Нейтринна діагностика швидкого уран-плутонієвого реактору IV покоління

Обґрунтовано автокатолітичний характер кінетичної системи для дефектів нелінійної фізичної системи «метал + навантаження + опромінення».

Основними зовнішніми параметрами кінетичної системи для дефектів нелінійної фізичної системи «метал + навантаження + опромінення» є щільність потоку, температура і зовнішня напруга (навантаження) згідно з розробленими узагальненими діаграмами термічної-радіаційно-термічної повзучості для конструкційних металів та металів і сплавів, що поділяються. Характеристики металу задаються через параметри кристалічної решітки, пружні константи, енергії утворення і міграції для точкових дефектів, енергії утворення для дислокаційних перегинів і сходинок, щільності дефектів, таких як дислокації, пори та інші.

Показано зв'язок та взаємний вплив кінетичної системи для дефектів нелінійної фізичної системи «метал + навантаження + опромінення» і кінетичної системи реактора. Обґрунтовано вплив кінетики дефектів нелінійної фізичної системи «метал + навантаження + опромінення» для паливних металів на кінетику швидких уран-плутонієвих реакторів, зокрема для перспективного уран-плутонієвого реактора IV покоління типу Феоктистова.

Розглянуто можливу структуру комп'ютерної програми для моделювання кінетичної системи для дефектів нелінійної фізичної системи «метал + навантаження + опромінення».

Отримано спрощену кінетичну систему для дефектів нелінійної фізичної системи «метал + навантаження + опромінення», подібну відомій кінетичній системі типу Гірера-Мейнхардта.

Проведено обчислювальні комп'ютерні експерименти по дослідженню спрощеної кінетичної системи для дефектів нелінійної фізичної системи «метал + навантаження + опромінення». Отримані результати підтверджують утворення дисипативних структур крапкових дефектів. Наведені нижче графіки (рис. 5-6) є результатом комп'ютерного моделювання спрощеної системи, де вхідними параметрами і початковими умовами є найбільш характерні величини: Т = 400 К, початкові концентрації вакансій 10-10 і міжвузельних атомів 10-30, щільність потоку нейтронів 1013 н/см2с, навантаження 3 кг/мм2. Крім цього вони підбиралися виходячи з максимальної наочності ілюстрації дисипативності структур.

На наведених рисунках результати розрахунків подані для різних моментів часу із кроком 0,1 с. Тобто, ситуація розглядається як би в динаміці, і ми можемо спостерігати еволюцію процесів у часі (причому можна помітити, що має місце циклічність процесів). А з огляду на розміри перелічених областей можна говорити про макроскопічну просторову кореляцію з радіусом, значно перевищуючим радіус потенціалу міжатомної взаємодії, що характерно для дисипативних, нелінійних структур.

Було розглянуто рівняння з початковими концентраціями для вакансій у діапазоні 10-8 ч 10-10 і для міжвузельних атомів у діапазоні 10-26 ч 10-30, причому в цих інтервалах дисипативнисть у тім, або іншому ступені виявила себе й найбільше часто розподілом, що зустрічається, для просторової концентрації дефектів була поверхня із двома або трьома піками (аналогічно рис. 6), або поверхня у вигляді досить різко вигнутого плато.

Для уран-плутонієвого середовища, що поділяється і перебуває під опроміненням нейтронами, методом математичного моделювання отримано залежності щільності теплового джерела від температури середовища, що поділяється, для різних концентрацій плутонію. Отримані залежності демонструють нелінійний по температурі середовища характер теплового джерела з показником степеня рівним 4, тобто одержали режим із загостренням Курдюмова, що задовольняє вимозі , де .

У п'ятому розділі запропоновано гіпотезу існування геореактору типу Л. Феоктістова на границі твердого й рідкого ядра землі, а також методи нейтринної діагностики геореактору на границі твердого й рідкого ядра Землі.

Очевидно, що однозначним тестом на існування геореактору усередині Землі є спектр геонейтрино, особливо в області енергій E3,272 МеВ, де реєструються тільки геонейтрино “поділу”, тобто ті, які виникають у процесі поділу актинідів. У цьому сенсі виявляється, що ідея геореактору є плідною не тільки для розуміння дійсної фізичної природи так званих “гелієвих парадоксів”, але одночасно ефективно розв'язує проблему теоретичного опису експериментального спектра реакторних антинейтрино в KamLAND-експерименті, що має місце в області енергії антинейтрино ~ 2,8 МеВ.

Отже, швидкість поділу 239Pu у фронті хвилі ядерного горіння дорівнює

, (37)

де Ef середня енергія, що виділяється в одному акті поділу ядра 239Pu. Звідси, груба оцінка інтегральної інтенсивності антинейтрино у двох діаметрально протилежних від фронту хвилі горіння точках на поверхні Землі в шарі актиноїдної павутини із UO2/Fe має такий вигляд:

(38)

де 5,37 кількість антинейтрино на один акт поділу ядра 239Pu , R6400 км, r 1200 км.

На основі методики розрахунку парціальних і сумарних енергетичних , спектрів радіоактивних нуклідів побудовано парціальні d/dE (238U), d/dE (232Th), d/dE (40K) , d/dE (239Pu) і сумарний енергетичні KamLAND-cпектри антинейтрино Землі d/dE (238U+232Th+239Pu), де парціальні внески були попередньо нормовані на відповідні інтегральні інтенсивності геоантинейтрино на поверхні Землі.

Теоретичний вид експериментально вимірюваного сумарного енергетичного KamLAND-спектру має вигляд:

 (39)

де ймовірність нейтринних осциляцій у двофлейворном варіанті приймає вид

, (40)

де

для 1,804 MeВ, p переріз реакції зворотнього -розпаду з відповідними радіаційними поправками; L відстань від джерела до детектора;

,

кут змішування.

В той же час, мабуть, тому що реакторні геоантинейтрино попадають в область спектра з миттєвою енергією вище 2,6 MeВ, то обчислення традиційним шляхом дійсного спектру антинейтрино і відповідно параметрів осциляцій ( , sin2212) в Kam-LANDексперименті необхідно довизначити. Інакше кажучи, традиційний спосіб конструювання обгрунтованих оцінок, наприклад, метод максимальної правдоподібності, звичайно використовуваний для визначення параметрів осциляцій ( , sin2212) мав би враховувати в експерименті наявність ще одного реактору або, точніше кажучи, враховувати спектр антинейтрино від геореактора потужністю 30 TВт, який розташовано на відстані L ~ 5,2106 м. Однак тут ми пропонуємо простий оцінний підхід, результати застосування якого вказують на несуперечність (експериментальним даним) гіпотези існування геореактору потужністю 30 TВт на границі рідкої і твердої фаз ядра Землі.

Якщо припустити виконання CPTінваріантності, то ймовірності e e і осциляцій мають бути рівні при однакових значеннях L/E . При середній відстані L ~ 180 км, на якій перебувають японські реактори від KamLANDдетектора, і типових енергіях реакторних антинейтрино порядку декількох MeВ, експеримент мав оптимальну чутливість до значень m2, дозволена область якого в площині осциляційних параметрів належить до так званого MSWрозв'язку з більшими кутами змішування (LMA solar solution) і характеризує сонячні нейтрино з переходом 12. Зараз відомо, що m2, характерне для сонячних нейтрино, має значення ~ 610-5 eВ2, тоді як кут змішування великий, але не максимальний, tan2 ~ 0,4. При цьому, оскільки при спектральному спотворенні (осциляціях) в антинейтринному (сонячному) спектрі варіації m2 можуть домінувати над більше стійкими й до того ж малими варіаціями кута , в рамках подальшого аналізу зробимо припущення (на основі CPTтеореми), що кут змішування в KamLANDексперименті визначається “сонячним” рівнянням tan212 =0,4 або, що еквівалентно, sin2212 =0,83.

Тому при обчисленні інтегральної інтенсивності реакторних геоантинейтрино використовувалася наступна апроксимація вираження для ймовірності виживання pi=Pu типу (40):

, (41)

де довжина осциляції Losc дорівнює

,

L ~ 5.2106 м відстань від границі рідкої й твердої фаз ядра Землі до детектора.

Тоді використовуючи (39), неважко показати, що у випадку першого KamLANDексперименту інтегральна інтенсивність реакторних геоантинейтрино на поверхні Землі з врахуванням (40) буде дорівнювати:

, (42)

де 0,783 ефективність реєстрації; NP=3,461031 кількість протонів у чутливому об'ємі детектора; t = 1,25107 с час експозиції; p переріз взаємодії антинейтрино із протоном для реакції зворотнього розпаду з урахуванням відповідних радіаційних поправок Фаянсу-Фойгеля-Бекома.

Тепер для області енергій Eprompt>2,6 MeВ знайдемо відношення “дійсного” потоку реакторних антинейтрино , який дорівнює різниці виміряного потоку Nfull і фону, обумовленого реакцією 13C(, n)16O, NC, і реакторними геоантинейтрино, , до очікуваного потоку антинейтрино Nexpected. Якщо врахувати, що у випадку першого KamLANDексперименту Nfull = 54, Nexpected =86,85,6, NC 2, (Eprompt>2,6 MeВ) =17,84 (див. (42)), то відношення буде дорівнювати

.

Ймовірність того, що цей результат суперечить (експериментальним даним) гіпотезі менше, ніж 0,05%.

В роботі розраховано відношення в KamLANDексперименті як функція середньої відстані від джерела. Визначено область, що відповідає області параметрів, передбачуваних на 95%рівні значимості. Така LMAобласть була знайдена за допомогою глобального аналізу даних з реєстрації сонячних нейтрино. При цьому виявляється, що для даного значення (43) і фіксованого кута змішування (sin22 = 0,83) дозволені тільки такі значення, які попадають в інтервал (24)10-5 eВ2. Для подальших обчислень було обране значення = 2,510-5 eВ2.

Обчислення теоретичних спектрів антинейтрино для даних параметрів осциляції проводилось за допомогою виражень (39)(40). Необхідні для цих виражень параметри, що характеризують час експозиції, геометрію реєстрації і властивості детектора, визначалися зазначеними вище параметрами KamLANDексперименту. При цьому необхідні для розрахунку додаткові параметри бралися на Інтернет-сайті KamLAND.

Отримані в такий спосіб наближені значення параметрів осциляції (sin2212=0,83, = 2,510-5 eВ2) дозволяють за допомогою аналогічної процедури обчислень відновити повний спектр геоантинейтрино, що включає події від розпадів 238U і 232Th (з відомим радіальним профілем їхнього розподілу в інтер'єрі Землі) і поділів 239Pu в активній зоні геореактора, і відповідно визначити інтегральну інтенсивність геоантинейтрино на поверхні Землі:

. (44)

Знайдений повний спектр геоантинейтрино дозволяє, у свою чергу, визначити “дійсний” спектр антинейтрино, зареєстрований від японських реакторів в геометрії першого KamLAND експерименту. Наведемо результати верифікації параметрів осциляцій (sin2212 = 0,83, = 2,510-5 eВ2) у рамках тестової задачі порівняння теоретичного (очікуваного з урахуванням роботи геореактора) та експериментального спектрів реакторних антинейтрино на основі нових даних, отриманих у результаті експериментального дослідження спектра геоантинейтрино в KamLAND. Наприклад, нові KamLAND дані, отримані в області енергій E = (1,73,4) MeВ (час експозиції t = (749,1 0,5) днів, ефективність реєстрації 0,687 і повне число протонів у чутливому об'ємі детектора NP = (3,460,17)1031) показали, що спектр геоантинейтрино, розрахований з урахуванням роботи геореактора, та очікуваний KamLAND спектр о дуже схожі (рис. 7).

У той же час, поблизу енергії Е = 2,8 MeВ (див. рис. 7) поведінка спектра геоантинейтрино, розрахованого з урахуванням роботи геореактора, вигідно відрізняється від аналогічної поведінки очікуваного KamLAND спектра.

Висновки

1. Розроблено модифікований метод дистанційної нейтринної діагностики внутрішньореакторних процесів, який на основі статистики реєстрації антинейтрино й вимірювання енергетичних спектрів антинейтрино дозволяє шляхом розв'язання оберненої задачі судити про динаміку змін одночасно всієї сукупності основних фізико-енергетичних параметрів активної зони реактора: потужності, енерговидеління, концентрацій ізотопного складу ядерного палива і суміші продуктів його поділу. Верифікація розв'язку оберненої задачі нейтринної діагностики активної зони реактора, що проведена на основі відомих експериментальних даних, показує високу точність відновлених параметрів активної зони реактора (порядку 5-6%).

2. Вперше запропоновано узагальнену кінетику реактора типу Феоктістова, що враховує прямі і зворотні зв'язки між базовими кінетиками реактору, теплопереносу і радіаційних дефектів, а також ряд принципових для розвинутої теорії нелінійних дисипативних структур особливостей, головною з яких є нерівноважність уран-плутонієвого середовища, що поділяється, в умовах високих інтенсивностей нейтронного опромінення і високих температур.

3. Вперше отримано аналітичний розв'язок нейтронно-кінетичного рівняння Ван Дама, що описує кінетику солітоноподібної хвилі ядерного горіння в рамках одномірного одногрупового дифузійного наближення із зворотнім зв'язком по реактивності. Визначено умови запалювання солітоноподібної хвилі ядерного горіння. Для уран-плутонієвих реакторів типу Феоктистова показано, що величина максимуму концентрації плутонію в зоні ядерного горіння визначає так звані режими «повільного» або «надповільного» ядерного горіння.

4. Вперше проведено обчислювальний експеримент з 3-D моделювання швидкого уран-плутонієвого реактора Феоктистова, який підтверджує існування хвилі повільного ядерного горіння в 3-D середовищі. Обчислювальний експеримент проведено також з використанням технології GRID (Білефельдский університет, Німеччина).

5. Вперше розроблено теорію нелінійних дисипативних структур нерівноважної системи «метал + навантаження + опромінення», яка встановлює прямі і зворотні зв'язки між базовими кінетиками хвильового реактора типу Феоктістова, а саме, кінетиками нейтронів, паливних нуклідів, теплопереносу і радіаційних дефектів. Показано, що кінетичні рівняння для всіх базових кінетик реактора є дифузійними рівняннями з нелінійними джерелами степеневого типу. При цьому вперше встановлено, що нелінійні джерела кінетики реактора і кінетики теплопереносу обумовлені механізмами екзотермічного автокаталізу, тоді як для кінетики дефектів такий вид джерела одержав пояснення на основі автокаталітичних механізмів народження й загибелі точкових дефектів при русі дислокації із внутрішньою структурою (перегинами й сходинками), а для паливних металів він обумовлений ще й екзотермічним автокаталізом, викликаним реакціями ядерних поділів.

6. В рамках запропонованої теорії отримано нові механізми:

- радіаційної повзучості, який в рамках моделі дислокації як неідеального стоку (дислокація із внутрішньою структурою) обумовлений автокаталітичним характером кінетики народження і загибелі точкових дефектів;

- радіаційного розпухання, обумовлений впливом на кінетику пор автокаталітичного характеру кінетики точкових дефектів;

- радіаційної міцності, обумовлений пружно-пластичним розвитком тріщин, який, у свою чергу, визначається кінетикою дислокаційної системи в зоні пластичності тріщини, що залежить від автокаталітичного механізму кінетики точкових дефектів;

- стохастичних режимів варіацій нейтронного потоку аж до повного хаосу, пов'язаний з автокаталітичними механізмами радіаційної повзучості і радіаційного розпухання як палива, так й конструкційних матеріалів.

7. Вперше розроблено теорію спрощеної кінетичної системи для дефектів нерівноважної системи «метал + навантаження + опромінення» як при фіксованій вихідній щільності дислокацій, так й при дії дислокаційних джерел Франка-Ріда.

8. Для уран-плутонієвого середовища, що поділяється, за допомогою математичного моделювання отримані залежності щільності теплового джерела від температури середовища, що поділяється, при різних концентраціях плутонію. Отримані залежності демонструють нелінійний по температурі середовища характер теплового джерела з показником степеня більшим за одиницю, що є необхідною умовою для реалізації режимів із загостренням Курдюмова.

9. Розроблено модифікований крос-кореляційний метод пасивної локації місця розташування нейтринних джерел. На основі цього методу запропоновано можливу структуру автоматичної системи дистанційного безперервного контролю за вигорянням і швидкістю радіаційної повзучості реакторного палива з урахуванням його розташування в активній зоні реактору.

10. Вперше отримано посередній доказ існування геореактору типу Феоктістова на границі твердого і рідкого ядра Землі, а також розроблено методи нейтринної діагностики геореактору. Показано, що геореактор потужністю 30 ТВт пояснює радіальний розподіл ізотопного відношення 3He/4He в інтер'єрі Землі. Отримано теоретичний повний спектр геоантинейтрино на поверхні Землі, розрахований з урахуванням роботи геореактора потужністю 30 ТВт і який добре узгоджується з експериментом. Знайдений повний спектр геоантинейтрино дозволив визначити “дійсний” спектр антинейтрино, зареєстрований від японських реакторів в KamLAND експерименті. На основі порівняння теоретичного (очікуваного з урахуванням роботи геореактору) та експериментального KamLAND спектрів реакторних антинейтрино отримано оцінки параметрів змішування (sin2212= 0,83, =2,5 10-5 эВ2) .

Список основних публікацій за темою дисертації

1. Русов В.Д., Тарасов В.А., Литвинов Д.А., Шаабан И. Обратная задача нейтринной диагностики внутриреакторных процессов // Атомная энергия. - 2003. - №6. - С. 3-12.

2. Русов В.Д., Тарасов В.А., Литвинов Д.А. Физика реакторных антинейтрино. - М.: УРСС, 2008. - 408 с.

3. Rusov V.D., Zelentsova T.N., Tarasov V.A., Shaaban I. Precision method for the determination of neutrino mixing angle // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Общая и ядерная фізика. - 2001. - №6(1). - С.157-160.

4. Русов В.Д., Зеленцова Т.М., Тарасов В.О., Шаабан І. Статистичні властивості електронних антинейтрино // Доповіді НАН України. - 2002. - №6. - С.79-83.

5. Русов В.Д., Тарасов В.А., Литвинов Д.А., Шаабан И. Об одной обратной задаче дистанционной нейтринной диагностики внутри реакторных процессов // УФЖ. - 2004. -Т.49, №8. - С.734-742.

6. Русов В.Д., Зеленцова Т.Н., Косенко С.И., Тарасов В.А., Шаабан И., Шарф И.В. Статистика и спектр электронных антинейтрино ядерного реактора // Вестник Харьковского Университета им. В.Н. Каразина. Сер. ядра, частицы, поля. - 2002. - №544, Вып.1(19). - С. 25-30.

7. Rusov V.D., Pavlovich V.N., Vaschenko V.N., Tarasov V.A., et al. Geoantineutrino spectrum and slow nuclear burning on the boundary of the liquid and solid phases of the Earth's core // Journal of Geophysical Research. - 2007. - Vol. 112, B09203, doi: 10.1029/2005JB004212. - P. 1-16.

8. Rusov V.D., Zelentsova T.N., Tarasov V.A. et al. The inverse problem of distance neutrino diagnostic of inside-reactor processes // J. of Appl. Phys. - 2004. - Vol. 96. - P.1734-1739.

9. Русов В., Павлович В., Тарасов В., Шевченко В., Большаков В. Непов'язані з розпадами спектри електронів, опромінюваних тепловими нейтронами фольги з 235U та 239Pu, отримані методом Монте-Карло // Вісник Львів. Ун-ту. Серія фізична. - 2005. - Вип. 38, част. 1. - С. 36-40.

10. Русов В.Д., Зеленцова Т.Н., Косенко С.И., Тарасов В.А., Шаабан И., Шарф И.В. Прецизионный метод определения угла смешивания нейтрино // Вестник Харьковского Университета им. В.Н. Каразина. Сер. ядра, частицы, поля. - 2001. - №541, Вып. 4 (16). - С. 3-9.

11. Русов В., В. Тарасов В., Лiтвiнов Д. Обчислення антинейтринних спектрiв // Вiсник Львiвського унiверситету. Серiя фiзична. - 2005. - Вип. 38, част. 1. - С. 135-141.

12. Русов В.Д., Тарасов В.А., Терещенко Д.А. Особенности корреляционной спектрометрии реакторных антинейтрино // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. - 2002. - № 5(85). - С. 81-87.

13. Русов В.Д., Тарасов В.А., Терещенко Д.А., Шаабан И. Об одной обратной задаче нейтринной диагностики внутриреакторных процессов // Вестник Харьковского Университета им. В.Н. Каразина. Сер. ядра, частицы, поля. - 2002. - №542, Вып. 2(16). - С. 19-26.

14. Тарасов В.А., Кропачев Д.А. Реализация алгоритмов первичной обработки сигналов в системах пассивной звуковой локации // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2002. - № 1. - С. 17-21.

15. Русов В., Тарасов В., Лiтвiнов Д. Крос-кореляційна спектрометрія реакторних антинейтрино // Вісник Львів. Ун-ту. Серія фізична. - 2005. - Вип. 38, част. 1. - С. 235-241.

16. Тарасов В.А., Кропачев Д.А. Корреляционная пассивная звуковая локация // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2002. - №2. - С. 29-34.

17. Тарасов В.А., Шаабан И. Корреляционная пассивная локация нейтринных источников внутриреакторных процессов // Ядерная и радиационная безопасность. - 2002. - Т. 2. - С. 61-68.

18. Русов В.Д., Скалозубов В.И., Тарасов В.А. Влияние облучения на упруго-пластическое развитие трещины при циклических нагрузках, вызванных термоакустической неустойчивостью теплоносителя в активной зоне // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. - 2002. - Вып. 3(81). - С. 41-43.

19. Русов В., Тарасов В., Косенко С., Большаков В.. Урахування запiзнилих нейтронiв в нестацiонарних нейтронних мультиплiкуючих системах та кiнетичнi рiвняння реактора Л.П. Феоктистова // Вiсник Львiвського унiверситету. Серiя фiзична. - 2006. - Вип. 39. - С. 261-267.

20. Русов В.Д., Тарасов В.А., Ушеренко С.М., Овсянко М.М. Моделирование диссипативных структур и волн концентраций точечных дефектов в открытой нелинейной физической системе «металл + нагрузка + облучение» // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. - 2001. - №4 (80). - С. 3-8.

21. Русов В.Д., Тарасов В.А., Ушеренко С.М., Овсянко М.М. Моделирование диссипативных структур и волн концентраций точечных дефектов в открытой нелинейной физической системе «металл + нагрузка + облучение» // Материаловедение. - 2003. - Вып. 2. - С. 43-51.

22. Тарасов В.А. Математическое моделирование радиационной ползучести реакторного топлива на примере урана и его сплавов // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. - 2001. - №2(79). - С. 23-30.

23. Тарасов В.О. Комп'ютерне моделювання радіаційной повзучості реакторного палива // УФЖ. - 2000. - №10. - С. 23-35.

24. Тарасов В.А. Обобщенная диаграмма ползучести открытой физической системы «металл (сплав) + нагрузка + облучение» // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. - 2000. - №4(78). - С. 18-19.

25 Тарасов В.А. Математическое моделирование радиационной ползучести реакторного топлива на примере урана и его сплавов // Материаловедение. - 2002. - Вып. 6. - С. 11-17.

26. Тарасов В.А. Обобщенная диаграмма ползучести открытой физической системы «металл (сплав) + нагрузка + облучение» // Материаловедение. - 2002. - Вып. 1. - С. 12-13.

27. Русов В.Д., Тарасов В.А., Терещенко Д.А. Механизмы радиационной ползучести металлического уранового топлива и ее температурные нелинейности // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. - 2003. - Вып. 6(84). - С. 20-23.

28. Тарасов В.А. Природа инверсии кривой термической зависимости установившейся скорости радиационной ползучести открытой физической системы «металл (сплав)+нагрузка+облучение» // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. - 2001. - Вып. 7(81). - С. 21-25.

29. Тарасов В.А. Природа инверсии кривой термической зависимости установившейся скорости радиационной ползучести открытой физической системы «металл (сплав)+нагрузка+облучение» // Материаловедение. - 2002. - Вып. 7. - С. 36-39.

30. Rusov V.D., Pavlovich V.N., Vaschenko V.N., Tarasov V.A., et al. Antineutrino Spectrum of the Earth and the Problem of Oscillating Geoantineutrino Deficit // hep-ph/0312296.

31. Rusov V.D., Pavlovich V.N., Vaschenko V.N., Tarasov V.A., et al. Geoantineutrino Spectrum and Slow Nuclear Burning on the Boundary of the Liquid and Solid Phases of the Earth's core // hep-ph/0402039.

32. Русов В., Тарасов В., Боріков Т. Пружно-пластичний розвиток тріщини в разі опромінення і циклічних навантажень, зумовлених термоакустичною нестійкістю теплоносія в активній зоні // Вісник Львів. Ун-ту. Серія фізична. - 2005. - Вип. 38, част. 2. - С. 288-293.

33. Тарасов В.А., Бориков Т.Л., Крыжановская Т.В., Чернеженко С.А., Русов В.Д. Теория диссипативных структур кинетической системы для дефектов нелинейной физической системы «металл+нагрузка+облучение». Часть 1 // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. - 2007. - Вып. 2(90). - С. 63 - 71.

34. Тарасов В.А., Бориков Т.Л., Крыжановская Т.В., Чернеженко С.А., Русов В.Д. Теория диссипативных структур кинетической системы для дефектов нелинейной физической системы «металл+нагрузка+облучение». Часть 2 // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. - 2007. - Вып. 2(90). - С. 72 - 75.

35. Rusov V.D., Pavlovich V.N., Vaschenko V.N., Tarasov V.A., et al. Geoantineutrino spectrum, -ratio distribution in the earth's interior and slow nuclear burning on the boundary of the liquid and solid phases of the Earth's core // Український антарктичний журнал. - 2006. - № 4-5. - С. 182-202.

36. Тарасов В.А., Бориков Т.Л., Крыжановская Т.В., Чернеженко С.А., Русов В.Д. Теория диссипативных структур кинетической системы для дефектов нелинейной физической системы «металл+нагрузка+облучение». Часть 3 // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. - 2007. - Вып. 6(91). - С. 18 - 28.

37. Тарасов В.А., Бориков Т.Л., Крыжановская Т.В., Чернеженко С.А., Русов В.Д. Теория диссипативных структур кинетической системы для дефектов нелинейной физической системы «металл+нагрузка+облучение». Часть 4 // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. - 2007. - Вып. 6(91). - С. 29 - 35.

Анотація

Тарасов В.О. Нейтринна діагностика швидкого уран-плутонієвого реактору IV покоління. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.16 - фізика ядра, елементарних частинок і високих енергій. Одеський національний державний політехнічний університет, Одеса, 2008.

Дисертацію присвячено розробці методу дистанційної нейтринної діагностики внутришньнореакторних процесів, дослідженню методом математичного моделювання кінетики швидкого уран-плутонієвого реактору типу Феоктистова і розробці теорії нелінійних дисипативних структур нерівноважної системи «метал + навантаження + опромінення», яка встановлює прямі та зворотні зв'язки між базовими кінетиками реактору, теплопереносу та радіаційних дефектів.

Розроблено метод нейтринної діагностики внутришньнореакторних процесів, котрий на основі статистики реєстрації антинейтрино дозволяє шляхом вирішення оберненої задачі судити про динаміку вимірюваній одночасно всій сукупності головних фізико-енергетичних параметрів активної зони реактору: потужності, енерговиділення, концентрацій ізотопного складу ядерного палива і суміші його продуктів поділу.

Визначено кінетику реактору типу Феоктистова, який характеризується рядом принципових для розвинутої теорії нелінійних дисипативних структур особливостей, головною з яких є нерівноважність уран-плутонієвої середи, що поділяється, в умовах високих інтенсивностей нейтронного опромінення та високих температур.

Розроблено теорію нелінійних дисипативних структур нерівноважної системи «метал + навантаження + опромінення», яка встановлює прямі та зворотні зв'язки між базовими кінетиками реактору, теплопереносу та радіаційних дефектів.

Запропоновано гіпотезу геореактору типу Л. Феоктистова на границі твердого і рідкого ядра Землі, а також розроблено методи нейтринної діагностики такого георектора.

Ключові слова: ядерний реактор, хвиля ядерного горіння, електронне антинейтрино, антинейтринний спектр, реакторне паливо, відкрита фізична система, вакансія, міждовузельний атом, дислокація, пора, радіаційна повзучість.

Аннотация

Tarasov V.A. Neutrino diagnostics for the fast uranium-plutonium reactor of IV generation. Manuscript.

The dissertation for Doctor's degree of physical and mathematical sciences by the speciality 01.04.16. Nuclear physics, elementary particles and high energy physics. Odessa National Polytechnic University, Odessa, 2008.

The dissertation is devoted to the development of distance neutrino diagnostics method of intrareactor processes, research of kinetics of the fast uranium - plutonium reactor such as Feoktistov type reactor by the method of mathematical simulation and development of the nonlinear dissipative structures theory of nonequilibrium system «metal+loading+irradiation», which establishes direct coupling and feedback between base kinetics of reactor, heat transfer and radiation defects.

The remote neutrino diagnostics method of intrareactor processes, which on the basis of antineutrino detection statistics makes it possible to judge simultaneously about dynamics of all set basic physical and energetic parameters (power, energy production and nuclear fuel isotope concentrations) of reactor core by solving the inverse problem, is developed.

Kinetics is determined for the Feoktistov type reactor, which is characterized by a number of principle features for the developed theory of nonlinear dissipative structures, main of which is nonequilibrium fissionable uranium-plutonium medium under condition of high neutron irradiation intensity and high temperatures.

The nonlinear dissipative structures theory of nonequilibrium system «metal+loading+ irradiation», which establishes gives direct coupling and feedback between base kinetics of reactor, heat transfer and radiation defects.

The hypothesis of the georeactor of L. Feoktistov type existence on the boundary of the solid and liquid phases of the Earth's core, and also the methods of such georeactor neutrino diagnostics are developed.

Key words: nuclear reactor, of nuclear burning wave, electron antineutrino, antineutrino spectrum, the reactor fuel, open physical system, crystal lattice, vacancy, interstitial, dislocation, void, radiation creep.

Abstract

Тарасов В.А. Нейтринная диагностика быстрого уран-плутониевого реактора IV поколения.Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.16 - физика ядра, элементарных частиц и высоких энергий. Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2008.

Диссертация посвящена разработке метода дистанционной нейтринной диагностики внутриреакторных процессов, исследованию кинетики быстрого уран-плутониевого реактора типа Феоктистова и разработке теории нелинейных диссипативных структур неравновесной системы «металл + нагрузка + облучение».

Разработан модифицированный метод дистанционной нейтринной диагностики внутриреакторных процессов, который на основе статистики регистрации нейтрино и измерения энергетических спектров антинейтрино позволяет путем решения обратной задачи судить о динамике изменений одновременно всей совокупности основных физико-энергетических параметров активной зоны реактора: мощности, энерговыделения, концентраций изотопного состава ядерного топлива и смеси продуктов его деления. Верификация решения обратной задачи нейтринной диагностики активной зоны реактора, проведенная на основе известных экспериментальных данных, показывает высокую точность восстановленных параметров активной зоны реактора порядка 5-6%.

Впервые предложена обобщенная кинетика реактора типа Феоктистова, учитывающая прямые и обратные связи между базовыми кинетиками реактора, теплопереноса и радиационных дефектов, а также ряд принципиальных для эволюции нелинейных диссипативных структур особенностей, главной из которых является неравновесность уран-плутониевой делящейся среды в условиях высоких интенсивностей нейтронного облучения и высоких температур.

Впервые получено аналитическое решение нейтронно-кинетического уравнения Ван Дама, описывающего кинетику солитоноподобной волны ядерного горения в рамках одномерного одногруппового диффузионного приближения с обратной связью по реактивности. Определены условия поджига солитоноподобной волны ядерного горения.

Впервые разработана теория нелинейных диссипативных структур неравновесной системы «металл + нагрузка + облучение», которая устанавливает прямые и обратные связи между базовыми кинетиками волнового реактора типа Феоктистова, а именно, кинтетиками нейтронов, топливных нуклидов, теплопереноса и радиационных дефектов.

Разработан модифицированный кросс-корреляционный метод пассивной локации местоположения нейтринных источников.

Впервые получено косвенное доказательство существования геореактора типа Феоктистова на границе твердого и жидкого ядра земли, а также разработаны методы нейтринной диагностики геореактора. Показано, что геореактор мощностью 30 ТВт объясняет радиальное распределение изотопного отношения 3He/4He в интерьере Земли. Получен теоретический полный спектр геоантинейтрино на поверхности земли, рассчитанный с учетом работы геореактора мощностью 30 ТВт и который хорошо согласуется с экспериментом. Найденный полный спектр геоантинейтрино позволил определить “истинный” спектр антинейтрино, зарегистрированный от японских реакторов в KamLAND эксперименте. На основе сравнения теоретического (ожидаемого c учетом работы геореактора) и экспериментального KamLAND спектров реакторных антинейтрино получены оценки параметров смешивания (sin2212= 0,83, =2,510-5 эВ2) .

Ключевые слова: ядерный реактор, волна ядерного горения, электронное антинейтрино, антинейтринный спектр, реакторное топливо, открытая физическая система, вакансия, междоузельный атом, дислокация, пора, радиационная ползучесть.

Размещено на Allbest.ru