СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 9

1 ИСТОЧНИКИ УЛЬТРАХОЛОДНЫХ НЕЙТРОНОВ (УХН) 11

1.1 ИСТОЧНИКИ УХН НА СТАЦИОНАРНОМ РЕАКТОРЕ ВВР-К 11

1.2 ИСТОЧНИК УХН НА РЕАКТОРЕ ILL (Гренобль) 12

1.3 ТВЕРДЫЙ ДЕЙТЕРИЙ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА УХН (Лос-Аламос) 14

1.4 МЕТАН-ГЕЛИЕВЫЙ ИСТОЧНИК УХН НА ВЫВЕДЕННОМ ПУЧКЕ ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ 15

2 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙТРОНОВ С ВЕЩЕСТВОМ 18

2.1 ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР И ЯДЕРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В РЕАКТОРЕ 18

2.2 РАДИАЦИОННЫЙ НАГРЕВ 20

2.3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ 22

2.4 РЕАКТОР ВВР-К С НИЗКООБОГАЩЕННЫМ ТОПЛИВОМ 23

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ В MCNP 26

3.1 МЕТОД МОНТЕ-КАРЛО И MCNP-КОД 26

3.2 MCNP-МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАКТОРА ВВР-К 28

4 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 31

4.1 СРАВНЕНИЕ ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 1971-1977 Г. C РАСЧЕТАМИ В СРЕДЕ MCNP С ГОМОГЕННОЙ МОДЕЛЬЮ АКТИВНОЙ ЗОНЫ С ТВЭЛАМИ ВВР-Ц 36 %-ГО ОБОГАЩЕНИЯ 31

4.1.1 РАДИАЛЬНЫЙ КАНАЛ 31

4.1.2 СКВОЗНОЙ КАНАЛ ВВР-К В 70-Х ГОДАХ 32

4.2 НЕЙТРОННЫЕ ПОТОКИ В КАНАЛАХ ВВР-К С ТВЭЛАМИ ВВР-КН 19%-ГО ОБОГАЩЕНИЯ 33

4.3 РАДИАЦИОННЫЙ И НЕЙТРОННЫЙ НАГРЕВ МАТЕРИАЛОВ ДЕФЛЕКТОРА В СКВОЗНОМ КАНАЛЕ 42

4.4 НЕЙТРОННЫЕ СПЕКТРЫ ВВР-КН 19%-ГО ОБОГАЩЕНИЯ 42

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 44

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 46

Введение

В феврале 2017 года исполнилось 85 лет с момента открытия Джеймсом Чедвиком нейтрона. На сегодняшний день имеются такие фундаментальные свойства нейтрона, значение которых определено с окончательной точностью, такие как спин, равный ½, четность (у нейтрона она положительна), барионное число B = 1. Однако, имеются и такие параметры, которые все еще не уточнены окончательно: время жизни нейтрона, угловые корреляции в теории β-распада, дипольный электрический момент, формфактор.

Ультрахолодными называют нейтроны, которые могут храниться в контейнерах, когда их кинетическая энергия меньше эффективного потенциала V_F (средний по объему потенциал Ферми) материала контейнера или нейтроновода

где N – плотность ядер, a – длина рассеяния нейтрона материала, m – масса нейтрона. Такие нейтроны производятся не за счет дополнительного замедления тепловых нейтронов, а в результате редкого неупругого столкновения, итогом которого является потеря практически всей энергии нейтрона [1]. Исследования в области ультрахолодных нейтронов дали новые результаты для квантования энергии нейтрона в движущихся дифракционных решетках, для времени жизни нейтрона и для изучения его квантовых состояний в гравитационном поле Земли. Обнаружен также эффект «малого нагрева» ультрахолодных нейтронов при взаимодействии с поверхностью вещества [2]. В последнее десятилетие эксперименты показали ряд преимуществ использования ультрахолодных нейтронов для изучения бета-распада. В настоящее время спектрометр ЭДМ PNPI модернизирован и готовится к транспортировке в более интенсивный пучок ультрахолодных нейтронов на установке PF2 EDM в ILL. Целью является достижение точности 1·10^-26 е·см, т.е. в 3 раза превышающей нынешний предел [3].

И спользование УХН в физических экспериментах привлекательно благодаря возможности их длительного удержания в замкнутом объеме - ловушке. Впервые это явление было обнаружено в Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ группой экспериментаторов под руководством Ф.Л. Шапиро [1]. Однако достигнутые плотности нейтронного газа и поныне оставляют желать лучшего. Поэтому в различных научных центрах ведутся работы по улучшению существующих или созданию новых интенсивных источников УХН для развития экспериментов по изучению свойств нейтрона и повышения точности результатов.

Основной целью настоящей работы является расчет тепловых потоков нейтронов на выходе из тангенциального канала исследовательского реактора ВВР-К в г. Алматы (Казахстан), которые в дальнейшем будут источниками уже ультрахолодных нейтронов с помощью моделирования в среде MCNP. Предпосылками для создания источника УХН на ВВР-К является наличие горизонтального сквозного касательного канала большого диаметра (192 мм). Планируется создание источника УХН на ИР ВВР-К по новой концепции УХН-источников, предложенной физиками из ЛНФ ОИЯИ и подробно изложенной в [4] на примере реактора ПИК в Гатчине (Россия).

Актуальность исследования: Использование УХН в физических экспериментах привлекательно благодаря возможности их длительного удержания в замкнутом объеме – ловушке.

Задачи исследования:

• получить спектры нейтронов в активной зоне и дефлекторе,

• рассчитать плотности потоков на входе и выходе в радиальный канал, на выходе сквозного касательного канала,

• определить распределение плотности потока нейтронов по длине радиального канала ГРК-1,

• рассчитать радиационный нагрев в различных материалах дефлектора,

• получить спектр тепловых нейтронов на выходе ГСКК.