторе ВВР-М. В связи с этим обстоятельством предельную возможность контура естественной циркуляции нужно ограничить 5000-7000 Вт.

В главе 3 сосредоточены основные экспериментальные результаты, полученные на универсальном источнике УХН и ХН на реакторе ВВР-М. На реакторе средней мощности получены рекордные значения интенсивности и плотности потока поляризованных ХН - З'Ю н-с"1 и 6-Ю8 Н'см2-с"', а также интенсивность УХН 5-Ю3 н-с'1 с плотностью потока 6-103 н-см2-с"' для диапазона скоростей К, Уу, К < 7,8 м/с. Степень поляризации нейтронного пучка 90±5%. Проведены исследования выхода ультрахолодных и холодных нейтронов для дейтерия и водородно-дейтериевых смесей.

Спектры поляризованных холодных и ультрахолодных нейтронов были измерены времяпролетным методом. Для регистрации холодных нейтронов использовалась ионизационная камера деления, для ультрахолодных -пропорциональный детектор !Не. Поток поляризованных ХН был прокалиброван методом активации золотой фольги. На Рис. 5 приведены спектры поляризованных ХН, полученные до и после ожижения водорода в источнике.

Их отношение определяет фактор выигрыша в выходе ХН за счет использования жидководородного замедлителя. Фактор выигрыша имеет характерную спектральную зависимость и достигает 40 - 50 раз в области больших длин волн (10 - 20А).

Понижение температуры водорода от точки кипения 23,5 К до 16,5 К дает 25-процентное увеличение выхода длинноволновых нейтронов. Максимум интенсивности нейтронного потока находится при 4,0 А.

Спектр формируется как низкотемпературным замедлителем, так и изогнутым нейтроноводом, который обрезает коротковолновую часть спектра. Нейтронный поток часто характеризуют в единицах так называемого захватного потока, т.е. эквивалентного по захвату потоку тепловых нейтронов. Для полученного пучка холодных нейтронов захватный поток (<рс) и захватная плотность потока (/с) соответственно равны 9-Ю10 н-с'1 и 1,8-109 н-см2с"'. Дифференциальная плотность потока в максимуме 5-103 н-см2с~'(м/с). Плотность потока ультрахолодных нейтронов со скоростями вдоль оси нейтроновода У1 < 7,8 м/с определялась методом шторочной разности,

для чего на пути пучка устанавливалась тонкая (10 мкм) алюминиевая фольга с напыленным покрытием, имеющим граничную скорость 7,8 м/с, такую же, как граничная скорость стенок нейтроновода.

КМ.ч/сХ

1 = 6-10,М/='«1

Ф Г 91 £>">% /«»(.в-Ю'н/сЫ

ом

1(Т), и/с

610"

5-10-

В 410'

310

я 2.10-

МО'

* <1*

) 02 (100%)

1-1 III)

Н2(10%) + 02(60%)

I НИ

2 (100%)

С(Т)

60

50

40

30

20

10 20

50 100

300

т,к

Рис. 5. Спектры и фактор выигрыша для Рис. 6. Температурная зависимость поляризованных холодных нейтронов выхода ультрахолодных нейтронов

для газообразного и жидкого водорода, дейтерия и водородно-дейтериевой смеси

Спектральные измерения, проведенные со шторкой и без шторки, показывают, что в разностном спектре содержится 20% нейтронов со скоростями V > 7,8 м/с, поглощенных либо рассеянных на фольге. Определенная с учетом поправки плотность потока ультрахолодных нейтронов со скоростями < 7,8 м/с оказалась рав-

ной 6-Ю3 н-см2'са полная интенсивность для двух нейтроноводов - 2'2,5-105 н-с"1. Плотность нейтронов в фазовом пространстве 8,1-10"3 н-см'3 (м/с"3). Плотность ультрахолодного нейтронного газа, вычисленная из плотности в фазовом пространстве для данного нейтроновода (|к|< 7,8 м/с), равна 16 см-3, а, например, для ловушки из нержавеющей стали (|г|< 6,2 м/с) соответственно равна 8 см-3.

Температурная зависимость выхода ультрахолодных нейтронов для газообразного и жидкого водорода приведена на Рис. 6. В точке конденсации водорода при Т = 23,5 К выход ультрахолодных нейтронов резко увеличивается в связи с термали-зацией потока тепловых нейтронов в замедлителе; дальнейшее понижение температуры жидкого водорода приводит к дополнительному увеличению выхода ультрахолодных нейтронов, при этом фактор выигрыша достигает 55 раз. За единицу принят

10

выход ультрахолодных нейтронов из газообразного водорода при Т = 285 К. Корректный учет доли потока ультрахолодных нейтронов, генерируемого циркониевой оболочкой источника, был осуществлен измерениями с 3Не при низком давлении и с откачанным объемом источника.

Спектр нейтронов на выходе нейтроновода УХН имеет максимум при скорости 18,5 м/с, что определяется граничной скоростью покрытия (7,8 м/с) и радиусом ней-троноводных поворотов (1м).

Исследованы выходы ультрахолодных и холодных нейтронов для дейтерия и во-дородно-дейтериевых смесей. В точке конденсации дейтерия (25 К) выход ультрахолодных нейтронов (в единицах фактора выигрыша для нормального водорода) составляет 31-32 раза, однако с понижением температуры выход очень резко возрастает, достигая при 17 К 66 раз. При температуре 19 К кривые для водорода и дейтерия пересекаются и выходы совпадают. Здесь же пересекаются кривые для водородно-дейтериевых смесей. Для холодных нейтронов фактор выигрыша в случае чистого дейтерия приблизительно втрое меньше. Однако для смеси 43% Н2 и 57% имеется 10-процентное превышение по сравнению с чистым водородом.

Предложенная компенсационная методика позволила провести измерения удельных тепловыделений в источнике для различных загрузок зоны реактора и различных замедлителей.

Измерения тепловой нагрузки на источник проводились при работе с водородом и с пустой камерой. Измерялись суммарные тепловыделения в замедлителе и материале источника и отдельно без замедлителя только в материале источника. Тепловыделение в замедлителе и материале источника имеет линейную зависимость от мощности реактора (Рис 7). В предположении, что в материале источника тепловыделения в пределах 15-25% одинаковы как с замедлителем, так и без него, по разности тепловых нагрузок определялось удельное на МВт мощности реактора тепловыделение в замедлителе. Результаты измерений тепловыделений приведены в Табл. 1.

Конденсация (испарение) водорода в источнике при стартовой (для источника) сборке активной зоны реактора (I) приводила к значительному изменению реактивности реактора Лр 0,78%, и дальнейшая работа источника по условиям безопасной работы реактора была невозможна.

С точки зрения безопасности эксплуатации реактора предпочтительнее были условия с наименьшим изменением реактивности в процессе конденсации и испарения жидкого замедлителя в источнике. Лучшие условия реализовались при использова-

Рис. 7. Экспериментальные данные суммарной тепловой нагрузки на источник в зависимости от мощности реактора при различных загрузках активной зоны

нии дейтерия До = 0,025%. Однако выход холодных нейтронов при этом уменьшался в 3 раза из-за неоптимальных размеров дейтериевого замедлителя.

Табл. 1. Экспериментальные данные по тепловыделению в источнике для различных сборок активной зоны реактора и замедлителей в источнике. (Ошибки указаны в относительных единицах)__

Сборка активной зоны реактора Замедлитель ! Суммарное удельное тепловыделение, Вт/МВт Суммарное тепловыделение при мощности реактора 15МВт, Вт Удельное тепловыделение в цирконии, Вт/МВт Удельное тепловыделение в замедлителе, Вт/МВт | Изменение реактивности реактора, Др, %

I н2 187,5(6,2) 2805,0(92,8) 67(5) 120,0(9,8) 0,78

II н2 220(15) 3300(225) 70(15) 150,0(14,5) 0,5

III н2 107,0(5,4) 1605(81) 40,0(7,2) 67(12) 0,06

III о2 77(10) 1155(150) 37(8) 0,025

Смесь

IV 43% Н2 57% 121(7) 1815(105) 62(4) 59(5) 0,3

Для увеличения выхода холодных нейтронов и для обеспечения условий безопасной работы реактора в дейтерий добавлялся водород. Оптимальная ситуация была найдена при использовании водородно-дейтериевой смеси в соотношении 43%Н2 и 57%02 в газовой фазе, что соответствует концентрации 24%Н2 и 76%Б2 в жидкости, в этом случае изменение реактивности реактора не превышало До 0,3%, выход холодных нейтронов и УХН практически сохранился.

Для уменьшения влияния источника на реактивность реактора использовались бинарные смеси водорода с дейтерием. Смесь готовилась в ресивере объемом 20 м3 путем добавления порционно водорода в дейтерий. При конденсации бинарной смеси в источнике объемом 6 л соотношение компонентов в жидкой фазе будет отличаться от соотношения в газовой фазе в сторону увеличения концентрации дейтерия. При периодическом анализе смеси из ресивера после испарения замедлителя и при сбросе его в ресивер было обнаружено значительное увеличение количества НО в смеси, указывающее на более высокие скорости образования молекулы НО. Состав трехкомпонентной смеси в ресивере после многократных испарений из источника, после работы на мощности реактора следующий: 21,7(0,5)% - Н2,43,0(1,4)% - НБ и 35,3(1,4)% - и атомарный состав при этом 43,2% -Ни 56,8% - О. По атомарному составу смесь не изменилась от первоначальной смеси водорода и дейтерия, заправленной в ресивер. В основном происходила «накачка» НО в ресивере при сбросе 6 литров жидкой смеси из источника. По результатам анализа трехкомпонентной смеси получена константа равновесия молекулы НБ: Кно =4,66(0,32), которая соответствует температуре Т ~ 1000 К.

Этот факт свидетельствует о том, что мощные радиационные поля в месте установки источника интенсифицируют процесс образования молекулы НО в бинарной смеси водорода с дейтерием и приводят в состояние равновесия трехкомпонентную

смесь. Было проверено, что уже после работы источника на мощности в течение нескольких часов смесь переходит в равновесное состояние. Константу скорости образования молекулы HD в трехкомпонентной смеси под облучением определить не удалось в связи с техническими сложностями ожижения и испарения смеси. Эта задача еще ждет своего решения. За время (около полугода) работы источника со смесью равновесное состояние трехкомпонентной смеси в ресивере объемом 20 м3 не было достигнуто, Кт =2,4, который соответствует Т ~ 150-200 К, что свидетельствует о низкой скорости образования HD при нормальных условиях. Смесь постоянно находилась в ресивере при температуре окружающей среды. Определена константа скорости естественного образования молекулы HD в газовой среде при температуре окружающей среды -298 К, к = 1,0-1 (Г3ч'1.

Глава 4 С середины 70-х годов Петербургский институт ядерной физики (ПИЯФ) в Гатчине активно начал развивать область проектирования, создания и применения Источников Холодных и Ультрахолодных Нейтронов (ИХН и ИУХН) для научных исследований на реакторах. Программа развития ИХН охватывала различные концепции и способы охлаждения замедлителей: с использованием жидкого дейтерия, жидкого водорода, смесей дейтерия и водорода, а также твердого дейтерия. Новаторские подходы, применяемые при проектировании ИХН и ИУХН, и накопленный к 90-м годам опыт позволили ПИЯФ стать одним из ведущих мировых лидеров в области создания ИХН и ИУХН.

Это, в свою очередь, позволило успешно конкурировать и участвовать в различных международных проектах по созданию ИХН, в частности, в проекте источника холодных нейтронов на реакторе ВВР-СМ в Венгрии.

Создание современного источника холодных нейтронов предназначалось для расширения исследовательских возможностей реактора в области физики конденсированного состояния, ядерной физики, радиохимии и др. Особая важность в реализации проекта современного ИХН в Будапештском Нейтронном Центре была подчеркнута в отчетах Международной комиссии и ЮНЕСКО.

В связи с малым диаметром тангенциального канала (диаметр канала равен 205 мм) для источника в качестве замедлителя был выбран водород. Расчетные факторы выигрыша для нейтронов с длиной волны 4Ä для нормального водорода имеют значение 8,2 - 9,7, а для 10Ä нейтронов 35, отличаясь для различных составов на 18%. С учетом нормального состояния водорода под облучением выбранная толщина замедляющего слоя водорода равна 4 см, которая является оптимальной для данного источника. Расчетный поток холодных нейтронов на конце канала длиной 1 м и диаметром, равным диаметру ИХН для смеси (50:50)% и для нейтронов с длиной волны >4Ä равен 2,4-Ю9 н-см'2-с

Для данного водородного источника ХН радиационные условия в месте расположения камеры с замедлителем следующие: поток тепловых нейтронов 3,4-1013 нсм~2-с"', поток быстрых нейтронов с Е > 1,2 МэВ 1,1-Ю12 н-см"2-с"'. Удельное тепловыделение в водороде 1,23 Вт/г и 0,13 Вт/г в материале. Уровни удельных тепловыделений в жидком водороде и конструкционном материале источника реактора ВВР-СМ не очень высокие. Для источника объемом ~0,5 л радиационное тепловыделение в водороде составляет 40-50 Вт, а в материале камеры источника весом 580 г -80-110 Вт. Это тепло можно отвести непосредственно через стенки камеры обдувом

холодным гелием. Измеренные тепловыделения, о которых говорилось выше, показали превышение значений удельных тепловыделений как в алюминии, так и в водороде ~ 1.2 раза по сравнению с расчетными значениями.

Для расчета коэффициента теплопередачи в камере источника использовались традиционные методики, которые недостаточно точно учитывают условия теплообмена в реальном источнике. В связи с этим, для проверки работоспособности источника и определения возможности максимального отвода тепла при заданных параметрах были проведены полномасштабные термогидравлические тесты. Предельное значение плотности теплового потока от водорода для данной камеры в эксперименте составило 0,3 Вт/см2, что несколько выше, чем приводится в литературе. 500 Вт суммарной подводимой мощности для такого способа охлаждения водорода в камере является предельным значением. Реализованный проект данного источника при подводимой мощности в 210 Вт позволил поддерживать водород в камере в жидком состоянии при температуре ниже температуры кипения при рабочем давлении.

На Рис. 8 представлены нейтронные спектры со старой нейтроноводной системой без ИХН и с новой нейтроноводной системой с ИХН. Интегральная плотность потока холодных нейтронов с длиной волны больше 4 А на мощности 10 МВт на выходе канала из биологической защиты для данного источника составила 1,3-Ю8 н-см"2-с' на один канал.

Доступная для эксперимента суммарная плотность потока холодных нейтронов источника равна 3,9-108 Н'см' V. Максимум интенсивности нейтронного потока находится при -4Á и фактор выигрыша (по сравнению со старой нейтроноводной системой) достигает 30-60 раз в зависимости от места расположения установки и длины волны. Такой суммарный фактор выигрыша был получен: за счет жидководо-родного источника- в 7-10 раз; за счет уменьшения потерь- в 2 раза (замена шибера устаревшей конструкции) и за счет установки суперзеркальных ней-троноводов - в 2-3 раза.

Данный источник холодных нейтронов позволил существенно расширить экспериментальные возможности реактора ВВР-СМ.

В 2001 году компания INVAP (Аргентина) выиграла тендер на создание современного научно исследовательского реактора OPAL в ANSTO (Австралия, Lukas Heights). В конкурсе участвовало более восьми ведущих компаний мира из Франции, Германии, Японии и других стран. Обязательным условием тендера было то, что реактор должен оснащаться интенсивным источником холодных нейтронов. ПИЯФ выступал в качестве соисполнителя INVAP, и ему было поручено создание внутри-реакторной части комплекса ИХН. Предложенные в ПИЯФ инновационные решения

10 15

Длина волны, А

Рис. 8. Нейтронные спектры измерены времяпролетным методом и прокалиброваны методом активации золотой фольги (пунктирная линия до установки ИХН и сплошная линия с ИХН)

в создании ИХН позволили успешно выиграть тендер. По замыслу разработчиков реактор OPAL должен был составить конкуренцию самым лучшим исследовательским ядерным реакторам по качеству и интенсивности нейтронных пучков.

На протяжении всего периода создания источника проводился большой объем оптимизационных расчетов с целью получения окончательных параметров ИХН. В этот объем входили нейтронные, прочностные и тепло-гидравлические расчеты. Расчеты проводились многократной итерацией между перечисленными выше видами расчетов.

Окончательные расчетные нейтронные характеристики источника приводятся в Табл. 2. В центре камеры поток тепловых нейтронов 1,65-1014 н-см"2-с" с энергией Е<625 мэВ и поток холодных нейтронов с энергией Е<10 мэВ составляет 1,12-1014 н-см"2-с"'. Расчетный спектр может быть представлен максвелловским спектром с температурой, равной 26,5±1 К.

Табл. 2. Расчетные потоки тепловых и холодных нейтронов в источнике и на выходе из горизонтальных каналов реактора на мощности 20 МВт

Поток тепловых нейтронов, Е <625 мэВ, н см"2 с""1 Поток холодных нейтронов Е < 5 мэВ, н см"2 с"1

На донышке канала На входе в ней-троноводы На донышке канала На входе в нейтроноводы На выходе из реактора

Направление CG1-3 4,96-10'3 2,68-Ю11 1,88-1013 1,84-10" 1,58-Ю10

Направление CG4 4,37-1013 2,34-10" 1,72-10" 1,49-10" 1,27- Ю10

Расчеты показали (Табл.3), что суммарное радиационное тепловыделение в источнике составит около 3700 Вт, из которого ~1400 Вт тепла выделяется в жидком дейтерии, ~2280 Вт в конструкционном материале камеры источника и около 200 Вт в остальной конструкции источника. Внешние теплопритоки к термосифону оценены на уровне 350 Вт. Суммарное тепловыделение в источнике составляет 4050 Вт. Ошибка в расчетах тепловыделений не превышает 10% (370 Вт), что учитывается в консервативной оценке суммарных тепловыделений в источнике.

Тепловая нагрузка на источник является критическим параметром при проектировании в связи с тем, что ее величина напрямую связана с выбором криогенной системы, т.е. ее криогенной мощностью. В системе источника холодных нейтронов используется хорошо проверенная на реакторе ВВР-М в ПИЯФ концепция термосифона с жидко-дейтериевым контуром естественной циркуляции.

С целью получения более низкой температуры замедлителя для отвода тепла выбран комбинированный способ охлаждения с улучшенной системой обдува вертикального термосифона. Основной системой отвода тепла от дейтерия является вертикальный контур естественной циркуляции жидкого дейтерия (термосифон). Часть тепла отводится от материала камеры непосредственным ее обдувом холодным гелием, а вторая часть от дейтерия в противоточном теплообменнике в контуре естественной циркуляции. Суммарный расход гелия при Т = 19 К составляет 160 г/с, который делится на два потока по ~ 80 г/с каждый. Работоспособность контура с ус-

тановленными параметрами была проверена на полномасштабной модели с имитацией радиационных теплопритоков электрическими нагревателями. Табл. 3.Радиационные тепловыделения в источнике

Радиационный нагрев в источнике [Вт]

LD2 в камере LD2 в трубах AI камера Al трубы Стальные трубы Стальной т/о

0, 446,4 2,5 6,2 0,3 0,0 0,0

Q? 0,0 0,0 790,4 57,9 0,0 0,0

Qr 951,0 17,8 1278,8 152,2 1,3 30,0

1397,4 20,3 2075,4 210,4 1,3 30,0 3705 |

Представляет значительный интерес возможность измерения тепловой нагрузки в реальных эксплуатационных условиях работы ИХН и сравнение с расчетными значениями. Работы по измерению тепловой нагрузки проводились сотрудниками реактора OPAL.

Криогенная установка обеспечивает циркуляцию гелия через источник при криогенных температурах для поддержания дейтерия в жидком состоянии. Дейтерий и гелий физически разделены в термосифоне. Все тепло, выделяемое в жидком дейтерии и в конструкционном материале источника, отводится гелием посредством конвекции и теплопроводности. В установившемся режиме тепловая нагрузка на источник может быть измерена посредством теплового баланса по гелиевому потоку. Результаты измерения тепловой нагрузки как с жидким дейтерием в источнике (температура гелия на входе в источник 20 К), так и с дейтерием в газообразном состоянии (температура гелия на входе в источник 35 К) позволяют разделить тепло, выделяемое в жидком дейтерии и в конструкционном материале, и определить внешние теплопритоки (Рис. 9).

Наклон подгоночной кривой показывает радиационный нагрев (Вт/МВт), а смещение кривой по оси тепловой нагрузки- внешние тепло-притоки (Вт). Измерение общей тепловой нагрузки на уровне 4 кВт выполнялось с высокой точностью 0,2 % ~ 8 Вт. Видна хорошая сходимость расчетных и экспериментальных данных по суммарной тепловой нагрузке от реактора (~3%) и по общей тепловой нагрузке на источник (1,4%). Расхождение экспериментальных данных по внешним теплопритокам с расчетами находится в пределах 10%. Такая ошибка является приемлемой для данной задачи. В то же время наблюдается достаточно большое расхождение (35%) с измеренной отдельно тепловой нагрузкой в материале и, соответственно, вычисленной в дейтерии. Общее тепловыделение в источнике по экспериментальным данным снижается в 2,1 раза при отсутствии жидкого дейтерия. Это обстоятельство свя-

0 2 4 6 « 10 12 М 1е 18 20 Мошяпсть реактора (МВт)

Рис. 9. Измеренная тепловая нагрузка на источник посредством теплового баланса по гелиевому потоку

зано, в первую очередь, со смягчением нейтронного спектра в камере жидким дейтерием. Сечение захвата нейтрона ядром алюминия ведет себя по закону где V-скорость нейтрона. Соответственно, чем меньше скорость нейтрона, тем больше сечение захвата нейтрона ядром 27А1. Поэтому заполнение камеры дейтерием приводит к увеличению числа холодных нейтронов в камере, к существенному увеличению числа захватов нейтрона ядрами алюминия и, соответственно, большему образованию ядер 28А1, бета-распад которых приводит к увеличению энерговыделения в камере, а также к увеличению нагрева от (п+у) в этом случае. Становится очевидным, что экспериментальные данные по измерению тепловыделений в материале для данного источника дают более низкие значения, чем реально существующие тепловыделения в материале при наличии жидкого дейтерия. Экспериментальные данные по общему тепловыделению и отдельно в материале могут быть использованы в качестве опорных для тестирования расчетных нейтронно-физических программ.

Для определения нейтронных характеристик источника холодных нейтронов измерялись общие нейтронные потоки и нейтронные спектры на выходе нейтроново-дов из реактора и в нейтроноводном зале перед экспериментальными установками с использованием традиционной времяпролетной методики и калибровкой по актива-ционному анализу золотых фолы. Измеренные нейтронные потоки и спектры, характеризующие эффективность источника холодных нейтронов, представлены в Табл. 4, на Рис. 10 и Рис. 11, соответственно.

Табл. 4. Нейтронные потоки.

Поток холодных нейтронов, н см V

На выходе из реактора Нейтроноводный зал Пик спектра

Направление СвЬЗ 1,8-10 6,4-10" 3,05 мэВ

Направление Сй4 2,5-10ю - 2,35 мэВ

■■ 19,5 к (жив°,й Двиерий) - 2* 20.5 К (жидкий дейтерий) 3- 21,5 К (жидаий дейтерий) '••'Л " 4-22,5К(-3%пара) -5-23,5 К (-20% пара)

Рис. 10. Нейтронные спектры для различных температур замедлителя

Температура, К

Рис. 11. Факторы выигрыша в % для холодных нейтронов в зависимости от температуры замедлителя (нормализованы к температуре 23,5 К)

Детальное рассмотрение спектров холодных нейтронов указывает на их значительную термализацию за счет жидкого дейтериевого замедлителя.

Увеличение выхода холодных нейтронов из источника с понижением температуры по отношению к «кипящему» состоянию замедлителя представлено на Рис. 11. Понижение температуры замедлителя для данного источника до 19,5 К дает увеличение в производстве нейтронов с длиной волны 10 Á более чем на 35% и 5 Á нейтронов более чем на 25 %.

Наблюдалась хорошая однородность нейтронных пучков во всех местах расположения экспериментального оборудования, что подтверждает правильность выбора формы и размеров камеры источника и высокое качество нейтроноводной системы.

До настоящего времени высокопоточный реактор в ILL является лучшим исследовательским реактором в мире, поэтому представляет определенный интерес в проведении сравнения нейтронных характеристик источников холодных нейтронов на этом реакторе и на реакторе OPAL. Источник холодных нейтронов на реакторе OPAL по потоку холодных нейтронов (1,8-2,5)- Ю10 н-см"2-с"' на выходе из реактора несколько уступает горизонтальному источнику на реакторе в ILL 4,0-Ю10 нсм"2-с"'. В то же время превосходит по потоку ХН (6,4-Ю10 н см"2 с"') в экспериментальном зале в -1,2 раза за счет большего объема замедлителя и лучшей организации и качества нейтроноводной системы.

Созданный источник холодных нейтронов на реакторе OPAL в Австралии полностью подтвердил проектные и затребованные характеристики с очень хорошим соотношением цена/производство холодных нейтронов и минимальными затратами на обслуживание и эксплуатацию оборудования. Данный проект является великолепным результатом совместной работы INVAP и ПИЯФ и позволяет гордиться достигнутым общим уровнем нейтронных характеристик источника холодных нейтронов.

Источник Холодных Нейтронов на реакторе OPAL в Австралии является научным прибором мирового класса, и его нейтронные характеристики позволяют реактору OPAL быть одним из немногих в мире, обладающим значительными возможностями для использования холодных нейтронов в различных областях науки и техники.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В заключении сформулированы основные результаты работы и выводы: 1. впервые в мире в центре активной зоны реактора ВВР-М средней мощности был создан интенсивный универсальный источник УХН и ХН. Объем жидководо-родного источника - 1 л, поток тепловых нейтронов в месте расположения источника - (1-2)-1014 н-см'2 сполное тепловыделение в источнике - 2 кВт, интенсивность пучка поляризованных холодных нейтронов - 3-Ю10 н-с"1, плотность потока -6-Ю8 н-см'2-с', степень поляризации - (90±5)%, интенсивность пучка ультрахолодных нейтронов - 5- 10s н-с"1, плотность потока - 6-103 н-см"2-с"'для диапазона скоростей Vx, Vy, Vz < 7,8 м/с. С использованием этого источника была получена наиболее точная оценка возможного ЭДМ нейтрона d„= (+2,6 ± 4,0 ± 1,6) 10""28 е-м, экспериментально измерено время жизни нейтрона, которое составило Г„ = (888,4 ± 3,1 ± 1,1) с, и получено значение коэффициента корреляции между направлением вылета

электрона и спином распадающегося нейтрона-^ =-0,1131 ± 0,0014, что соответствует значению/! = gA!gv = -\,2A9 ± 0,008.

2. впервые для отвода тепла от замедлителя в экстремальных условиях использован контур естественной циркуляции жидкого водорода (однофазный термосифон), как на реакторе ВВР-М (Гатчина, Россия) так и на реакторе OPAL (Lucas Heights, Австралия). В настоящее время на реакторе OPAL источник холодных нейтронов с использованием термосифона для отвода тепла является единственным в мире.

3. впервые разработана и апробирована методика расчета контура естественной циркуляции переохлажденного жидкого водорода и дейтерия в применении к способу отвода тепла от замедлителей ИХН. Получены аналитические зависимости, позволяющие проводить расчеты контура естественной циркуляции и определять его предельные возможности, как по максимальной отводимой мощности, так и по его геометрическим параметрам. Изучены тепловые характеристики работы контура естественной циркуляции.

4. впервые определен равновесный состав трехкомпонентной смеси водорода и дейтерия с образованием молекулы HD под облучением. Определена константа равновесия для молекулы HD под облучением KHD=4,66(0,32), которая соответствует температуре Т~ 1000 К.

5. впервые разработана и использована в эксперименте на источнике ХН и УХН реактора ВВР-М компенсационная методика измерения удельных тепловыделений в замедлителе и конструкционном материале источника с точностью 10-15%. Для различных сборок активной зоны реактора измеренные радиационные тепловыделения а водороде составили: 67 - 150 Вт/МВт, в дейтерии 37 Вт/МВт, в смеси (43% Н2, 57% D2) 59 Вт/МВт и в цирконии 40 - 70 Вт/МВт.

6. изучено влияние жидкого водорода, дейтерия и их смесей, а также процесса конденсации и испарения замедлителя в контуре естественной циркуляции (термосифоне) на реактивность реактора. Оптимальная ситуация была найдена при использовании водородно-дейтериевой смеси в соотношении 43% Н2 и 57% D2 в газовой фазе; при этом изменение реактивности реактора не превышало До 0,3%, а выход холодных нейтронов и УХН практически сохранился.

7. на основании испытаний полномасштабных моделей источников определены предельные возможности для различных способов охлаждения замедлителя. Непосредственное охлаждение замедлителя в камере позволяет отводить тепло в пределах 500 Вт. Использование контура естественной циркуляции замедлителя оправдано для отвода тепла в диапазоне 500 - 7000 Вт. Для источников с большим тепловыделением необходимо применение систем с кипящим замедлителем и конденсатором.

8. в ПИЯФ (в группе ИХН ОНФ) создан источник холодных нейтронов с прямым охлаждением водорода в камере для реактора ВВР-СМ в Будапеште, позволившим существенно расширить экспериментальные возможности реактора в области физики конденсированного состояния. Доступная для эксперимента плотность потока холодных нейтронов источника равна 3,9-108 н-см"2-с'' для длин волн 1 > 4Á.

9. в ПИЯФ (в группе ИХН ОНФ) для 20 МВт реактора OPAL (Австралия) создан дейтериевый источник холодных нейтронов мирового класса с интегральной плот-

ностью нейтронного потока (1,8-2,5)-10ю н-см^-с'1 для длин волн Я > 4А на выходе из реактора и 6,4-109 н-см'2-с" в нейтроноводном зале. Данные параметры превышают характеристики вертикального ИХН и несколько уступают плотности потока холодных нейтронов горизонтального дейтериевого ИХН на 58 МВт реакторе ILL (Гренобль, Франция). ■

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. И.С. Алтарев, Б.Г. Ерозолимский, А.А. Захаров, С.Г. Кирсанов, И.А. Кузнецов, В.А. Митюхляев, А.П. Серебров. Универсальный жидководородный источник поляризованных холодных и ультрахолодных нейтронов на реакторе ВВР-М ЛИЯФ //Письма в ЖЭТФ, 1986, том 44, вып. 6, стр. 269-272.

2. А.А. Захаров, В.А. Митюхляев, и др. Испытание турбодетандера новой конструкции ДТГ 0.2/25 в составе комплекса универсального канала реактора ВВР-М //Отчет ЛИЯФ ЭП-132,1988,23 с.

3. И.С. Алтарев, Б.Г. Ерозолимский, А.А. Захаров, С.Г. Кирсанов, И.А. Кузнецов, В.А. Митюхляев, А.П. Серебров. Универсальный нейтронный источник с контуром естественной циркуляции жидкого водорода реактора ВВР-М //Препринт ЛИЯФ-1406, Л., 1988,15 с.

4. И.С. Алтарев, Б.Г. Ерозолимский, А.А. Захаров, С.П. Карпов, С.Г. Кирсанов, И.А. Кузнецов, В.А. Митюхляев, А.П. Серебров. Криогенная система универсального источника на реакторе ВВР-М с контуром естественной циркуляции жидкого водорода// Сборник научных докладов 4й Всесоюзной научной конференции «Научно-технические проблемы и достижения в криогенной технике «КРИОГЕНИКА -87». Часть 1, 1988, стр. 102-108.

5. I.S. Altarev, V.A. Mityukhlyaev, А.Р. Serebrov, А.А. Zakharov. Cold and ultracold neutron sources at the WWR-M Reactor//Preprint PNPI-1785, Gatchina, 1992. 15 p.

6. I.S. Altarev, V.A. Mityukhlyaev, A.P. Serebrov, A.A. Zakharov. Cold and ultracold neutron sources in Gatchina, RussiaZ/Journal of Neutron Research, 1993, Vol. 1, No. 4, pp. 71-77.

7. A.P. Serebrov, V.A. Mityukhlyaev, A.A. Zakharov, V.V. Nesvizhevsky, A.G. Kharitonov. Is it possible to produce next generation of UCN sources with density? //Письма в ЖЭТФ, 1994, том 59, вып. 11, стр.728-733.

8. Т. Grosz, V.A. Mityukhlyaev, L. Rosta, A.P. Serebrov, A.A. Zakharov. Cryogenic system of the liquid hydrogen cold neutron source at Budapest Research Reactor //Proceedings of fourth international conference "Cryogenics 96", pp 65-68, Praha. Czech Republic. 1996.

9. T. Grosz, V.A. Mityukhlyaev, L. Rosta, A.P. Serebrov, A.A. Zakharov Liquid hydrogen cold moderator optimization at the Budapest Research Reactor// Physica В 234-236 (1997) 1194-1195.

10. К.A. Konoplev, V.A. Mityukhlyaev, R.G. Pikulik, A.P. Serebrov and A.A. Zakharov The safety issue of the Cold Neutron Source at the WWR-M reactor //Proceedings of 5th meeting of International Group on Research Reactors, November 4-6, 1996, France, p 112.

11. A.P. Serebrov, V.A. Mityukhlyaev, A.A. Zakharov et. al. Studies of solid-deuterium source of ultracold neutrons and hydrogen-deuterium mixtures for cold neutron sources. //Preprint PNPI-2200, Gatchina, 1997,25 p.

12. A.P. Serebrov, V.A. Mityukhlyaev, A.A. Zakharov. Hydrogen cold and ultracold neutron sources on the WWR-M reactor, Gatchina //Proceedings of Fifth Cryogenics 98 II R International conference. Praha, Czech Republic, 1998, pp. 39-41.

13. A.A. Захаров, А.Б. Давыдов, В.А. Митюхляев, Г.А. Пересторонин, А.П. Серебров, JI.M. Шмикт, В.Д. Щербаков. Криогенная система универсального источника холодных и ультрахолодных нейтронов на реакторе ВВР-М. Препринт ПИЯФ-2310. Гатчина, 1999,25 с.

14. S.D. Bondarenko, V.A. Mityukhlyaev. Thermodynamic and transport properties of the liquid and gaseous deuterium. Preprint PNP1-2435, Gatchina, 2001, 39 p.

15. A. Serebrov, V. Mityukhlyaev, A. Zakharov. Hydrogen and deuterium cold and ultracold neutron sources at the PNPI research reactor in Gatchina. 7th Meeting of the International Group on Research Reactors (IGGOR 7), October 26-29,1999, San Carlos de Bariloche, ARGENTINA, p. 85.

16. V. Mityukhlyaev. Development of the RRR Cold Neutron Source Facility. 9th Meeting of the International Group on Research Reactors (IGGOR 9), 24-28 March 2003, Sydney, Australia. SNS03, p. 267.

17.С.Д. Бондаренко, B.A. Митюхляев. Теплофизические и транспортные свойства жидкого и газообразного водорода. Препринт ПИЯФ- 2578, Гатчина, 2004, 33 с.

18.V. Mityukhlyaev. PNPI experience of Cold & Ultracold Neutron Sources. 5th International Conference. "Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources" Peterhof, Russia 13-18 July 2005, p. 504.

19. M. Bonneton (Air Liquide, France), O. Lovotti (INVAP, Argentina), V. Mityukhlyaev (PNPI, Russia), R. Thiering (ANSTO, Australia). INSTALLATION AND TESTING OF THE OPAL (ANSTO) COLD NEUTRON SOURCE. 10th Meeting of the International Group on Research Reactors (IGGOR 10). September 2005 - Washington, USA, p. 256.

20. V. Mityukhlyaev. Cold Neutron source developments at the Petersburg Nuclear Physics Institute. Proc. of the 3rd NET Enlargement & Integration Workshop. JRC-IE Petten, 29-30 November 2006. EUR23418 EN, ISSN: 1018-5593.

21. V. Mityukhlyaev. Experience of Cold & Ultracold Neutron Sources Development at the International Research Centres. 6th International Conference. "Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources" St. Petersburg - Moscow, 1-7 July 2007, p. 486.

22. В. Митюхляев, M. Онегин, И. Потапов, А. Серебров, А. Фирсов, Lu Weijian, Russell Thiering. Создание источника холодных нейтронов на реакторе OPAL в Австралии. Препринт ПИЯФ-2822, Гатчина, 2009, 32 с.

Отпечатано в типографии ПИЯФ РАН

188300, Гатчина Ленинградской обл., Орлова роща Зак. 184, тир. 100, уч.-изд. л. 1; 15.06.2010 г.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Обзор литературы по источникам холодных нейтронов.

1.1. Определение холодных нейтронов и их градация.

1.2. Исторический обзор источников холодных нейтронов.

1.3. Замедлитель.

1.4. Водородные и дейтериевые источники ХН.

1.5. Эволюция источников ультрахолодных нейтронов.

1.6. Расчет термализации и фактора выигрыша (Gain-фактор).

1.7. Радиационный нагрев и теплопритоки.

1.8. Способ отвода тепла.

1.9. Материал камеры источника.

1.10. Вопросы безопасности.

Глава 2. Решение задачи создания универсального источника ХН и УХН в центре активной зоны реактора ВВР-М.

2.1. Определение исходных данных для проектирования жидководородного источника.

2.2. Выбор оптимальных размеров замедлителя.

2.3. Решение теплофизической задачи охлаждения замедлителя в активной зоне реактора.

2.4. Конструкция источника с контуром естественной циркуляции жидкого водорода.

2.4.1. Водная полость.

2.4.2. Внутриреакторная сборка.

2.4.2.1. Контур естественной циркуляции жидкого водорода.

2.4.2.2. Нейтроновод УХН.

2.4.2.3. Поляризующий нейтроновод холодных нейтронов.

2.4.3. Криогенное обеспечение.

Глава 3. Экспериментальные результаты.

3.1.1. Определение интенсивности, фактора выигрыша и спектров ХН и УХН в зависимости от температуры.

3.1.2. Тепловая нагрузка на источник.

3.1.3. Исследование влияние жидководородного источника на реактивность реактора.

3.1.4. Определение равновесной концентрации смеси водорода и дейтерия под облучением.

3.1.5. Содержание примесей кислорода и азотав водороде.

3.1.6. Исследование и оптимизация криогенной установки при работе с источником.

3.1.6.1. Испытания турбодетандеров новой конструкции.

Глава 4. Создание источников холодных нейтронов для зарубежных нейтронных исследовательских центров.

4.1. Создание источника холодных нейтронов для реактора ВВР-СМ, KFKI (Венгрия).

4.1.1. Фактор выигрыша.

4.1.2. Тепловыделения и нейтронные потоки в месте установки источника холодных нейтронов.

4.1.3. Решение теплофизической задачи охлаждения замедлителя.

4.1.4. Состав комплекса ИХН.

4.1.5. Экспериментальные характеристики ИХН.

4.2. Создание источника холодных нейтронов для реактора OPAL ANSTO (Австралия).

4.2.1. Краткая характеристика реактора OPAL.

4.2.2. Основные требования, предъявляемые к ИХН реактора OPAL.

4.2.3. Решение задачи создания ИХН для реактора OPAL.

4.2.3.1. Фактор выигрыша, оптимальный объем замедлителя, нейтронные спектры для различных моделей источника.

4.2.3.2. Тепловая нагрузка и выбор места расположения источника в баке отражателя реактора.

4.2.3.3. Способ охлаждения замедлителя и тепловые характеристики.

4.2.3.4. Основные параметры источника на реакторе OPAL.

4.2.4. Экспериментальные характеристики ИХН.

4.2.4.1. Тепловая нагрузка.

4.2.4.2. Нейтронные потоки и спектры.

Актуальность работы. На протяжении последних пяти десятилетий наблюдается большой интерес к холодным нейтронам (ХН) - это нейтроны с

П Ч энергиями от 10" до 5-10" эВ. Объясняется это тем, что они обладают ярко выраженными волновыми свойствами и являются уникальным инструментом в различных областях фундаментальных и прикладных исследованиях. к 4 5-10"10

Например, длина волны де Бройля нейтрона Л(см) = -у =—. ртпТп д/ГСэВ) о становится сравнимой с размером атома (-10" см) уже при энергии нейтрона Тп - 0,02 эВ (-237 К). Нейтронные волны в веществе могут испытывать дифракцию, преломление, отражение (даже полное), могут поляризоваться. В отличие от рентгеновских лучей, которые испытывают рассеяние на электронах, нейтроны рассеиваются на ядрах. Поэтому дифракция холодных нейтронов дает информацию не об электронной, а непосредственно о ядерной, т.е. атомно-молекулярной структуре вещества.

Особенно возрос интерес в последние годы к холодным нейтронам в связи с изучением наноструктур. Новые технологии требуют создания новых материалов, а также понимания их характеристик на микро- и наноскопическом уровнях. Структуры материалов становятся все сложнее, приближаясь к атомных размерам. Это относится к материалам и их комбинациям из всех классов - от металлов, полупроводников и керамик, до органических и биологических. Поэтому для того, чтобы управлять подобными сложными системами, необходимо, вначале детально изучить их химическую, электронную и магнитную структуры. Для этого и используются нейтроны с малыми энергиями [1,2].

Холодные нейтроны могут проникать сквозь материалы, не оставляя следа и не разрушая исследуемые системы. Нейтроны с малыми энергиями дают детальную микроскопическую картину атомных процессов изучаемого материала. Холодные нейтроны являются особенно «подходящими» для анализа магнитных наноструктур [3], органических [4, 5] и биологических материалов, чувствительных к радиационному излучению.

Изучение структурно-динамических свойств наноструктурированных материалов является одной из важнейших фундаментальных задач современной физики конденсированного состояния и непосредственно связано с разнообразными применениями новых материалов [6].

Холодные нейтроны имеют длину волны сравнимую с межатомными межмолекулярными расстояниями и энергию такого же порядка величины, как и энергия движения атомов, они являются практически идеальными частицами, пропускаемые через материал при изучении. Кроме этого, через неупругое рассеяние холодных нейтронов можно исследовать такие эффекты как законы дисперсии фононов в кристаллах, термодиффузию атомов в жидкостях и газах, изменение плотности в точках фазового перехода и взаимосвязь элементарных магнитных моментов в магнитных материалах [7, 8,9].

Дифракция холодных нейтронов позволяет производить кристаллографические исследования сплавов и соединений с близкими атомными номерами, когда рентгенографические исследования оказываются бессильными.

Что касается водородной энергетики, то для этой темы нейтронные методы исследования просто незаменимы [10, 11]. Здесь важна уникальная способность нейтрона «видеть» легкие атомы водорода на фоне тяжелых атомов. Именно такая ситуация имеет место при создании топливных элементов, когда атомы водорода внедряются в материал-носитель, состоящий из тяжелых атомов, обычно металлов, как в резервуар для хранения и последующего выведения оттуда, где именно в материале-носителе находятся атомы водорода, что с ними происходит при том или ином воздействии на материал-носитель и как он сам изменяется - на все эти и другие вопросы могут дать ответ нейтронные исследования.

По той же причине нейтронные исследования исключительно важны для тестирования лекарственных препаратов. С помощью таких исследований можно понять, почему лекарственные препараты с абсолютно одинаковым химическим составом молекул различаются своим действием. Оказывается, небольшое изменение пространственного расположения маленькой группы атомов, входящей в молекулу, приводит к радикальному изменению свойств препарата. Получаемая информация служит для улучшения технологии производства препаратов и для создания новых лекарственных средств.

Нейтронные методы исследования с применением холодных нейтронов являются также единственными, способными дать принципиально новую информацию для понимания функционирования живой клетки, как целого [12, 13].

Развитие исследований наноматериалов на холодных нейтронных пучках отвечает актуальному направлению нанохимии. В странах объединенной Европы уже более десятилетия действует программа по нанохимии "COST study on Nanochemistry in Europe", которая охватывает широкий спектр задач в области физики, химии, биологии и молекулярных технологий.

Этот далеко не полный перечень применения холодных нейтронов показывает разнообразие растущих направлений нанохимии и физики. Внедрение современных методов исследований в этих областях науки стимулирует развитие высоких технологий.

В то же время нейтроны интересны как объект научного исследования и сами по себе. В частности, представляют большой научный интерес эксперименты по поиску электрического дипольного момента нейтрона

ЭДМ), по поиску нейтрон-антинейтронных осцилляций, по измерению времени жизни нейтрона и т.д.

Эксперимент по поиску электрического дипольного момент (ЭДМ) нейтрона связан с проверкой инвариантности процессов взаимодействия элементарных частиц по отношению к обращению времени [14, 15]. Этой фундаментальной проблеме посвящено уже более 50 лет экспериментальных поисков ЭДМ нейтрона, в результате которых точность эксперимента была увеличена в сотни миллионов раз. Обнаружение ЭДМ нейтрона на уровне

27

10 е-см могло бы быть косвенным подтверждением существования суперсимметричных частиц. И наоборот, отсутствие ЭДМ нейтрона на уровне 10 е-см может рассматриваться как косвенное указание на отсутствие суперсимметричных частиц. Такой эксперимент рассматривается как важнейшее дополнение к усилиям в поиске суперсимметричных частиц на современных ускорителях-коллайдерах.

Эксперимент по поиску нейтрон-антинейтронных осцилляций, может быть осуществлен при получении плотности ультрахолодных нейтронов л л о

10-10" н/см . Этот эксперимент связан с нарушением барионного числа. Закон сохранения барионного числа является исключительно важным, он обеспечивает стабильность материи [16]. Вместе с тем, нарушение этих двух законов — временной инвариантности и барионного числа — удовлетворяют условиям создания дисбаланса между материей и антиматерией в экстремальных условиях первых секунд после Большого взрыва. Постановка указанных выше экспериментов имеет целью прояснить вопросы о механизме возникновения Вселенной.

Эксперименты по измерению времени жизни нейтрона с точностью 0,1 с методом хранения ультрахолодных нейтронов в гравитационной и магнитной ловушках [17] важны для проверки модели нуклеосинтеза при формировании Вселенной. Наконец, прецизионные эксперименты по времени жизни нейтрона и асимметрии распада имеют принципиальное значение для проверки Стандартной Модели элементарных частиц.

Для столь «тонких» экспериментов требуются нейтроны с очень малой энергией, так называемые ультрахолодные нейтроны.

Поскольку доля очень холодных нейтронов в тепловом спектре реактора при комнатной температуре мала [18], то «выход» ультрахолодных нейтронов при таком подходе заведомо ограничен. Это обстоятельство вызывает определенные трудности по получению очень холодных нейтронов и ультрахолодных нейтронов и существенно ограничивает точность экспериментов с ними. Интенсивность холодных нейтронных пучков такого типа давно уже не удовлетворяет физиков-экспериментаторов.

Для того чтобы увеличить интенсивность холодных нейтронов, очевидным методом является понижение температуры части замедлителя, из которого нейтронные пучки выходят. Понижение температуры замедлителя, например до 20 К. позволяет сместить максимум максвелловского спектра в область энергий ниже 5 мэВ и тем самым повысить интенсивность холодных нейтронов и соответственно увеличить выход ультрахолодных нейтронов. Современные высокоэффективные источники холодных и ультрахолодных нейтронов являются физическими приборами коллективного пользования, и их применение позволяет существенно повысить статистическую точность и сократить время эксперимента на физических установках.

Актуальность и своевременность разработок высокоинтенсивных источников холодных нейтронов на современном технологическом уровне, видна из перечисленных выше потребностей в интенсивных пучках холодных и ультрахолодных нейтронов, как в России, так и за рубежом.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является увеличение интенсивности потока холодных и ультрахолодных нейтронов на стационарных реакторах ВВР-М (Гатчина, ПИЯФ), ВВР-СМ (KFKI Венгрия), OPAL (ANSTO Австралия) за счет создания и использования высокоэффективных источников ХН и УХН на основе водорода и дейтерия.

При создании эффективного источника холодных нейтронов основной задачей является размещение камеры с замедлителем при низких температурах в максимуме или как можно ближе к максимуму потока тепловых нейтронов. Так, на реакторе ВВР-М таким местом является центр активной зоны реактора, на реакторе OPAL, ANSTO (Австралия), тяжеловодный отражатель реактора с максимальной приближенностью к активной зоне реактора, а на реакторе ВВР-СМ, KFKI (Венгрия), специально созданный горизонтальный тангенциальный канал, окруженный бериллиевым отражателем. Такое размещение источников привносит в их создание чрезвычайно серьезные проблемы, связанные с экстремальным радиационным нагревом, как в самом замедлителе, так и в материале камеры источника. Это в свою очередь требует создания эффективных систем отвода тепла для поддержания замедлителя при низких температурах в жидком состоянии. Кроме этого, создание эффективного источника охватывает широкий спектр задач связанных с оптимизационными нейтронно-физическими расчетами и исследованиями как-то: нейтронной светимости источника, оптимальных толщин замедлителя и формы камеры, фактора выигрыша, тепловыделений, влияния источника на реактивность реактора, влияния облучения на замедлитель и конструкционные материалы. Актуальной задачей также является проведение полномасштабных теплофизических исследований систем охлаждения источника и проведение тестовых проверок инженерно-физических решений.

Научная новизна работы. Впервые на реакторе ВВР-М средней мощности были получены рекордные значения по интенсивности и плотности потока пучка поляризованных холодных нейтронов. Эти параметры в 3-5 раз превосходили характеристики наилучшего пучка поляризованных холодных нейтронов гренобльского высокопоточного реактора. Плотность потока ультрахолодных нейтронов данного источника уступает приблизительно в 5 раз новому каналу ультрахолодных нейтронов из жидкодейтериевого замедлителя на высокопоточном реакторе в Гренобле.

Впервые разработана и апробирована методика расчета контура естественной циркуляции жидкого водорода и дейтерия. Определены предельные возможности по отводу тепла в такой системе. Исследованы тепловые характеристики работы контура естественной циркуляции.

Впервые на основе разработанной методики создан способ охлаждения и поддержания замедлителя при низких температурах с использованием контура естественной циркуляции жидкого водорода (однофазный термосифон).

Впервые проведены исследования смеси водорода с дейтерием под облучением, определен их равновесный состав и константа равновесия.

С помощью разработанной компенсационной методики проведены исследования по измерению суммарных и удельных тепловыделений в замедлителе и конструкционном материале источника.

Изучено влияние жидкого водорода, дейтерия и их смесей, а также процесса конденсации замедлителя в контуре естественной циркуляции (термосифоне) на реактивность реактора.

На основе полномасштабных тепло-гидравлических испытаний моделей источников определены предельные возможности отвода тепла в системах непосредственного охлаждения замедлителя в камере и с использованием вертикального термосифона.

Практическая значимость работы. Впервые в мировой практике на реакторе средней мощности создан универсальный источник холодных и ультрахолодных нейтронов с высокими нейтронными характеристиками. Это достигнуто благодаря максимальному использованию возможностей реактора (размещению источника в центре зоны, что стало возможным за счет высокоэффективной системы охлаждения жидкого водорода), а также благодаря многощелевой фокусирующей нейтроноводной системе, которая одновременно поляризует пучок холодных нейтронов. Достигнутые нейтронные характеристики на данном источнике позволили в области фундаментальной физики получить наиболее точную оценку возможного

ЛО I

ЭДМ нейтрона йп= (+2,6 ± 4,0 ± 1,6) 10 " е-м.( ), экспериментально измерить время жизни нейтрона, которое составило тп =(888,4 ±3,1 ±1,1) с, и получить значение коэффициента корреляции между направлением вылета электрона и спином распадающегося нейтрона — А =-0,1131 ± 0,0014, что соответствует значению X = — -1,249 ± 0,008 (2).

Опыт, накопленный в процессе создания источника холодных нейтронов на реакторе ВВР-М и полученные экспериментальные данные, могут быть широко использованы при создании источника холодных нейтронов мирового класса в других нейтронных центрах. Практическая значимость работы по созданию источника холодных нейтронов в зарубежных национальных нейтронных центрах также изложена в приложении.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка цитируемой литературы (151 наименование).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Впервые в мире в центре активной зоны реактора ВВР-М средней мощности был создан интенсивный универсальный источник УХН и ХН. Объем жидководородного источника - 1 л, поток тепловых нейтронов в месте расположения источника — (1—2)Т014 н с-1см-2, полное тепловыделение в источнике - 2 кВт Интенсивность пучка поляризованных холодных нейтронов ЗТО10 н-с-1, плотность потока — 6-108 н с1см-2, степень поляризации - (90±5)%. Интенсивность пучка ультрахолодных нейтронов - 5-105 н-с"1, плотность потока - 6-103 н с1см~2 для диапазона скоростей Vx, Vy, Vz <7,8 м/с. Полученные рекордные значения по интенсивности и плотности потока поляризованных холодных нейтронов в 3-5 раз превосходили характеристики наилучшего пучка поляризованных холодных нейтронов высокопоточного реактора в Гренобле (Франция). Плотность же ультрахолодных нейтронов о

10 н/см данного источника уступала приблизительно в 5 раз новому каналу ультрахолодных нейтронов из жидкодейтериевого замедлителя гренобльского реактора. С использованием этого источника была получена наиболее точная оценка возможного ЭДМ нейтрона dn= (+2,6 ± 4,0 ± 1,6) Ю-28 е-м, экспериментально измерено время жизни нейтрона, которое составило тп = (888,4 ± 3,1 ± 1,1) с, и получено значение коэффициента корреляции между направлением вылета электрона и спином распадающегося нейтрона — А = -0,1131 ± 0,0014, что соответствует значению Я = gjgv - -1,249 ± 0,008.

2. Впервые для отвода тепла от замедлителя в экстремальных условиях использован контур естественной циркуляции жидкого водорода (однофазный термосифон), как на реакторе ВВР-М (Гатчина, Россия) так и на реакторе OPAL (Lucas Heights, Австралия). В настоящее время на реакторе OPAL источник холодных нейтронов с использованием термосифона для отвода тепла является единственным в мире.

3. Впервые разработана и апробирована методика расчета контура естественной циркуляции переохлажденного жидкого водорода и дейтерия в применении к способу отвода тепла от замедлителей ИХН. Получены аналитические зависимости, позволяющие проводить расчеты контура естественной циркуляции и определять его предельные возможности, как по максимальной отводимой мощности, так и по его геометрическим параметрам. Изучены тепловые характеристики работы контура естественной циркуляции.

4. Впервые определен равновесный состав трехкомпонентной смеси водорода и дейтерия с образованием молекулы HD под облучением. Определена константа равновесия для молекулы HD под облучением

4,66(0,32), которая соответствует температуре 1000 К.

5. Впервые разработана и использована в эксперименте на источнике ХН и УХН реактора ВВР-М компенсационная методика измерения удельных тепловыделений в замедлителе и конструкционном материале источника с точностью 10-15%. Для различных сборок активной зоны реактора, измеренные тепловыделения в водороде составили 67 - 150 Вт/МВт, в дейтерии 37 Вт/МВт, в смеси (43% Н2, 57% D2) 59 Вт/МВт и в цирконии 40 - 70 Вт/МВт.

6. Изучено влияние жидкого водорода, дейтерия и их смесей, а также процесса конденсации и испарения замедлителя в контуре естественной циркуляции (термосифоне) на реактивность реактора. Оптимальная ситуация была найдена при использовании водородо-дейтериевой смеси в соотношении 43% Н2 и 57% D2 в газовой фазе при этом изменение реактивности реактора не превышало Ар 0,3%, а выход холодных нейтронов и УХН практически сохранился.

7. На основании испытаний полномасштабных моделей источников определены предельные возможности для различных способов охлаждения замедлителя. Непосредственное охлаждение замедлителя в камере позволяет отводить тепло в пределах 500 Вт. Использование контура естественной циркуляции замедлителя оправдано для отвода тепла в диапазоне 500 - 7000 Вт. Для источников с большим тепловыделение необходимо применение систем с кипящим замедлителем и конденсатором.

8. В ПИЯФ (в группе ИХН ОНФ) создан источник холодных нейтронов с прямым охлаждением водорода в камере для реактора ВВР-СМ в Будапеште, позволившим существенно расширить экспериментальные возможности реактора в области физики конденсированного состояния. Доступная для эксперимента плотность потока холодных нейтронов источника равна 3,9 • 108н/см2с для длин волн 1 > 4Á.

9. В ПИЯФ (в группе ИХН ОНФ) для 20 МВт реактора OPAL (Австралия) создан дейтериевый источник холодных нейтронов мирового класса с Л интегральной плотностью нейтронного потока (1,8-2,5)-10 н/см с для длин волн X > 4Á на выходе из реактора и 6,4-109 н/см2с в нейтроноводном зале. Данные параметры превышают характеристики вертикального ИХН и несколько уступают плотности потока холодных нейтронов горизонтального дейтериевого ИХН на 58 МВт реакторе ILL, (Гренобль, Франция)

Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую и искреннюю благодарность научному руководителю - профессору Сереброву Анатолию Павловичу за руководство, энергичную поддержку и плодотворные творческие обсуждения на всех этапах подготовки и выполнения работы.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам Отдела Нейтронной Физики, а также сотрудникам ОФТР Коноплеву Киру Александровичу и Пикулику Ренарду Григорьевичу и всему сменному персоналу реактора и службы ИХН за обеспечение проведения экспериментов на универсальном источнике УХН и ХН реактора ВВР-М.

Автор благодарит сотрудников теоретического отдела ПИЯФ Ерыкалова Алексея Николаевича, Онегина Михаила, Кузьминова Вадима, Калчеву Сильву за проведение совместных нейтронно-физических исследований ИХН.

Автор также благодарит своих коллег по группе ИХН за непосредственное участие и творческое сотрудничество в профессиональной реализации всех проектов ИХН, а также за плодотворную помощь в оформлении работы.

Автор отдает должное труду всего персонала опытного производства ПИЯФ и всех тех, чье участие в работе принесло ей успех.

Автор выражает глубокую признательность сотрудникам МАГАТЭ, КРК1-Венгрия, ШУАР-Аргентина, А^ТО-Австралия за совместную плодотворную работу на международном уровне в создании ИХН на исследовательских реакторах для национальных нейтронных центров.

Автор сердечно благодарит свою семью за понимание и поддержку.

1. Е.А. Kelberg, S.V. Grigoriev, A J. Okorokov, H. Eckerlebe, N.A. Grigorieva,

2. A.A. Eliseev, A.V. Lukashin, A.A. Vertegel, K.S. Napolskii. Magnetic Properties of the Iron Nanoparticles in Mesoporous Silica Studied by SANS. Physica B, 2004, V. 350, 1-3, E305-E308.

3. N.A. Grigorieva, S.V. Grigoriev, A.I. Okorokov, H. Eckerlebe, A.A. Eliseev,

4. A.V. Lukashin, K.S. Napolskii. Iron nanowires embedded in mesoporous silica: polarized neutron scattering study. Physica E:Low-dimensional Systems and Nanostructures,V. 28(3), pp 286-295, 2005

5. V. Golosovsky, I. Mirebeau, G. Andre, D. A. Kurdyukov, Yu. A. Kumzerov,and S. B. Vakhrushev, "Magnetic ordering and phase transition in MnO embedded in a porous glass". Phys. Rev. Lett. 86, 5783 (2001)

6. Е.Ю. Меленевская, O.B. Ратникова, Н.П. Евлампиева, И.И. Зайцева,

7. B.Т.Лебедев, Д.Н.Орлова, М.В. Мокеев, А.С. Хачатуров, В.Н. Згонник, Фуллеренсодержащие комплексы поли — N вииилпирролидона, синтезированные в присутствии тетрафенилпорфирина, Высокомолек. соед. А 45, 7 (2003) 1090-1098.

8. B. Dorner, I. Golosovsky, Yu. Kumzerov, D. Kurdukov, A. Naberezhnov, A.

9. Sotnikov, S. Vakhrushev, "Structure of KD2P04 embedded in a porous glass", Ferroelectrics, v286 (2003), 213-219.

10. V. Golosovsky, I. Mirebeau, G. Andre, D. A. Kurdyukov, Yu. A. Kumzerov,and S. B. Vakhrushev, "Magnetic ordering and phase transition in MnO embedded in a porous glass". Phys. Rev. Lett. 86, 5783 (2001)

11. Lebedev V.T., Torok Gy., Toperverg B.P. Neutron magnetic tomography of

12. Ferrofluids. J.Magn.Magn.Materials, 2002, v.252, p.95-97.

13. В. А. Трунов, В. Т. Лебедев, А. Е. Соколов, Ю. С. Грушко, Д. Торок, И. К. Ван ден Хойвель, Э. Батырев, Т. М. Юрьева, Л. М. Плясова. Исследование водородной емкости композитов на основе ZnOCu стр. Журнал Кристаллография том 52, N 3, 2007 год, стр. 496.

14. М. А. Киселёв. Комбинированное применение нейтронного и синхротронного излучения для исследования диметилсульфоксида на структуру и свойства мембраны дипальмитоилфосфатидилхолин. Журнал Кристаллография том 52, N 3, 2007 год, стр. 554.

15. М. А. Киселёв. Конформация молекул церамида 6 и chain-flip переходы в липидной матрице верхнего слоя кожи Stratum Corneum. Журнал Кристаллография том 52, N 3, 2007 год, стр. 549.

16. Eino Tunkelo. Construction and Performance of a Cold Neutron Source. Acta polytechnica scandinavica physics including nucleonics. Series No. 38. Institute of Technology. Otaniemi. Helsinki. 1966.

17. Ю.А. Мостовой, K.H. Мухин, O.O. Патаракин. УФН 166 (9), 1996 стр. 987-1022.

18. Hughes D. J., Schwartz R. B. Rept. BiNL-325 (1958).

19. Egelstaff P. A., Pease R. S. Scient. Instrum., 31, 207 (1954).22. "Nuclear Research Reactors in the World". Vienna, IAEA-DOS-3/4, 1989, 126p.

20. Nuclear Research Reactors in the World. IAEA, Vienna. 2008. http://www.world-nuclear.org/info/inf61 .htm

21. I. Halpern, I. Estermann, О. C. Simpsonand, O. Stern, Phys. Rev.52 (1937) 142.

22. G. L. Squires and A. T. Stewart, London 1955, Proc. Roy. Soc. A 280, 19.

23. I. Butterworth, P.A. Egelstaff, H. London and F.J. Webb, Phil.Mag. 2 (8) (1957), 917.

24. B. JI. Аксенов, A. M. Балагуров. Времяпролетная нейтронная дифрактометрия. Успехи физических наук (УФН). Том 166, №9, 1996г.

25. I. Butterworth, P.A. Egelstaff, Н. London and F.J. Webb, Phil.Mag. 2 (8) 917 (1957).

26. W. Van Dingenen and S. Hautecler. Etude systematique de source de neutrons froids. Proceedings of the IAEA. Symposium of Inelastic Scattering of Neutrons in Solids and Liquids, Vienna 1960, SDIN p. 453-475.

27. Webb F.J. Reactor Science and Technology 17, 187-215 (1963).

28. Webb F.J. The use of Liquid Hydrogen for production of Cold Neutrons inside of Nuclear reactor, Chapter 8 (Pergamon Press, 1964).

29. B. Jacrot, Proceedings of the IAEA. Symposium, on Pile Neutron Research in Physics, Vienna 1962, p. 393-408.

30. Lacaze A. Moderation des neutrons aux très basses temperatures, Rapport CEA no. 2012(1962).

31. Harig H. D. Etude de source de neutrons froids a Hydrogéné et Deuterium Liquides, These a la Faculté de Grenoble (1967).

32. Ageron P., Robert A., rapport ILL 78 AG 225 T (1978).

33. Eino Tunkelo. Construction and Performance of a Cold Neutron Source. Acta polytechnica scandinavica physics including nucleonics. Series No. 38. Institute of Technology. Otaniemi. Helsinki. 1966.

34. Hans-Joachim Roegler. International Technical Meeting on Purpose-Designed Research Reactor Features(secondary sources).Vienna, Austria 30 June to 02 July 2003.

35. Haffner H., Kapulla H., Oehme H., and Spath F. Die kalte Neutronequelle fur den Reactor FR2. Kernforschungszentrum, Karlsruhe, R B Bericht Nr. 1/65 (1965).

36. Doose C. Beam tube equipment for FRJ-2 (DIDO) cold neutron source. Kernforschungsanlage. Jülich, International report, 1965, AERE-Trans. 1043 (1965).

37. M. G. Zemlyanov, S. P. Mironov, V. P. Stepanov. O. F. Syrykh and N. A. Chernoplekov. Cryogenic propane source of cold neutrons. Nuclear Instruments and Methods, 136 (1976) 425-431.

38. Olav Steinsvoll "Neutrons in Kjeller, Norway"// Neutron News Vol. 11, No. 4, 2000, p. 17.

39. P. Ageron. Special neutron sources. Proceedings of the conference " Neutron Scattering in the Nineties " Jülich, 14-18 Jan. 1985, IAEA CN 46/016, p. 135.

40. K.N. Clausen, J. Westermann, K.B. Olsen. The RISO Neutron Source. Proc. of International Workshop on Cold Neutron Sources, March 5-8, 1990, LANSCE, Los Alamos, New Mexico, USA. p.57

41. J.M. Rowe, D.C. Rorer. Existing Cold Sources at U.S. Reactors. Proc. of International Workshop on Cold Neutron Sources, March 5-8, 1990, LANSCE, Los Alamos, New Mexico, USA. p.121.

42. Altarev I.S., Borisov Yu.V., Drandin A.D., Ezhov V.F., Ivanov S.N., Kunstman G.K., Lobashev V.M., Nazarenko V.A., Ryabov V.L., Srebrov A.P., Taldaev R.R., A liquid hydrogen source of ultracold neutrons. Phys. Letter., 1980, v80A,No.5,6. p.413-416.

43. P. Breant. New cold Source for ORPHEE reactor. Proc. of International Workshop on Cold Neutron Sources, March 5-8, 1990, LANSCE, Los Alamos, New Mexico, USA. p. 121.

44. Gunter S. Bauer. The Cold Neutron Source at the FRJ-2 in Jülich. Proc. of International Workshop on Cold Neutron Sources, March 5-8, 1990, LANSCE, Los Alamos, New Mexico, USA. p.91.

45. S. Basu. Cold neutron source at DHRUVA reactor-a status report. Indian Journal of Pure & Applied Physics, Vol 27, September-October 1989, pp 616622.

46. T. Kawai "Cold neutron source with self-regulation"// Proceedings of the 9th Meeting of the International Group on Research Reactors (IGORR9) Sydney, Australia, 2003.

47. K. Gobrecht. The ILL Cold Sources. Proc. of International Workshop on Cold Neutron Sources, March 5-8, 1990, LANSCE, Los Alamos, New Mexico, USA. p.19.

48. Mike Rowe "Issues in the Design of a Cold Neutron Source" //Symposium in Commemoration of the 10th Anniversary of HANARO -Daejeon, Korea, 2005.

49. P. Schreiner, W. Knop, D. Coors, D. Vanvor "New Moderator Chamber of the FRG-1 Cold Neutron Source for the Increase of Cold Neutron Flux"// Proceedings of the 11th Meeting of the International Group on Research Reactors (IGORR2007) Lion, France, 2007.

50. E. Kruhling, J. Reschenhofer. W. Glaser. Cold Neutron Source for present Munich Reactor.Proc. of International Workshop on Cold Neutron Sources, March 5-8, 1990, LANSCE, Los Alamos, New Mexico, USA. p.543.

51. An. Sun. Yu. The cold neutron Multiplication of the cold neutron source (CNS) at IAE, Beijing. International Workshop on Cold Neutron Sources, March 5-8, 1990, Los Alamos, New Mexico USA, p.557.

52. Takehiko Hibi, Hitoshi Fuse. JRR-3 Cold Neutron Source Facility. International symposium on research reactor safety, operation and modifications. Chalk River, Ontario, Canada, 23-27 October 1989. IAEA-SM-310/38.

53. A. H. M. Verkooijen, J. De Vries "Safety Re-evaluation of the HOR Reactor" // Proceedings of the 8th Meeting of the International Group on Research Reactors (IGORR8) Munich, Germany, 2001.

54. H. P. M. Gibcus, P. F. A. De Leege & al. "Options for the Delft Advanced Neutron Source"// Proceedings of the 9th Meeting of the International Group on Research Reactors (IGORR9) Sydney, Australia, 2003.

55. K. Ünlü, C. Rios-Martinez, and B. W. Wehring, "The University of Texas Cold Neutron Source" Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A353, 397 (1994)

56. A. Axmann. C.O. Fisher. The Berlin Neutron source. International Workshop on Cold Neutron Sources, March 5-8, 1990, Los Alamos, New Mexico USA, p.81.

57. J.C. McKibben, C.B. Edwards et all. Status of the University of MissouriColumbia Research Reactor Upgrade. International Workshop on Cold Neutron Sources, March 5-8, 1990, Los Alamos, New Mexico USA, p.431.

58. H.J. Prask, J.M. Rowe, JJ.Rash, and I.G. Shroder. The NIST Cold Neutron Research Facility. J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 98, 1 (1993).

59. D.H. Cook, J. D. Freels & al." High Flux Isotope Reactor Cold Source safety analysis" //Proceedings of the 10th meeting of the International Group On Research Reactors (IGORRIO) Washington, USA, 2005.

60. D. Selby "Status of the High Flux Isotope Reactor and the Reactor Scientific Upgrades Program" // Proceedings of the 11th Meeting of the International Group on Research Reactors (IGORR2007) Lion, France, 2007.

61. A.P. Serebrov, V.A. Mityukhlyaev, A.A. Zakharov et. al. Studies of soliddeuterium source of ultracold neutrons and hydrogen-deuterium mixtures for cold neutron sources. //Proceedings of First UCN Factory. Workshop. Pushkin, Russia January 18-22.1998

62. I. Vidovszky "New possibilities of the utilization Budapest research reactor"// Proceedings of the 9th Meeting of the International Group on Research Reactors (IGORR9) Sydney, Australia, 2003.

63. J. Fuzi, T. Grosz & al."Performance and operation of LH2 CNS at the Budapest Research Reactor" //Ultra Cold and Cold Neutrons Physics and Sources (6th UCN/CNS Workshop), St. Petersburg, Russia, 2007.

64. J.D. Siegwarth, D.A. Olson. M.A. Lewis, J.M. Rowe, R.E. Williams, P. Kopetka. Thermal Hydraulical Cold Neutron Source. NISTIR 5026, July 1994.

65. C.H. Lee, T. C. Guung & al. "Status of TRR-II Cold Neutron Source" //Proceedings of the 8th Meeting of the International Group on Research Reactors (IGORR8) Munich, Germany, 2001.

66. C. Miiller, E. Gutsmiedl & al. "The FRM-II Hot and Cold Neutron Source" //Proceedings of the 10th meeting of the International Group On Research Reactors (IGORRIO) Washington, USA, 2005.

67. E. Gutsmiedl &al "Commissioning of the Cold Source at the FRM-II" //Symposium in Commemoration of the 10th Anniversary of HANARO Daejeon, Korea, April 2005.

68. N. Masriera, O. Lovotti "Design of OPAL CNS, for ANSTO, Australia" //Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources (5th UCN/CNS Workshop), St. Petersburg, Russia, 2005.

69. N. Masriera "General Approach to Safety and Protection of a Cold Neutron Source" //Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources (5th UCN/CNS Workshop), St. Petersburg, Russia, 2005.

70. Qingfeng Yu, Quanke Feng, Takeshi Kawai, Feng Shen, Luzheng Yuan, Liang Che "CARR-CNS with Crescent-shape Moderator Cell and Sub-cooling

71. Helium Jacket around Cell"// Symposium in Commemoration of the 10th Anniversary of HANARO, Daejeon, Korea, 2005.

72. Quanke Feng, Feng Shen "Development of Cold Neutron Source in CARR" //Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources (5th UCN/CNS Workshop), St. Petersburg, Russia, 2005.

73. Hu Chunming, Shen Wende, Dai Junlong, Liu Xiankun, Vadim Kouzminov, Victor Mityukhlyaev, Anatoli Serebrov, Arcady Zakharov. Cold Neutron source at CMRR Ultra Cold & Cold Neutrons Physics & Sources (4th UCN/CNS Workshop), St. Petersburg, Russia, 2003.

74. Y.-J. Kim. "HANARO Cold Neutron Research Facility Project" Proc. UCN-CNS4thWorkshop (PNPI2003).

75. V. Ananiev, A. Belyakov, & al. "Complex of Moderators for the IBR-2M reactor'V/Proceedings of the 18th Meeting of the Internationa Coollaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-XVIII). Dogguan, China, 2007.-p. 476-481.

76. A.H. Ерыкалов, M.C. Онегин, А.П. Серебров. Новый источник холодных и ультрахолодных нейтронов на реакторе ВВР-М. Оценка нейтронных потоков и энерговыделения, Препринт 2776 (2008)

77. И.С. Алтарев, К.А. Коноплев, В.А. Митюхляев, А.П. Серебров, А.А. Захаров. Универсальный источник холодных и ультрахолодных нейтронов на реакторе ПИК. //Препринт ЛИЯФ-1704, 1991. JL, 35 с.

78. А.П. Серебров, А.Н. Ерыкалов, А.А. Захаров, З.К. Красоцкий, А.Т.Кузнецов, Э.А. Кямяря, В.А.Митюхляев, Г.Д. Порсев. Источник холодных и ультрахолодных нейтронов в вертикальном канале реактора ПИК. http://nrd.pnpi.spb.ru/sbornik/sbornik.page7.htm

79. Shabalin Е. Pelletized Cold Neutron Moderators for the IBR-2M reactor. Proc. of the 6th Workshop UCN&CN Physics and Sources, 1-7 July 2007, St. Petersburg Moscow.

80. Shabalin E. Cold Moderator Materials: Comparative Feasibility, Engineering Aspects. Proc. 4th workshop Ultra Cold & Cold Neutron Sources, 16-23 June 2003, St. Petersburg.

81. Paul Ageron. Neutronic Design of the ILL Cold Sources an Historical Perspective. International Workshop on Cold Neutron Sources, March 5-8, 1990, Los Alamos, New Mexico USA, p.l.

82. P.Ageron, Ph. De Beaucourt et al. Experimental and Theoretical Study of Cold Neutron Sources of Liquid Hydrogen and Liquid Deuterium. Cryogenics, 9, February, 1969, p 42-50.

83. S. Altarev et al., JETP Lett. 44 (1986) 269.

84. A. Steyerl et al., Phys. Lett. A 116 (1986) 347.

85. A. Serebrov et al., JETP Lett. 66 (1997) 765.

86. R. Golub et al., Z. Phys. В Condensed Matter 51 (1983) 187.

87. O. Zimmer, Proceedings of 6-th UCN workshop "Ultra Cold and Cold Neutrons. Physics and Sources", St.-Petersburg Moscow, Russia, 1-7 July 2007. http://cns.pnpi.spb.ru/ucn/articles/Zimmer.pdf

88. Y. Masuda et al., Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 284801.

89. A. Serebrov, Proceedings of 6-th UCN workshop "Ultra Cold and Cold Neutrons. Physics and Sources", St.-Petersburg Moscow, Russia, 1-7 July 2007. http://cns.pnpi.spb.ru/ucn/articles/Serebrovl .pdf

90. A. N. Erykalov, M. S. Onegin, A. P. Serebrov, Preprint PNPI2776 (2008).

91. Ю.В. Петров, B.A. Шустов, B.B. Кузьминов, M.C. Райкин, А.П. Серебров. Расчет факторов выигрыша источника ХН И УХН для универсального канала реактора ВВР-М. Отчет №114Эр, АН СССР, ЛИЯФ, 1986г.

92. Young J.A., Koppel J.U.: Slow Neutron Scattering by Molecular Hydrogen and Deuterium. Phys. Rev. A135 (1962) A6.

93. J. Keinert and J. Sax. Investigation of neutron scattering dynamics in liquid hydrogen and deuterium for cold neutron sources. Kerntechnik 51(1987) No.l.

94. R.E. MacFarlane. "New Thermal Neutron Scattering Files for ENDF/B-V1." Release-2. LA-12639-MS (ENDF-356).

95. Руководство для пользователей под редакцией J.F. Breismeister. "MCNPTM A General Monte-Carlo N - Particle Transport Code", - version 4C; отчет JIoc Аламосской Национальной лаборатории LA-13709-М, 2000.

96. Colin D. West. Advance Neutron Source. International Workshop on Cold Neutron Sources, March 5-8, 1990, Los Alamos, New Mexico USA, p.409.

97. V.I.Starcev, V.Ya.IL'ichev, V.V.Pustovalov. Plastisity and strength of materials and alloys at low temperatures. Metalurgia, M., 1975. (in Russian)

98. David J. Alexander. Materials for Cold Neutron Sources Cryogenic and Irradiation Effects. Oak Ridge, Tennessee USA.

99. Shiller P. Aluminium as a material of the first wall ITER. Structural materials for fusion reactor. M., Nauka, 1983.

100. V. S. Carasev, S. D. Mamchich et al. "Ductility properties SAV1 alloy after long exploitation in reactor WR-M", Вопросы атомной науки и техники, Сер. «Radiation damage physics and radiation technology». 1989, issue 2(49), 39-40.

101. G. Ja. Vasiliev, et al., Neutron irradiation influence on CAB -1 alloy mechanical properties. PNPI Research Report 1994-1995, Gatchina, 1996, p. 233-236.

102. Bement A. Effect of cold-work and neutron irradiation on the tensile properties of Zircaloy-2. -HW-74955, 1963.

103. D. L Selby & et al. High Flux Isotope Reactor Cold Neutron Source. Reference design concept. ORNL/TM-13498, May 1998.

104. Altarev I.S. et.al.Nucl.Phys.,v.341,p.269-283,1980.

105. Altarev I.S. et.al.Phys.Lett.,v.80A,p.413-416,1980.

106. P. Ageron. Special neutron sources. Proceedings of the conference " Neutron Scattering in the Nineties " Jülich, 14-18 Jan. 1985, IAEA CN 46/016, p. 135.

107. Г.Я. Васильев, Ю.Н. Журавлев, И.Э. Исакас, З.К. Красоцкий, В.А. Шустов, Д.В. Чмшкян. Радиационные характеристики каналов 29-ТК и В-13 реактора ВВР-М. Препринт, ЛИЯФ, № 702, сентябрь 1981г. Ленинград.

108. Г .Я. Васильев, Е.А. Гарусов, С.Е. Его Дуров, К. А. Коноплев, Р.Г. Пикулик, И.А. Потапов, Д.В. Чмшкян. Радиационные характеристики реактора ВВР-М ЛИЯФ им. Б.П. Константинова АН СССР. Препринт, ЛИЯФ, № 1436, октябрь 1989г. Ленинград.

109. Kalli Н. Monte Carlo comparison of hydrogen cold neutrons in radical and tangential beam-tube arrangements. - Nucl. Instr. Meth., 1974, v 118, p. 61-71.

110. Ю.А. Кириченко, H.C. Короткова. Литературный обзор. Теплопередача с твердых поверхностей к криогенным жидкостям. ФТИНТ, АН УССР, 1965, 31стр.

111. Малков М.П. и др. Справочник по физико-техническим основам криогеники. М.: Энергоатомиздат, 1985. С.243.

112. В.А. Митюхляев, С.Д. Бондаренко. Теплофизические и транспортные свойства жидкого и газообразного водорода. Препринт ПИЯФ- 2578, Гатчина, 2004, 33 стр.

113. S. D. Bondarenko, V. A. Mityukhlyaev. Thermodynamic and transport properties of the liquid and gaseous deuterium. Preprint PNPI 2435-2001, Gatchina, 2001, 39p.

114. Б.Н. Есельсон, Ю. П. Благой, B.H. Григорьев, В.Г. Манжелий, С.А. Михайленко, Н.П. Неклюдов. Свойства жидкого и твердого водорода. М.: Издательство стандартов, 1969. Справочные обзоры, №1.

115. И.С. Алтарев, Б.Г. Ерозолимский, А.А. Захаров, С.Г Кирсанов, И.А. Кузнецов, В.А. Митюхляев, А.П. Серебров. Универсальный нейтронный источник с контуром естественной циркуляции жидкого водорода реактора ВВР-М //Препринт ЛИЯФ-1406, 1988. Л., 15 с.

116. Neutron Research Facilities at the ILL High Flux Reactor. Institut Max von Laue - Paul Langevin, Grenoble, France, 1983.

117. М. П. Малков, И. Б. Данилов, А. Г. Зельдович, А. Б. Фрадков. Справочник по физико-техническим основам глубокого охлаждения. Государственное техническое издательство, Москва-Ленинград, 1963г.

118. Н.Г. Березняк, И.В. Богоявленский, Л.В. Карнацевич, A.A. Шейнина. Условия равновесия фаз системы водород — дейтерий в области температур 14-20К. Украинский физический журнал, том 19, №3, март 1974г.

119. Н.Г. Березняк, И.В. Богоявленский, Л.В. Карнацевич. Условия равновесия фаз жидкость кристалл системы водород — дейтерий в области температур 14-20К. ЖЭТФ, т.59, вып.5(11), 1970г.

120. Давыдов А. Б., и др. Расчет и конструирование турбодетандеров М.: Машиностроение, 1987 - 232с.

121. The Report of the Large-Scale Facilities Panel -(Vienna, 1995).

122. The Joint Meeting of UNESCO Physics Action Council and CEI Scientific Council (Vienna 6, 7 July, 1995).

123. Rosta L. ActaPhysica Hungarica 75 (1-4), 1994, pp. 13-24.

124. Seifert E. The Monte Carlo criticality code OMEGA. Akademie der Wissenchaften der DDR, Report ZFK-369, 1978.

125. B.B. Кузьминов, В.А. Шустов. Расчет gain-факторов источника холодных нейтронов венгерского реактора ВВР-СМ. Отчет ОТФ ПИЯФ №08/95, Гатчина, 1995г.

126. Г.Я. Васильев, Е.А. Гарусов, С.Д. Егодуров и др. ВАНТ, сер. Атомное материаловедение, вып.б(13), 1988, с.8.

127. Майоров JI.B. ВАНТ, сер. Физика и техника ядерных реакторов, вып. 7, 1985, с.61

128. Мартыненко О. Г., Соковишин Ю. А. Свободно конвективный теплообмен. Справочник. Минск: Наука и техника, 1982. 432.

129. В. П. Исаченко и др. Теплопередача М., Энергия 1965

130. Т. Grosz, V.A. Mityukhlyaev, L. Rosta, A.P. Serebrov, A.A. Zakharov. Physica B, 234-236, pi 194-1195 (1997).

131. Safety analysis report of CNS, Budapest, July 2000.

132. J. F. Briesmeister, Editor, "MCNP ™ A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 4C", Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico (April 2000).

133. M. B. Emmett. "The MORSE Monte Carlo Radiation System. ORNL-4972. Feb. 1975.

134. W.A. Rhoades, F.R. Mynatt.'The DOTT-III Two-Dimensional Discrete Ordinales Transport Code". ORNL-TM-4280. Sept. 1973.

135. N.M. Greene, J.L.Lucius et al. "AMPX: A modular Code System for Generating Coupled Multigroup Neutron-Gamma Libraries from ENDF/B". ORNL/TM-3706, March 1976.

136. VITAMIN-C: 171-Neutron, 36-Gamma-Ray Group Cross Section Libraiy in AMPX and CCCC Interface format for Fusion and LMFBR Neutronics". RSIC-DLC-41,1976.

137. V.A. Mityukhlyaev, A.P. Serebrov, A.A. Zakharov. I. Potapov, et al. TDR-TEC-01-310-1-RB.DOC, TENDER SPECIFICATION BEAM FACILITIES, report, RRRP-7051 -TBIIN-310-L, 2000.

138. C. Lecot, O. Lovotti, V.A. Mityukhlyaev, A.P. Serebrov, I. Potapov. RRRP-6210-3BEIN-020-B. Heat Load Distribution in the CNS. Report, 2003.

139. Weijian Lu. The Cold Neutron Source Heat Load Measurements. NASDOC RP09-0123. March 2009. Draft issue.

140. Shane Kennedy . PERFORMANCE MEASUREMENT IN NEUTRON BEAM LINES. RRRP-6005-EDEAN-001 A. Preliminary Report, September 2007.

141. I.S. Altarev, V.A. Mityukhlyaev, A.P. Serebrov, A.A. Zakharov. Cold and ultra-cold neutron sources in Gatchina, Russia. //Journal of Neutron Research, 1993, Vol. 1, No. 4, p. 71-77

142. P. Ageron. Cold neutron sources at ILL. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A284 (1989) 197-199