Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом»ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ –

ФИЗИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТИмени А.И. Лейпунского

Отчет по выполнению годового учебного планаАспиранта ИЯРиТ, ГНЦ РФ - ФЭИЕхлакова Ильи Александровича

Срок обучения: 1.04.2011 – 31.03.2014

Тема: Оптимизация системы радиационной защиты с учетом компоновкиподсистем космического аппарата и ядерной энергетической установки

Научный руководитель начальник отдела № 12к.ф.м.н. Пышко Александр Павлович

Обнинск, 2013

Оптимальный профильзащитного слоя

Поиск максимумафункционалаосуществляется с помощьюалгоритма искуственнойпчелиной колонии

Задача определения оптимальногопрофиля защитных слоев решаетсяметодом теории оптимальногоуправления Л.С. Понтрягина исостоит в максимализациифункционала

где x(t) - распределениетока вклада разных компонентовреакторного излучения наповерхности защитного слоя, ароль управления u(t) играет еготолщина, R – радиус наповерхности не профилированногослоя радиационной защиты

2RSt

dtt(t)fJT

t

))(u,x(0

0

1) Для тяжелого компонента защиты наивысшая эффективностьобедненного U или W доказывается строго

;ph Ctot p ~

CZ

но Комптон актуален только при E < 0.1 MэВ, где низкие дозовыекоэффициенты, а сечение поглощения высоки из-за фотоэффекта

2 ,p Z 5,ph Z

в то же время1.6 1.7~N Z

для тяжелых ядер, для стабильных1,45

N Z2) Для легких материалов вопрос всегда будет открыт по мере открытия

новых материалов в высокой гравиметрической плотностью водорода

Наибольший интерес вызвали и4NaBH 2 12 12Na B H

Шести параметрическая задача решалась в 2 итерации. На первом этапеопределялся облик радиационной защиты, удовлетворяющей условиям

0 1 2 2 4 3 6( ) ( ) ( );CP

n n nF F W h W h W h 66

0 1 1 2 3 3 51 1, 6

( ) ( ) ( ) ( ( ))CP

p p p pi i i

i i i

D D W h W h W h S W h

Оптимизация производилась модифицированным алгоритмом роя частиц, с

добавлением частиц-разведчиков и уникального поведения каждой частицы)()()()( 21

1nnnn

in

in xgrandcxprandc

На втором этапе уточнялись сечения с учетом найденной оптимальной компоновкии определялись окончательные толщины. Вариант с использованием NaBH4

оказался на 80 кг тяжелее варианта с использованием LiH

Для успешного решения задач расчета и оптимизации радиационной защиты вGEANT4 требуется решить 3 проблемы:1) Создать методику расчета потоков в точечном детекторе (решается с

помощью GAMOS)2) Создать методику расчета по частям (решена для рассеянного излучения)3) Адаптация GEANT4 к расчету реакторных систем. (О достижениях ниже)

1) Исследование влияниямагнитосферной плазмы2) Исследование влияния ионов4He, 12C, 16O, 56Fe2) Легитимизация энергетическихграниц применяемых спектров сиспользованием спектров до 50 ГэВ,рассчитанных с помощью CRÈME-964) Коррекция физической модели,расчет вкладов фотоядерных реакций,радиоактивных распадов и др.5) Корректировка расчетноймодели, указание на необходимостьисследования процессовнепосредственно в активной зоне6) Расчет результатов воздействиятяжелых заряженных частиц (100ГэВ-100ТэВ)7) Исследование влияния солнечныхвспышек

Циановым цветом отображютсятреки протонов, желтым – нейтронов,

зеленым – гамма-квантов

Для заряженной частицы с энергией100 ТЭВ общий поток первичныхнейтронов в ЭГК может оставлять 7-8 тысяч и производить до 2.5 тысячпервичных делений.

Были получены динамика делений иэнерговыделения в каждом ЭГК, нодля проверки этих результатовтребуется разработка методикирасчета с помощью GEANT4

Инфографика события с участием 100 ТэВ-ного протона:

>100 первичных нейтронов в ЭГК10-100 первичных нейтронов в ЭГК0-10 первичных нейтронов в ЭГК

effk

Оценки удельных утечек (на 1 Вт тепловоймощности) для ТРП типа «ТОПАЗ»:

нейтронов в секунду,фотонов в секундуэлектронов в секунду,позитронов в секунду,альфа-частиц в секунду,ядер 6He,ядер 9Be,дейтронов, тритонов,ядер 7Li.

Проведенные оценки показалибезопасность космических ЯЭУ дляэкологии космического пространства

101.1 10

82.3 1071.0 1042.4 10

103.2 10

33.4 1051.3 10

15 1001.7 10

13 10

• Представлено 2 доклада на IV Всероссийский межотраслевоймолодёжный научно-технический форум «Молодёжь и будущееавиации и космонавтики – 2012».(ВВЦ, Москва). Результат: диплом за 2 место, грамота, предложение публикации в журнале«Труды МАИ» из списка ВАК (+SCOPUS).

• Представлено 3 доклада на ХI научно-техническуюконференцию «Молодежь в науке». (г. Саров) Результат: доклады будут опубликованы в июне в сборнике конференции. Один из докладов был зачитан как пленарный.

• Представлено 2 доклада на научно-техническая конференция"Возможности использования ЯЭУ для решения задач ближнегокосмоса и энергоснабжения напланетных станций и КАисследования дальних планет« (ОАО «Красная Звезда», Москва)