ИЯИ РАН - Установка для радиационного материаловедения (РАДЭКС)

Установка РАДЭКС предназначена, главным образом, для облучения образцов конструкционных материалов в смешанных протонных и нейтронных полях с последующей их доставкой в горячие лаборатории для пострадиационных исследований. Имеется принципиальная возможность облучения образцов в чисто нейтронных полях. Активная зона установки собрана из вольфрамовых пластин с титановым покрытием, охлаждаемых водой. Внутри активной зоны на глубине ~ 4 м от верхней крышки и на расстоянии ~40 мм от первой стенки расположен цилиндрический облучательный канал, диаметром 52 мм. и высотой 100 мм В этом канале могут проводиться радиационные испытания стандартных образцов перспективных сплавов. Согласно предварительным оценкам, средняя по времени и усредненная по объему облучательного канала 250 см³ плотность потока жестких нейтронов может достигать 2*10¹⁴ нейтр./см²c при среднем токе протонов 0,5 мА (т.е. 3*10¹⁵ протонов/с), что ставит вопрос о возможности проведения испытаний материалов в установке РАДЭКС в условиях близких по радиационной нагрузке к ядерно-энергетическим установкам деления и синтеза. Спектр нейтронов при выбранном объеме вольфрамовой мишени имеет испарительную форму, соответствующую девозбуждению продуктов (р,W)-реакции, с примесью около 9% каскадных нейтронов в передней полусфере.

Для мониторинга нейтронных потоков в облучательном канале установки РАДЭКС разработаны специальные радиохимические детекторы, имеющие малые размеры, что позволяет получить картограмму нейтронных потоков в различных точках облучательного канала of-line при малых значениях протонного тока в предположении, что нейтронные потоки возрастают пропорционально увеличению первичного тока протонов.

Измерение нейтронного спектра в установке РАДЭКС является достаточно сложной экспериментальной задачей ввиду того, что спектр нейтронов, образованных в spallation процессе простирается вплоть до энергий первичного протонного пучка. Генерируемый нейтронный спектр предполагается исследовать двумя методами: с помощью активационного метода, используя набор специальных фольг, а низкоэнергетическую часть спектра (до ~2МэВ) планируется также измерять с помощью времяпролетной методики.

В настоящее время прорабатываются постановки экспериментов в следующих направлениях:
1. Исследование и моделирование радиационной стойкости перспективных материалов ядерной и термоядерной техники (корпусные стали ядерных реакторов, графиты, вольфрамовые, ванадиевые сплавы и др.) при воздействии протонов средних энергий (100-600 МэВ) и нейтронов с энергиями (1-600 МэВ).
2. Исследование и моделирование структурных превращений в магнитных и немагнитных материалах при их облучении протонами средних энергий (100-600 МэВ) и нейтронами с энергиями (1-600 МэВ).
3. В модифицированной установке со специальной вставкой возможно использование жидкометаллического охлаждения (Pb-Bi, Na или Нg) стандартных трубчатых образцов конструкционных материалов. В этом случае образцы будут одновременно находиться в постоянном механическом напряжении в среде металла и в радиационных полях. При этом плотность тепловыделения в образцах нержавеющих сталей от узкого пучка протонов (~1см в диаметре) может достигать ~1 - 1.5 кВт/куб.см, что практически невозможно достичь с помощью ядерных реакторов. Такая постановка эксперимента позволит исследовать влияние облучения на вещество, находящееся в экстремальных условиях.
4. Высокая повреждающая способность протонов и высокая локальная плотность тепловыделения открывают возможность сокращения сроков облучения материалов до заданного уровня смещений на атом и разработать методы экспресс-анализа конструкционных материалов в интересах развития ядерной энергетики и новых направлений в области ускорительно-управляемых систем в термоядерной энергетики. Сравнение данных по радиационному повреждению в установке РАДЭКС, при существующих параметрах пучков, и ядерно-энергетических установок синтеза и деления показывают, что при выходе на проектные параметры работы ускорителя, установка РАДЭКС по своим возможностям приближается к характеристикам, заложенным в проект IFMIF.

10.11.06г. Впервые осуществлена проводка пучка протонов мощностью около 8 кВт (средний ток 35-40 мкА, энергия 209 МэВ) на время-пролетный спектрометр РАДЭКС в Экспериментальном комплексе ИЯИ РАН. Эффективность работы ускорительного и экспериментального комплексов (количество пучкового времени у пользователя) составила около 80%.