Исполнилось 20 лет пульсирующему реактору в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. Несмотря на столь солидный для техники возраст, ИБР-2 и по сей день остается самым эффективным и современным инструментом нейтронных исследований, у которого пока нет аналогов в мире.
Дубна совсем рядом с Москвой, но каждый раз поездка в этот городок сродни путешествию в другой мир. Сосен, берез и лиственниц здесь больше, чем людей, поэтому тротуары и дороги в городе посыпают не солью, а только песком, - берегут зеленых обитателей. Здесь мужчин больше, чем женщин, и плотность физиков на квадратный метр фантастически высока. А еще здесь царят покой и тишина, столь необходимые для сосредоточенности, без которой немыслима наука. В этом почти европейском городе, в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ), который играет роль ключевого градообразующего предприятия, делают высочайшего класса фундаментальную науку, значимость и практическую пользу которой почему-то все время приходится доказывать.
- В последнее время высокие правительственные чиновники все чаще говорят о том, что Россия должна идти по инновационному пути развития, то есть создавать новые технологии и материалы, проводить исследования, дающие быстрый практический выход, - рассказывает доктор физико-математических наук Александр Белушкин, возглавляющий Лабораторию нейтронной физики имени Франка в ОИЯИ. - Но движение по этому пути будет успешным лишь рука об руку с самыми современными методами исследования, которые позволяют максимально точно определять структуру новых материалов и наблюдать за процессами, которые в них происходят. Один из таких уникальных инструментов есть в нашей лаборатории - это самый интенсивный в мире импульсный источник нейтронов для исследований на выведенных пучках.
Идею импульсного реактора предложил замечательный российский физик Дмитрий Блохинцев в 1955 году. Уже в 1960 году на ее основе в Лаборатории нейтронной физики был построен первый импульсный реактор периодического действия, а в 1984 году - более мощный ИБР-2, успешно работающий и по сей день. Нильс Бор, увидев эту машину в действии, сказал: "Я восхищен мужеством людей, решившихся на сооружение такой замечательной установки!" А машина и в самом деле красивая. Ее принцип действия похож на стробоскопический эффект, который частенько используют на дискотеках: в темном помещении яркий луч света прерывается с определенной частотой, и каждая вспышка выхватывает фрагменты общей картинки.
Тот же принцип использован в реакторе, только роль луча в данном случае играет поток быстрых нейтронов, образующийся в результате ядерных реакций распада оксида плутония, а прерывает его, заставляя накапливать импульс, специальный отражатель оригинальной конструкции. Средняя мощность реактора невелика, всего 2 МВт (миллионов ватт), поэтому он исключительно экономичен и надежен. Зато параметры импульсного нейтронного пучка на выходе можно назвать выдающимися: мощность нейтронного импульса составляет 1500 МВт, длительность импульса - 220 микросекунд, а частота их следования - 5 импульсов в секунду. Поток нейтронов в импульсе составляет 10 в 16-й степени частиц на квадратный сантиметр в секунду. Такого потока не могут добиться даже стационарные реакторы мощностью в 50-100 МВт.
Бессменный главный инженер реактора Владимир Ананьев, который 20 лет назад запускал ИБР-2 и знает в нем каждый винтик, рассказывает, что "в 60-е годы в США и Европе было несколько амбициозных проектов подобного рода, но ни одна страна так и не решилась на сооружение аналогичного реактора. Поэтому ИБР-2 остается единственным в мире импульсным реактором периодического действия".
Как же разумно распорядиться этим преимуществом? "Особенность реактора заключается в том, что с помощью мощных импульсов нейтронов можно исследовать твердые тела и жидкости и изучать процессы в динамическом режиме, - рассказывает Александр Белушкин. - Каждый год мы выполняем около 150 нейтронных исследований в области физики и химии, наук о материалах и наук о Земле, наук о жизни и инженерных наук".
Но одного пульсирующего потока нейтронов для исследований недостаточно. Необходимы еще и разного рода спектрометры. Двенадцать таких устройств, включающих дифрактометры, рефлектометры, спектрометры малоуглового рассеяния, неупругого рассеяния и другие, установлены по периметру ИБР-2, куда веером от сердца реактора расходятся 14 пульсирующих потоков нейтронов. Здесь, на выходе пучков, и проводятся основные исследования. Задача физиков франковской лаборатории - обработать результаты эксперимента и представить их в таком виде, который будет понятен пользователю, будь то биолог, химик или материаловед. А результаты получаются самые необычные. Здесь совместно с командой академика Александра Спирина изучена структура рибосомы и связь структуры с функционированием этой биомолекулярной машины. По заказу бывшего Минатома в лаборатории исследуют деформации и напряжения в материалах, используемых в конструкциях различных реакторов. Подходит ИБР-2 для решения и вовсе прозаических задач: по заказу немецких специалистов в лаборатории выяснили, как меняется структура покрытия на скоростных магистралях Германии.
Интересно, что нейтронный анализ пригоден и для экологических исследований, например мониторинга загрязнения почвы тяжелыми металлами и радионуклидами. Можно определять содержание нежелательных металлов даже в воздухе. Известно, что некоторые виды лишайников, как губка, высасывают грязь из воздуха. Достаточно собрать образцы лишайников на интересующей нас территории и проанализировать их с помощью спектрометров на реакторе, чтобы получить точную карту загрязнения территории, например, ванадием. Такая детальная карта была составлена для окрестностей Конаковской ГРЭС. Подобные же исследования два года назад позволили выяснить состояние воздуха в лондонском метро. А еще в Лаборатории нейтронной физики исследовали высокотемпературный синтез материалов в реальном времени, структуру полимерных молекул, магнитных и сверхпроводящих пленок и многое другое. Одним словом, спектр возможных исследований - широчайший.
- ОИЯИ - международная организация, в которой участвуют 18 стран, поэтому большую часть исследований мы выполняем по заказу стран-участниц. Ведь мы по существу уже 20 лет назад реализовали модель, которая сегодня общепринята в Европе, США и Японии, - создали пользовательский центр, готовый обслуживать любых заказчиков, если, разумеется, их задачи решаемы нейтронными методами, - рассказывает Александр Белушкин. - Но потенциал этого мощнейшего инструмента исследований мы используем не в полной мере. Наш реактор работает лишь 100 дней в году, а мог бы и все девять месяцев. Конечно, это потребовало бы значительно больших затрат. Но если Россия и ее партнеры по ОИЯИ действительно собираются встать на инновационные рельсы, то потребность в нейтронных исследованиях уже в ближайшее время должна возрасти многократно. Мы открыты для сотрудничества.
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
МАТЕРИАЛОВ САЙТА ССЫЛКА НА САЙТ
ОБЯЗАТЕЛЬНА
