А именно – холодный шариковый замедлитель нейтронов на реакторе ИБР-2М. Зачем он нужен экспериментаторам? Последние годы все шире проводятся исследования материалов на наноуровне. Нейтроны – прекрасный инструмент для проведения таких исследований, но для этого они должны быть холодными, то есть обладать определенной энергией и длиной волны. Чтобы нейтроны, образующиеся в реакторе, «охладить», используются замедлители – водяные, водородные, твердометановые. Но все они не до конца удовлетворяли физиков из-за технологических сложностей их эксплуатации, взрывоопасности или по другим причинам.

В Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ искать новое вещество для замедлителя начали в 2000-м году. В результате длительных экспериментов нашли подходящее – ароматический углеводород мезитилен. Исследовали его свойства, смоделировали оптимальную конструкцию замедлителя, научились делать из мезитилена шарики диаметром три с небольшим миллиметра, отработали технологию их доставки по трубопроводу в потоке холодного гелия, ведь мезитиленовые шарики размягчаются уже при температуре минус 140^оС, а плавятся при минус 50^оС.

И вот холодный замедлитель запущен, но работы на этом не закончились. Об этом сегодня рассказывают научный руководитель проекта, главный научный сотрудник ЛНФ Евгений Павлович Шабалин и заместитель руководителя проекта, начальник научно-экспериментального отдела комплекса спектрометров ЛНФ ОИЯИ Сергей Александрович Куликов.

– Для шести спектрометров реактора создан и функционирует комплекс замедлителей, основную часть которого составляет холодный замедлитель нейтронов. Холодный замедлитель предоставляет экспериментаторам нейтроны с большей, по сравнению с обычным теплым замедлителем, длиной волны, что позволит проводить исследования на наноуровне, на заметно увеличившемся потоке длинноволновых нейтронов – до 14 раз. Разработанная в ЛНФ уникальная технология, использованная в холодном замедлителе, была апробирована, и сейчас завершен физический пуск замедлителя. Для успешного обслуживания уже созданного и еще планируемых двух холодных замедлителей, выводящих ИБР-2М на уровень еще не построенного европейского источника нейтронов ESS и других ведущих нейтронных установок, необходима новая холодильная установка.

Работа уже перешла в практическое русло, большая нагрузка легла на сменный персонал, который необходимо еще дополнительно обучить и набрать новые кадры. Сейчас мы добились, что замедлитель непрерывно работает семь суток. Это рекорд для твердотельных холодных замедлителей: американцы работали по двое суток и останавливали замедлитель на перегрузку материала, японцы – сутки, а  англичанам сейчас необходимо каждые 12 часов нагревать замедлитель для отгонки водорода.

– С какими проблемами вы столкнулись при реализации проекта?

– Основные проблемы появились после выбора материала для замедлителя – мезитилена – и когда мы научились изготавливать из него шарики. Нужно было провести трассу трубопровода шариков и отработать технологию их доставки таким образом, чтобы доставлять их в потоке гелия до камеры замедлителя в сохранности, не допуская при этом закупорки трубопровода. Для решения этой задачи после длительных предварительных теоретических и лабораторных работ  мы создали полномасштабный стенд, точно повторяющий реальную траекторию трубопровода. На стенде около года отрабатывалась технология загрузки шариков: мы начинали с нескольких, проверяли, как они доходят до камеры, увеличивали их число. В итоге нам удалось загрузить всю камеру, а она заполняется 25 тысячами мезитиленовых шариков, затратив на это первый раз 17 часов. Постепенно мы снизили время загрузки до трех часов, а это значит, что уже вполне реально загрузить камеру за рабочую смену.

В мае прошлого года мы стенд разобрали, перенесли контур трубопровода к замедлителю и реактору, подсоединили контрольно-измерительную аппаратуру и в июле попробовали загружать шарики на небольшой мощности реактора, чтобы снять первые характеристики. Мы отработали технологию получения «фотографии» камеры, получив ее образ с помощью прошедших сквозь нее нейтронов на изготовленном в нашем отделе позиционно-чувствительном детекторе, увидев, как идет ее заполнение шариками, проверили, каков выигрыш в потоке нейтронов по сравнению с водяным замедлителем. Постепенно мы увеличивали продолжительность работы замедлителя с полной загрузкой камеры на мощности реактора 2 МВт, доведя ее с двух суток до семи.

Технология построена таким образом, что после того, как реактор отработал цикл, необходимо слить расплавившийся и видоизменившийся мезитилен. Материалы, образующиеся в камере после облучения, требуют дополнительных исследований, которые мы уже планируем провести с коллегами из Румынии и  химфака МГУ. Пока остаются вопросы с полным ресурсом работы холодного замедлителя. Надо понять, что в нем остается после слива и насколько эти остатки могут повлиять на его ресурс. Ну,  а на осень мы запланировали работу холодного замедлителя в штатной эксплуатации.

– По плану модернизации на реакторе будет создан комплекс из трех холодных замедлителей. Когда ждать его реализации?

– Уже разработан план-график дальнейших работ до 2017 года. Ведутся переговоры о выделении финансов для них. Они позволят полностью оснастить реактор холодными замедлителями. Второй замедлитель будет копией первого, а третий будет немного отличаться, поскольку из-за особенностей его размещения трассу трубопровода потребуется поднять на 3 м. Если будет нужно, то мы опять создадим стенд, на котором отработаем технологию загрузки шариков на высоту 3 м. В этих работах будут задействованы и внешние организации – нам необходима новая холодильная установка, нужно будет провести трассировку трубопровода. Мы готовы работать и трудностей не видим.

– Без кого бы этот проект создания шарикового замедлителя не осуществился?

– В нем участвовало немало людей. Надо отметить работу сотрудников механико-технологического отдела, группы холодных замедлителей, отдела комплекса спектрометров, конечно же, реакторщиков. Руководил проектом В.Д. Ананьев, научный руководитель  – Е.П. Шабалин, технический руководитель А.А. Беляков, заместитель руководителя проекта – С.А. Куликов. Нужно отметить наших молодых сотрудников К.А. Мухина, М.В. Булавина, А.Е. Верхоглядова, А.В. Алтынова и опытных участников проекта – А.А. Кустова, А.П. Сиротина, Т.Б. Петухову, В.К. Широкова. Удачное сочетание опытных сотрудников и молодых и перспективных позволило реализовать этот интересный проект.

Мы подтвердили на практике теоретический выигрыш холодных замедлителей по потоку нейтронов, возможность его работы без смены 6-7 суток, доказали возможность пневмотранспорта шариков, вообще реализовали идею шарикового замедлителя, о которой многие специалисты в мире на протяжении 20 лет только говорили.

Ольга Тарантина