Rotating Water-Cooled Beryllium Target for a Compact Neutron Source

P. V. Shvets; Швец П. В.; P. A. Prokopovich; Прокопович П. А.; E. I. Fatyanov; Фатьянов Е. И.; E. S. Clementyev; Клементьев Е. С.; A. R. Moroz; Мороз А. Р.; N. A. Kovalenko; Коваленко Н. А.; A. Yu. Goihman; Гойхман А. Ю.

doi:10.31857/S1028096023070178

Вращающаяся водоохлаждаемая бериллиевая мишень компактного источника нейтронов

Авторы: Швец П.В.¹, Прокопович П.А.¹, Фатьянов Е.И.¹, Клементьев Е.С.¹, Мороз А.Р.², Коваленко Н.А.²^,3, Гойхман А.Ю.¹
Учреждения:
1. Научно-образовательный центр “Функциональные наноматериалы”, Балтийский федеральный университет им. И. Канта
2. НИЦ Курчатовский институт – Санкт-Петербургский институт ядерной физики
3. НИЦ Курчатовский институт
Выпуск: № 7 (2023)
Страницы: 63-70
Раздел: Статьи
URL: https://freezetech.ru/1028-0960/article/view/664537
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023070178
EDN: https://elibrary.ru/TDHCZT
ID: 664537

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация

При сокращающемся числе нейтронных источников в мире и выводе из эксплуатации исследовательских реакторов все большее внимание привлекают проекты по разработке компактных источников нейтронов. Проект DARIA предполагает использование пучка протонов, ускоренного до энергии 13 МэВ, который, попадая в бериллиевую мишень, создает пучок нейтронов посредством ядерной реакции (p, n). Выход реакции составляет три нейтрона на 1000 протонов, поэтому в этом процессе большая часть энергии протонного пучка выделяется в виде тепла в мишени. Интенсивный нагрев бериллиевой мишени в отсутствие достаточного теплоотвода может привести к ее разрушению. Разработана система для эффективного отвода тепла от бериллиевой мишени в процессе ее облучения протонным пучком. Она представляет собой вращающуюся бериллиевую мишень с водяным охлаждением и способна отводить большую тепловую мощность с внутренней (обращенной к воде) поверхности мишени. Для предложенной системы были проведены численные расчеты скорости и давления охлаждающей жидкости. Были рассчитаны предельное давление, приводящее к разрушению мишени, и потоки, соответствующие этому предельному давлению. Термодинамические расчеты позволили оценить, как среднюю температуру системы, так и пиковые локальные температуры из-за нагрева короткими высокоэнергетическими импульсами.

Ключевые слова

компактный источник нейтронов, DARIA, мишенная сборка, численное моделирование, термодинамические расчеты, бериллий, водоохлаждаемая вращающаяся мишень.

Список литературы

Amaldi E. // Phys. Rep. 1984. V. 111. № 1–4. P. 1. https://www.doi.org/10.1016/0370-573(84)90214-X
Аксенов В.Л. // Природа. 1996. № 2. С. 3.
Vetter J.E. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1981. V. 28. № 3. P. 3455. https://www.doi.org/10.1109/TNS.1981.4332134
Carpenter J.M. // EPJ Web Conf. 2020. V. 231. P. 01001. https://www.doi.org/10.1051/epjconf/202023101001
Jeon B., Kim J., Lee E., Moon M., Cho S., Cho G. // Nucl. Engin. Technol. 2020. V. 52. № 3. P. 633. https://www.doi.org/10.1016/j.net.2019.08.019
Yamagata Y., Hirota K., Ju J., Wang S., Morita S., Kato J., Otake Y., Taketani A., Seki Y., Yamada M., Ota H., Bautista U., Jia Q. // J. Radioanalyt. Nucl. Chem. 2015. V. 305. P. 787. https://www.doi.org/10.1007/s10967-015-4059-8
Inada T., Kawachi K., Hiramoto T. // J. Nucl. Sci. Technol. 1968. V. 5. № 1. P. 22. https://www.doi.org/10.1080/18811248.1968.9732391
Патент № 2 640 396 C2 (РФ). Мишень для генерации нейтронов / Кэнсэр Интеллидженс КЭА Системс, ИНК. Сиода Сигео, Накамура Масару // 2018.
Патент № 2 610 301 C1 (РФ). Нейтроногенерирующая мишень / Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Таскаев С.Ю., Баянов Б.Ф. // 2017.
Willis C., Lenz J., Swenson D. // Proc. LINAC08. 2009. P. 223.
Bayanov B., Belov V., Taskaev S. // J. Phys.: Conf. Ser. 2006. V. 41. P. 460. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/41/1/051
Neutron Generators for Analytical Purposes. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2012. P. 145.
Sordo F., Fernandez-Alonso F., Terrón S., Magán M., Ghiglino A., Martinez F., Bermejo F.J., Perlado J.M. // Phys. Proced. 2014. V. 60. P. 125. https://www.doi.org/10.1016/j.phpro.2014.11.019
Paul M., Tessler M., Friedman M., Halfon S., Palchan T., Weissman L., Arenshtam A., Berkovits D., Eisen Y., Eliahu I., Feinberg G., Kijel D., Kreisel A., Mardor I., Shimel G., Shor A., Silverman I. // Eur. Phys. J. A. 2019. V. 55. P. 44. https://www.doi.org/10.1140/epja/i2019-12723-5
Reed C.B., Nolen J.A., Specht J.R., Novick V.J., Plotkin P. // Nucl. Phys. A. 2004. V. 746. P. 161. https://www.doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2004.09.127
Nakamura H., Agostini P., Ara K. et al. // Fusion Engin. Design. 2008. V. 83. № 7–9. P. 1007. https://www.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2008.06.014
Sekine K., Mitamura Y., Murabayashi S., Nishimura I., Yozu R., Kim D.-W. // Artificial Organs. 2003. V. 27. № 10. P. 892. https://www.doi.org/10.1046/j.1525-1594.2003.00035.x
Szydlo Z., Ochoński W., Zachara B. // Tribotest. 2005. V. 11. № 4. P. 345. https://www.doi.org/10.1002/tt.3020110406
Nakatsuka K. // J. Magn. Magn. Mater. 1993. V. 122. № 1–3. P. 387. https://www.doi.org/10.1016/0304-8853(93)91116-O
Subbotina V.V., Pavlov K.A., Kovalenko N.A., Konik P.I., Voronin V.V., Grigoriev S.V. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2021. V. 1008. P. 165462. https://www.doi.org/10.1016/j.nima.2021.165462