07-1-1107-1-2011/2027

Краткая аннотация и научное обоснование:
Проект нацелен на определение оптимальной комбинации параметров пучка частиц и конвертора для оптимизации эффективности подкритического реактора, управляемого ускорителем.  Запланированные исследования будут в двух направлениях: (1) сравнительное изучение распределения деления и энергии, выделяемой в мишени, облученной пучками протонов с энергией 0,2-2 ГэВ и пучками ионов с массами до ²⁰Ne и энергиями в интервале 0,2-1 AГэВ; (2) измерение выхода нейтронов из различных конвертеров, облученных протонным и ионным пучками.

Возможность реализовать ядерную систему с повышенными возможностями горения заключается в использовании подкритического реактора с ускорительным приводом (ADSR). Он состоит из ускорителя частиц, соединенного с ядерным реактором.
Пучок частиц, падающий на конвертор, расположенный в центральной части реактора, реализует дополнительный источник нейтронов, позволяющий работать реактору в подкритическом режиме (с коэффициентом критичности keff ниже 0,99), обеспечивая более безопасную эксплуатацию атомных станций. Полученный более жесткий спектр нейтронов обеспечивает лучшее сжигание актинидов.

Несмотря на почти обобщенное мнение, что оптимальным пучком для ADSR является пучок протонов с энергией около 1–1,5 ГэВ, в ряде работ нами показано, что пучки ионов обладают большей энергетической эффективностью, чем протоны. Исследования в рамках проекта направлены на изучение условий, при которых достигается максимальная энергетическая эффективность ADSR и обеспечивается высокое выгорание актинидов. В предудущие годы реализации проекта были исследованы аспекты, связанные с геометрией активной зоны, материалом, используемым для конвертера, составом топлива, рабочим значением k_eff, обогащением и распределением удельной мощности. Исследовалось также влияние характеристик пучка (тип частиц, энергия, интенсивность пучка) и типа ускорителя. Полученные основные выводы составляют основу для продления проекта в соответствии с заявленными целями.

Предлагаемая конструкция графитовой мишени «GAMMA4» с размещенными внутри твэлами и центральным отверстием для конверторов различных видов позволяет корректно сравнивать количество делений и выделяемую энергию, реализуемую с протонными и ионными пучками. Использование графитового блока вместо свинцового дает возможность уменьшить необходимое количество делящегося материала за счет более мягкого спектра нейтронов. Данная конструкция позволяет облегчить манипуляции с мишенью ввиду меньшего веса и обладает меньшей стоимостью. Выбранная длина мишени (120 см) позволяет охарактеризовать зависимость выделяемой энергии от размеров бериллиевого  конвертера ионов низких энергий. Предлагаемая графитовая мишень «GAMMA4» подходит для сравнительного исследования эффективности различных пучков  в части возможности их использования в ADS-системах.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:
Выбор оптимальной конструкции мишени для ADS системы.

Проверка принципиально новой концепции ADS системы, основанной на использовании пучков ионов вместо пучков протонов.

Реализация первого этапа экспериментальной программы проекта, направленной на измерение выхода нейтронов с различными комбинациями преобразователей.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:
Реализация технического проекта свинцовой мишени (блока размерами 110х110х150 см, с центральным отверстием для преобразователей и вертикальными и горизонтальными отверстиями для размещение детекторов деления).

Проектирование системы измерения интенсивности пучка (ионизационная камера и два пластиковых сцинтиллятора для абсолютной калибровки ионизационной камеры)

Анализ экспериментальной методики и определение максимальных интенсивностей пучков в зависимости от радиационной защиты экспериментального помещения.

Краткая аннотация и научное обоснование:
В 2025 году ожидается запуск комплекса NICA и проведение сеансов по работе на основных установках комплекса. Инфраструктура ARIADNA, включающая каналы транспортировки пучков, зоны для  прикладных исследований и участки вспомогательной пользовательской инфраструктуры, позволит выполнить ряд актуальных исследований, ориентированных на использование пучков ускоренных ионов в задачах космических исследований, науках о жизни и биомедицинских технологий, радиационного материаловедения, радиационной стойкости электроники, современных ядерно-физических технологий.

Ожидаемые результаты по завершении активности:
Получение новых данных по взаимодействию пучков тяжелых ионов с различными видами материалов и биологическими объектами в целях создания передовых разработок на основе современных радиационных технологий. Получение результатов о специфических структурных и функциональных модификациях в исследуемых образцах разной природы после воздействия ионов с энергиями от 3,2 МэВ/нуклон до 3,5-4,0 ГэВ/нуклон. 

Ожидаемые результаты по активности в текущем году:
Проведение в 2025 году запланированных сеансов работы ускорительного комплекса позволит:
- осуществить моделирование воздействия отдельных компонентов космических видов излучений на пучках комплекса NICA и установках сотрудничающих организаций. Изучить сочетанное воздействие радиации и иных факторов физической и биологической природы в экспериментах на лабораторных животных, тканях и клеточных культурах;

- получить сведения об относительной биологической эффективности тяжелых ядер с энергиями до 4,5 ГэВ/нуклон.  Выполнение оценок влияния пучков заряженных частиц высоких энергий на физико-химические характеристики, редокс-свойства и биологическую активность in vitro и in vivo наночастиц редкоземельных металлов в различных модификациях;

- на базе пользовательской инфраструктуры ARIADNA осуществить постановку высокочувствительных методов детекции радиационно-индуцированных биологических повреждений на молекулярном и клеточном уровне. Выполнить серию экспериментов по выявлению специфических временных профилей белков и белковых комплексов репарации двунитевых разрывов ядерной (яДНК) и митохондриальной (мтДНК) ДНК, ассоциированных с различными видами рака, и сформулировать подходы к разработке диагностического метода на основе маркеров репарации ДНК;

- выполнить оценку радиационно-защитных свойств материалов в полях излучений, генерируемых комплексом NICA, для последующего использования в качестве дополнительной и локальной защиты от ионизирующего космического излучения на борту космических комплексов;

- выполнить первый этап отработки методики высокотемпературной радиационной модификации различных видов полимерных соединений на примере политетрафторэтилена (ПТФЭ) с использованием пучков ионов высоких энергий. Изучить механизмы радиационного дефектообразования и выделения легколетучих соединений – субоксидов при облучении синтетического сапфира и корунда;

- получить новые сведения о радиационной устойчивости сверхлегких высокопористых материалов на основе аэрогелей и ферритов с различной кристаллической структурой в части воздействия ускоренных ионов в широком диапазоне энергий. Получить модельные оценки по влиянию тяжелоионных компонентов космического излучения на ультравысокотемпературную керамику HfB₂(ZrB₂)-SiC;

- получить новые сведения о возможности создания структурных и морфологических наносингулярностей при облучении оксидных модельных катализаторов тяжёлыми ионами с целью настройки активности и селективности катализа;

- выполнить ОКР по разработке аналитических устройств, применяемых для регистрации эффектов воздействия ионизирующих излучений на биологические объекты и материалы.

Краткая аннотация и научное обоснование:
Необходимым условием проведения исследований с использованием современных радиационных технологий является постоянное совершенствование методических подходов к проведению сеансов облучения и развитие соответствующих систем окружения образца. В частности, большую важность представляет развитие облучательных стендов и разработка необходимой оснастки в соответствии с задачами предлагаемых экспериментов. Выполнение исследований в рамках созданной коллаборации ARIADNA, подразумевающей многопользовательский режим работы, требует создания участков для развертывания собственного оборудования пользователей в целях осуществления процесса подготовки проб и проведения аналитических исследований в короткие сроки после облучения.

Ожидаемые результаты по завершении активности:

Создание и развитие участков пробоподготовки и аналитических исследований в рамках научной программы работ ARIADNA.

Изготовление и запуск в эксплуатацию стендов и испытательных камер для изучения сочетанного воздействия ускоренных ионов и иных физических факторов на образцы материалов и биологические объекты.
 

Ожидаемые результаты по активности в текущем году:

Реализовать второй этап оснащения стенда для длительного облучения в зоне установки BM@N.

Выполнить первый этап работ по созданию стендов и испытательных камер для изучения сочетанного действия ускоренных ионов и иных физических факторов на образцы материалов и биологические объекты.

Изучить влияние ионизирующих излучений на основные параметры резистивно-эмиссионного слоя МКП в экспериментах на тяжелых ионах.

Отработать методику оценки интегральных показатели интенсивности и профиля пучка для различных видов образцов, исследуемых в экспериментах ARIADNA.

Разработать и провести испытания детекторной системы для прикладных исследований в зоне установки BM@N.

Разработать и провести испытания детекторов на основе люминесцентных экранов для прикладных исследований.

Шаляпин В.Н.

Краткая аннотация и научное обоснование:
Активация облучаемых материалов и конструктивных элементов ускорителей тяжелых ионов является важным аспектом проведения экспериментов по облучению мишеней различных видов. Спектроаналитический комплекс ОНМИИ позволяет выполнять широкий круг измерений гамма-спектров, в том числе в потоковом режиме. Анализ гамма-спектров с использованием спектроаналитического комплекса ОНМИИ будет применяться в качестве рутинной методики при проведении большинства экспериментов по прикладным исследованиям ARIADNA, подразумевающим облучение образцов пучками ускоренных ионов.

Ожидаемые результаты по завершении активности:
Обновление парка детекторов спектроаналитического комплекса, соответствующего программного обеспечения и необходимой острастки для проведения измерений с использованием образцов разных типов.

Создание базы данных гамма-спектров по всем экспериментам ARIADNA.

Ожидаемые результаты по активности в текущем году:
Обновление программного обеспечения детекторов; обновление источников питания, резервных источников питания и ЦСУ детекторов.

Проведение рутинных изменений гамма-спектров по прикладным исследованиям на комплексе NICA в сеансах 2025 года.

Краткая аннотация и научное обоснование:
Развитие программного обеспечения и проведение дозиметрических расчетов является неотъемлемой частью подготовки экспериментов по научной программе ARIADNA на комплексе NICA, а также важным элементом анализа дозовых нагрузок в сеансах по облучению мишеней различных видов. Применение современных программных кодов для взаимодействия ускоренных ионов с веществом позволяет проводить планирование сеансов облучения с использованием различных материалов в целях выбора оптимальных параметров облучения и последующей реконструкции событий энерговыделения в материале мишени. Получаемые в ходе дозиметрических расчетов данные являются важными входными параметрами для дальнейших исследований в части структурных и функциональных изменений в облучаемых образцах. Важным парктическим аспектов данной активности является получение моделирование радиационных условий в различных частях комплекса NICA с использованием разработанных модельных подходов и программных кодов.

Ожидаемые результаты по завершении активности:
Получение дозиметрических данных по облучению образцов различных видов пучками ускоренных ионов в широком диапазоне энергий, включая композитные материалы, а также иные объекты со сложной структурой и элементным составом.

Получение оценок радиационных полей для различных участков комплекса NICA.

Расчет необходимых элементов биологической защиты.

Ожидаемые результаты по активности в текущем году:
Получение оценок дозовых нагрузок для образцов композитных материалов, биологических объектов и элементов электроники при облучении пучками тяжелых ионов с энергиями в диапазоне от 3,2 МэВ/нуклон до 4 ГэВ/нуклон.

Расчет радиационных полей в зонах установок для прикладных исследований с учетом размещения дополнительного пользовательского оборудования.

Моделирование взаимодействия пучков ускоренных ионов с материалами в запланированных на 2025 год сеансах на комплексе NICA.

Краткая аннотация и научное обоснование:
Целью исследований является разработка методов повышения критического тока ВТСП- лент второго поколения с применением технологий радиационной модификации. В последние годы в ЛФВЭ получены результаты, свидетельствующие о повышении критического тока ВТСП-лент второго поколения после облучения ускоренными ионами и протонами. Обнаруженные эффекты требуют дальнейшего изучения с позиции создания прототипов оборудования на основе радиационно-модифицированных ВТСП-лент и тестирования их применения в различных научно-практических задач, включая ускорительную технику.

Ожидаемые результаты по завершении активности:
Получение сведений о закономерностях изменения критического тока ВТСП-лент второго поколения путем радиационной модификации и механической деформации.

Получение результатов о стабильности эффекта радиационно-индуцированного повышения критического тока ВТСП-лент во времени при воздействии различных физических факторов. ВТСП-лент второго поколения.

Определение возможностей практического применения радиационно-модифицированных ВТСП-лент второго поколения.

Ожидаемые результаты по активности в текущем году:
Исследование радиационно-стимулированного изменения критического тока ВТСП композитов в особых условиях радиационных воздействий (наличие фонового магнитного поля и низкой температуры).

Изучение свойств облученных ВТСП-лент второго поколения при последующей работе в полях ионизирующих излучений.

Получение данных о структурных модификациях ВТСП-лент после радиационного воздействия и механической обработки.

Расчет дефектообразования в ВТСП-лентах под воздействием заряженных частиц; оптимизация радиационных дефектов как центров пиннинга магнитного потока; расчет радиационного и теплового режима для станции перемотки ВТСП лент через пучок заряженных частиц для создания центров пиннинга.

2024-2026

Краткая аннотация и научное обоснование:
Прикладные исследования на комплексе NICA проводятся в формате научной коллаборации ARIADNA, в состав которой входят более 20 организаций стран-участниц ОИЯИ. Многопользовательский режим работы на установках для прикладных исследований комплекса NICA подразумевает наличие скоординированной пользовательской программы, объединяющей усилия организаций-членов коллаборации ARIADNA в части получения передовых научных и научно-практических результатов. Основной задачей в данном направлении является координация пользовательской программы, а также создание условий для слаженной работы групп пользователей в ходе сеансов на комплексе NICA.

Ожидаемые результаты по завершении активности:
Создание пользовательской программы по прикладным исследованиям на комплексе NICA, обеспечивающей скоординированную работу научных групп из различных организаций.

Ожидаемые результаты по активности в текущем году:
Запуск веб-портала ARIADNA, включающего систему электронной подачи заявок на проведение экспериментов с использованием инфраструктуры для прикладных исследований комплекса NICA.

Отработка многопользовательского режима работы на элементах инфраструктуры ARIADNA.

Сопровождение программ поддержки работы научных коллабораций на комплексе NICA.

Разработка научных программ организаций, вступающих в состав коллаборации ARIADNA.

Обеспечение представленности коллаборации ARIADNA на научных и научно-организационных мероприятиях, связанных с прикладными исследованиями и инновациями.