Оптимизация теплового замедлителя импульсного исследовательского реактора НЕПТУН по коду SERPENT

Импульсный реактор ИБР-2М имеет самый интенсивный в мире поток нейтронов ~ 10¹⁶ н/см²·сек на поверхности замедлителя в пике. Ожидается, что реактор ИБР-2М будет выведен из эксплуатации в период с 2030 по 2032 год. Принято решение о строительстве нового импульсного реактора для замены реактора ИБР-2М и дополнения исследовательских возможностей высокопоточного исследовательского ядерного реактора ПИК в Российской Федерации. В настоящее время в ЛНФ ОИЯИ в Дубне ведутся серьезные работы по проектированию реактора НЕПТУН. Реактор НЕПТУН является первым в мире реактором, использующим Np-237 в качестве ядерного топлива, и ожидается, что поток нейтронов на поверхности замедлителя (на пиковом и среднем потоке нейтронов) будет самым высоким в мире. Данная работа направлена на оптимизацию теплового (водяного) замедлителя для нового импульсного исследовательского реактора НЕПТУН с целью получения необходимого спектра нейтронов с максимальным потоком тепловых и надтепловых нейтронов. В результате были предложены четыре возможных варианта размеров камеры замедлителя для проведения различных экспериментов. Было предложено разработать камеру, объем и толщину воды, которые можно было бы менять для корректировки спектра нейтронов.

1. Стогов Ю.В. Основы нейтронной физики. Учеб. пособие. М.: МИФИ, 2008. 204 с.

2. DOE Fundamentals Handbook: Nuclear Physics and Reactor Theory. US Department of Energy, 1993.

3. Бондаренко И.И., Стависский Ю.Я. Импульсный режим работы быстрого реактора // Атомная энергия, 1959. Т. 7. Вып. 5. С. 417–420.

4. Шабалин Е.П., Погодаев Г.Н. К вопросу оптимизации импульсного реактора на быстрых нейтронах // Сообщение ОИЯИ 2708, 1966.

5. Шабалин Е.П. Импульсные реакторы на быстрых нейтронах. М.: Атомиздат, 1976. 248 с.

6. Аксенов В.Л. Импульсные реакторы для нейтронных исследований // Физика элементарных частиц и атомного ядра, 1995. Т. 26. Вып. 6. С. 1449– 1474.

7. Ананьев В.Д., Архипов В.А., Бабаев А.И. Энергетический пуск импульсного исследовательского реактора ИБР-2 и первые физические исследования на его пучках // Атомная энергия, 1984. Т. 57. Вып. 4. С. 227–234.

8. Aksenov V., Ananyiev V., Shabalin E. Repetitively pulsed research reactor IBR-2: 10 years of operation // Proc. of the Topical Meeting on Physics, Safety and Applications of Pulse Reactors. Washington, 1994. P. 111.

9. Ананьев В., Бабаев А.И., Виноградов А.В. и др. Энергетический пуск модернизированного реактора ИБР-2 (ИБР-2М) //Сообщение ОИЯИ. Дубна, 2012. С. 13–42.

10. Aksenov V.L., Shabalin E.P. Concept of the FourthGeneration Neutron Source in Dubna // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2018. V. 12. № 4. P. 645–650.

11. Shabalin E., Aksenov V.L., Komyshev G.G. et al. Neptunium-Based High-Flux Pulsed Research Reactor. // Atomic energi, 2018. V. 124 (6). P. 364–370.

12. Sanchez R. et al. Criticality of a 237Np Sphere // Nuclear Science and Engineering, 2008. V. 158. № 1. P. 1–14.

13. Loaiza D.J., Sanchez R. Analysis on the 237 Np sphere surrounded by 235 U shells experiment // JAERI-Conf 2003-019 2003: Los Alamos National Laboratory, Los Alamos.

14. Loaiza D., Stratton W. Criticality Data for Spherical 235U, 239Pu, and 237Np Systems Reflector–Moderated by Low Capturing-Moderator Materials // Nuclear Technology, 2004. V. 146. № 2. P. 143–154.

15. Aksenov V.L., Shabalin E.P. Concept of the FourthGeneration Neutron Source in Dubna // Journal of Syrface Investigation:X-ray, Synchrotron avd NeutronTechniques, 2018. V. 12. Iss. 4. P. 645–650.

16. Шабалин Е.П., Хассан А.А., Рзянин М.В., Подлесный М.М. Способ снижения уровня колебаний мощности в импульсном реакторе “Нептун” // Письма в ЭЧАЯ, 2021. Т. 18. № 3. С. 283–296.

17. Hassan A.A., Shabalin E.P. Fourth Generation Neutron Source in Dubna,“Solution of Pulse Power Fluctuation Problem” // Physics of Atomic Nuclea, 2021. V. 84. № 3. P. 227–236.

18. Aksenov V.L. et al. Research Reactors at JINR: Looking into the Future // Physics of Particles and Nuclei. V. 52. Iss. 6. P. 1019–1032.

19. Leppänen J. et al. The Serpent Monte Carlo code: Status, development and applications in 2013 // Annals of Nuclear Energy (Oxford), 2015. V. 82. P. 142–150.

20. Tuominen R., Valtavirta V., Leppänen J. A new energy deposition treatment in the Serpent 2 Monte Carlo transport code // Annals of Nuclear Energy (Oxford), 2019. V. 129. P. 224–232.