Ионный ускоритель - это многофункциональный инструмент, который, в том числе, может быть использован для моделирования эффектов нейтронного облучения в реакторных материалах. Под действием нейтронов в конструкционных материалах ядерных установок возникают дефекты кристаллической решетки и происходит накопление продуктов трансмутации (гелия и водорода) в структуре материала. В Курчатовском комплексе теоретической и экспериментальной физики (ККТЭФ) ускоритель тяжелых ионов ТИПр (тяжелоионный прототип) используется для моделирования радиационных повреждений в сталях и сплавах с помощью пучка ионов Fe2+ 5,6 МэВ. Для одновременной имплантации гелия (или водорода) в область дефектов на установке ТИПр проектируется второй канал, обеспечивающий пучок ионов гелия с энергией до 300 кэВ. В статье представлено описание проектируемой установки.
Идентификаторы и классификаторы
- Префикс DOI
- 10.25205/2541-9447-2024-19-2-57-62
- eLIBRARY ID
- 68537559
Разработка конструкционных материалов для нового поколения ядерных и термоядерных
энергетических установок (реакторов) требует понимания свойств материалов и изменений микроструктуры в результате нейтронного облучения. Ионное облучение может вызвать микроструктурные изменения, наблюдаемые в нейтронно-облученных материалах (дислокационные петли, полости, сегрегация растворенных веществ и т. д.), что используется для имитации нейтронного воздействия на материалы ядерных реакторов [1]. В сравнении с нейтронным, имитационное ионное облучение позволяет получать экспериментальные результаты влияния на микроструктуру материала в существенно быстрый срок – десятки часов вместо десятков лет. Также имитационное ионное облучение имеет преимущества в отсутствии активации материала и в точном контроле за условиями облучения (температура, флюенс и т. д.). Для сравнения уровня повреждений с различным нейтронным спектром и при облучении различными частицами используется подсчет количества смещений атомов, создаваемых на атом решетки [сна].
Список литературы
| 1. | Was G. S., Averback R. S. Radiation Damage Using Ion Beams // Comprehensive Nuclear Materials. 2012. Vol. 1-5. P. 195-221. | |
|---|---|---|
| 2. | Fedin P. A. et al. Simulation Experiments at the Heavy Ion Accelerator HIPr // Physics of Atomic Nuclei. 2022. № 85, Suppl. 2. P. S50-S54. | |
| 3. | Knaster J., Moeslang A., Muroga T. Materials research for fusion // Nature Phys. 2016. № 12. P. 424-434. | |
| 4. | Ziegler J., Ziegler M., Biersak J. SRIM - The stopping and range of ions in matter // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res., Sect. B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2010. № 268. P. 1818-1823. | |
| 5. | Stoller R., Toloczko M., Was G., Certain A., Dwaraknath S., Garner F. On the use of SRIM for computing radiation damage exposure // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res., Sect. B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2013. № 310. P. 75-80. | |
| 6. | Zinkle S., Snead L. Opportunities and limitations for ion beams in radiation effects studies: Bridging critical gaps between charged particle and neutron irradiations // Scripta Materialia. 2018. № 143. P. 154-160. | |
| 7. | Fedin P. A. et al. Requirements for the dual Fe + H/He beam at the accelerator HIPr for simulation of neutron influence on nuclear reactor materials // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. № 1686. P. 01207. | |
| 8. | Pryanishnikov K. E. et al. Target chamber for simulation experiments // Physics of Atomic Nuclei. 2022. № 85. P. 1894-1898. |
Выпуск
Другие статьи выпуска
| Описана разработка программы на языке Python для анализа изображений интерференций и формирования графика спектра источника света для практикума по физической оптике. Предусмотрена калибровка преобразования Фурье и определение частотных составляющих в составе света. Строится график видности, оценивается ширина видности. |
|---|
| В работе рассматриваются экспериментальные результаты по развитию волнового поезда в продольном следе в пограничном слое плоской пластины при числе Маха 2,5. Выполнен анализ пространственно-временных распределений и частотно-волновых спектров пульсаций, а также их волновых характеристик в линейной и слабонелинейной фазе развития волнового поезда в однородном и неоднородном пограничном слое при фиксированной мощности источника контролируемых возмущений. В ходе анализа результатов субгармонический резонанс не наблюдался. Разложение по волновому спектру стационарной неоднородности и экспериментальные данные о волновых характеристиках и спектрах возмущений позволили предложить варианты взаимодействия волн для режима наклонного перехода. |
|---|
Рассмотрены вопросы влияния геометрических условий фокусировки лазерного излучения на поверхность плазмообразующей мишени лазерно-плазменного источника ионов. В частности, экспериментально установлено наличие двух максимумов ионной эмиссии в области плотности потока лазерного излучения, превышающего 1015 Вт/м2. Предложена возможная интерпретация этого эффекта.
В статье рассматриваются новые модели ускорителей серии ЭЛВ: ЭЛВ-15 с максимальной энергией до 3 МэВ, ЭЛВ-16 с максимальной энергией до 4 МэВ, ускоритель ЭЛВ-18 с энергией до 2 МэВ, и модификация ускорителя ЭЛВ-4Б. Даны детали процесса проектирования, расчета и тестирования. Рассматриваются особенности эксплуатации и вывода на рабочие параметры. Помимо этого, уделяется внимание текущему состоянию дел, связанных с ускорителями электронов серии ЭЛВ: разработкой, исследованиями, применением и поставками.
| В статье обсуждаются результаты пусконаладочных работ ВЧ-систем инжекционного комплекса NICA и планы по их дальнейшему развитию. Подготовка инжекционного комплекса к инжекции в коллайдер требует увеличения интенсивности пучка на выходе нуклотрона примерно на два порядка. Получение требуемой интенсивности будет достигнуто накоплением пучка на энергии инжекции с использованием электронного охлаждения и уменьшением потерь при ускорении. Это потребует оптимизации всех систем комплекса, и в том числе значительного уменьшения потерь, связанных с ВЧ-системами. Полученный опыт позволяет выбрать оптимальную стратегию для дальнейшего развития ВЧ-систем. Основными направлениями являются: (1) накопление пучка в продольном фазовом пространстве при инжекции в бустер, (2) уменьшение роста продольного эмиттанса при ускорении, (3) перепуск пучка сгусток-в-сгусток из бустера в нуклотрон без роста продольного эмиттанса и (4) минимизация потерь при ускорении и перепусках пучка. Последнее требует согласования темпа ускорения с возможностями существующих ВЧ-систем. |
|---|
Описана методика определения эмиттанса пучков ионов углерода путем измерения их поперечных размеров в конце воздушного промежутка канала. Рассмотрено обратное преобразование фазовых эллипсов с учетом многократного кулоновского рассеяния частиц и наличия дисперсии в пучке ионов углерода. Приведены значения бетатронного эмиттанса перед первой квадрупольной линзой, которые сравниваются с данными, полученными прямым расчетом, начиная от внутренней мишени. Обсуждаются неточности в расчетных и измеренных значениях эмиттанса. Моделирование и измерение проводились при энергиях пучков перед мишенью 200, 300 и 400 МэВ/нуклон.
Рассмотрены особенности моделирования центральной области и динамики пучка ионов водорода для циклотрона Ц-250, предназначенного для работы в широком диапазоне регулирования энергии 30-250 МэВ. На основе моделирования динамики пучка ионов в диапазоне регулирования энергии определена оптимальная конфигурация центральной области ускоряющей системы циклотрона Ц-250. В разработанной центральной области выполняются требования по обеспечению достаточной вертикальной фокусировки частиц электрическим полем при захвате пучка в широком фазовом диапазоне. Отклонение центров орбит частиц от геометрического центра циклотрона составляет 2-3 мм для всего диапазона регулирования магнитного поля циклотрона.
Нейтронные мониторы на основе газонаполненных пропорциональных счетчиков и первые результаты измерений были показаны на RuPAC-2018 и RuPAC-2021. Предполагается использовать эти детекторы для мониторинга стабильности условий проведения сеансов радиационной терапии. Здесь представлены процедура калибровки мониторов на источнике нейтронов AmBe и новые экспериментальные данные. Мониторы были использованы для измерения флюенса нейтронов за защитой экспериментальной установки «Центр коллективного пользования - радиобиологический стенд на углеродном пучке У-70» с энергией пучка ионов 450 МэВ/нуклон. Измерения сопровождались расчетным моделированием с использованием пакета программ CERN FLUKA. Показано хорошее согласие между результатами измерений и расчетов. Даже одиночный монитор со свинцовой вставкой, откалиброванный на AmBe-источнике, позволяет получать хорошие результаты в реальном нейтронном поле. Продемонстрирована возможность оценки флюенса нейтронов с энергией выше 10 МэВ по показаниям пары мониторов. Для улучшения качества измерений необходимо принимать во внимание разницу между условиями калибровки и измерений.
| Точность калибровки светимости - важная проблема при эксплуатации коллайдеров, от успешного решения которой зависит точность проводимых экспериментов. В адронных коллайдерах калибровка светимости производится с использованием вандермееровского сканирования, целью которого является измерение перекрытия сталкивающихся пучков. При столкновении двух пучков их электромагнитное взаимодействие приводит к изменению перекрытия и, следовательно, к ошибке калибровки светимости. Как правило, этот эффект учитывается в предположении о гауссовом распределении частиц пучка. Однако известно, что распределение в пучках адронных коллайдеров отличается от гауссова, и, в более общем виде, описывается q-гауссовыми функциями. Точный учет электромагнитного взаимодействия становится актуальной задачей при повышении требований к точности измерений светимости (например, в проекте HL-LHC целью является точность 1 %). В данной работе представлена модель электромагнитного взаимодействия пучков с q-гауссовым распределением частиц, оценивается влияние этого взаимодействия на калибровку светимости методом вандермееровского сканирования. Вычисления проведены для условий экспериментов CMS и ATLAS. |
|---|
Чтобы обеспечить непрерывность работы коллайдера ВЭПП-2000, необходимо точное измерение бетатронной частоты. Для этого в данной работе предлагается использовать уточняющие Фурье-преобразование методики, такие как интерполяция параболой (метод Гассиора), NAFF и оконные функции. Уточненная частота в дальнейшем используется при построении фазовых портретов пучка для контроля наводок магнитных полей высокого порядка. Кроме того, в работе рассмотрены методы выделения сигнала из смеси для последующего анализа - PCA и ICA. Наконец, для повышения точности определения частоты в работе описана простейшая имплементация фильтра Калмана для повышения точности последующего гармонического анализа. В дополнение ко всему вышеизложенному в работе кратко анализируется метод контроля работы самих датчиков положения пучка.
Однооборотная (и односгустковая) инжекция часто происходит при большой интенсивности инжектируемого пучка, по сравнению с циркулирующим. Коллективные эффекты, возникающие благодаря поперечным импедансам, могут ограничить эффективность инжекции. Были проанализированы условия сохранения дипольного момента при инжекции в присутствии машинной нелинейности, приводящей к расфазировке бетатронных колебаний. Теоретические результаты подкрепляются численным моделированием. Полученные выводы используются для интерпретации поведения реальных дипольных когерентных колебаний, наблюдаемых при инжекции в ВЭПП-2000.
| В статье описаны основные принципы разработки распределенной системы управления (РСУ) и системы операторского контроля GARNET на основе микросервисной архитектуры в рамках работы на кластере высокой доступности. Описано применение системы операторского контроля в качестве компоненты РСУ. Приведены и описаны основные элементы программных компонент операторского контроля и РСУ, а также описан процесс конвейерной сборки и публикации программных средств в рабочую продуктовую среду, реализующий принцип непрерывной интеграции. Представлен механизм взаимодействия ключевых компонент между собой. Продемонстрирован механизм размещения сервисов управления при помощи системы контейнеризации Docker и оркестрации контейнеров Kubernetes. Также показаны примеры сервисов взаимодействия с пользователями в среде разрабатываемой системы операторского контроля GARNET, разделение пользователей по ролям и правам доступа, интеграция сервиса визуализации данных средствами Grafana, описан вектор дальнейшего развития РСУ и средств операторского управления, в частности, возможность использования практики разработки пользовательских web-интерфейсов, используя подход micro frontend. Представлены компоненты и результаты работы прототипа системы, разработанного для взаимодействия с измерительной инфраструктурой линейного ускорителя тяжелых ионов ТИПр (г. Москва, ККТЭФ). |
|---|
Издательство
- Издательство
- НГУ
- Регион
- Россия, Новосибирск
- Почтовый адрес
- 630090, Новосибирская область, г. Новосибирск, ул. Пирогова, д. 1.
- Юр. адрес
- 630090, Новосибирская область, г. Новосибирск, ул. Пирогова, д. 1.
- ФИО
- Федорук Михаил Петрович (Руководитель)
- E-mail адрес
- rector@nsu.ru
- Контактный телефон
- +7 (383) 3634000
- Сайт
- https://www.nsu.ru/