Ядерная и радиационная физика

К приоритетным задачам этого направления исследований относятся прежде всего:

  • изучение прохождения ядерных излучений через различные среды, их взаимодействие с веществом, всесторонние исследования радиационной стойкости материалов и изделий различного назначения;
  • расчетно-теоретические и экспериментальные исследования по термоядерному синтезу;
  • физика деления, определение критических масс, способов управления цепной ядерной реакцией;
  • создание методов регистрации как отдельных актов ядерных взаимодействий, так и дозовых характеристик потоков излучений;
  • разработка ядерно-физических методов анализа состава и структуры конструкционных материалов.

Всестороннее изучение радиационной стойкости материалов, аппаратуры и различных систем, безопасности ядерных энергетических установок, исследования в области физики твердого тела проводятся в настоящее время с широким применением действующих в институте шести импульсных ядерных реакторов самогасящегося действия. Среди них:

  • БИГР - реактор на быстрых нейтронах с активной зоной из уран-графитового топлива;
  • БР-1, БИР-2М - реакторы на быстрых нейтронах с активной зоной из металлического сплава высокообогащенного урана-235 с молибденом;
  • ВИР-2М - реактор на промежуточных нейтронах с активной зоной из раствора соли урана в обычной воде;
  • ГИР-2 - реактор на быстрых нейтронах с комбинированной активной зоной, усиливающей поток гамма-излучения;
  • БР-К1 - реактор на быстрых нейтронах с большой полостью для облучения образцов.

 
Активная зона реактора БИГР Реактор БИГР
Линейный индукционный ускоритель электронов ЛИУ-30
 Ускоритель ЛИУ-10М

Оснащение реакторных установок специализированными стендами и системами телеметрической регистрации процессов гарантирует безопасное проведение исследований в зонах с экстремально высокой плотностью потоков ядерных излучений.
Автоматизированные системы управления и защиты реакторов позволяют генерировать импульсы мощности различной длительности и формы при высокой степени повторяемости.
Эффективным инструментом фундаментальных физических и прикладных исследований являются ускоритель электронов ЛУ-50 и ускоритель протонов, дейтронов и тритонов ЭГП-10.
Электронный линейный резонансный ускоритель ЛУ-50 - лучший отечественный ускоритель электронов такого типа с параметрами, соответствующими мировому уровню.
Импульсный индукционный укоритель электронов ЛИУ-30 создан на основе впервые предложенных во ВНИИЭФ индукторов с водоизолированными радиальными линиями, коммутируемых многоканальными разрядниками на 500 кВ. Он введен в эксплуатацию в 1988 году и имеет рекордную энергию ускорения электронов 40 МэВ среди установок такого типа, обеспечивая получение пучка электронов с током до 100 кА в импульсе длительностью 25 нс и импульсную дозу тормозного излучения до 100 Гр на 1 м от мишени.
В 2004 году для расширения возможностей радиационных исследований на ускорителе ЛИУ-30 освоена компрессия его релятивистского электронного пучка в соленоиде из девяти секций, обеспечивающем рост продольного магнитного поля от 0,5 до 2,0 Тл на длине 1,1 м. Компрессия пучка обеспечила приблизительно 4-кратное увеличение дозы и мощности дозы тормозного излучения до 240 крад (ТЛД) и до 1,5x1013 рад/с соответственно.
Ускоритель ЛИУ-10М создан в 1994 году на базе водоизолированных линий со ступенчатым изменением волнового сопротивления и предназначен для получения пучка электронов с энергией до 25 МэВ, импульсным током пучка до 50 кА, длительностью тока 20 нс; дозой тормозного излучения на 1 м от мишени до 7,5 Гр.

ВНИИЭФ располагает перезарядным ускорителем заряженных частиц ЭГП-10. Он является единственным в Европе и одним из двух ускорителей в мире, на которых реализован режим ускорения ионов трития. ЭГП-10 обеспечивает ускорение протонов и дейтронов до энергий 10 МэВ и находит широкое применение при проведении физических исследований с заряженными частицами и нейтронами.

Широкий круг физических исследований проводится в институте с использованием ускорителей прямого действия МИН, ГОНГ, РИУС-5, РИУС-3В, СТРАУС.

В 2004 году создан и введен в опытную эксплуатацию электронный ускоритель СТРАУС-Р для импульсной рентгенографии быстропротекающих процессов. Ускоритель генерирует одиночные импульсы тормозного излучения длительностью 50 нс при дозе 27 Р на расстоянии 1 м от мишени и эффективном диаметре фокусного пятна < 3,5 мм. Высокие выходные параметры установки при сравнительно малых габаритах (4,7×2,2×2,4 м) достигнуты за счет применения в ее конструкции развитой в РФЯЦ-ВНИИЭФ технологии формирования высоковольтных импульсов на базе многокаскадных линий со ступенчатым изменением волнового сопротивления. Кроме основного назначения, ускоритель может использоваться в качестве автономной облучательной установки для исследований в области радиационной физики.

На базе ускорителя ЛИУ-30 создан радиационно-облучательный комплекс ПУЛЬСАР в составе с импульсным ядерным реактором БР-1 и рядом других электрофизических установок. Он признан во всем мире уникальным комплексом и предназначен для исследования раздельного и комбинированного воздействия импульсов тормозного и гамма-нейтронного излучений.

На основе ускорителя ЛИУ-10М в составе с ядерным реактором ГИР-2 создан менее мощный облучательный комплекс ЛИУ-10М-ГИР2.

Изготовлен и пущен в эксплуатацию малогабаритный линейный резонансный ускоритель электронов ЛУ-7-2, дополняющий оснащение комплекса ПУЛЬСАР, для дефектоскопии промышленных объектов с большими массовыми толщинами.

 
Перезарядный ускоритель заряженных частиц ЭГП-10 Ускоритель СТРАУС-Р Линейный резонансный ускоритель электронов ЛУ-7-2 Портативные импульсные рентгеновские аппараты серии «Аргумент»

В институте разработаны стационарные и транспортабельные плазменные импульсные источники нейтронов и рентгеновского излучения, применяемые для ядерно-физических и биологических исследований, градуировки детекторов ионизирующих излучений, контроля подкритичности реакторных сборок, нейтронографии, рентгенографии, включая быстропротекающие процессы в средах малой плотности.

Отделением, занимающимся разработкой тритиевых приборов, совместно с Лабораторией ядерных реакций ОИЯИ проведена серия экспериментов, направленных на получение ядер 5Н в реакции 3H+3H.

В России и за рубежом проявляется значительный интерес к двухсекционным реакторам-бланкетам с односторонней нейтронной связью секций (бланкетам каскадного типа). Эти устройства предназначены для работы в энергетических и трансмутационных электроядерных установках, что позволяет существенно снизить мощность ускорителя протонов. Они открывают также перспективы создания быстроходных импульсных реакторов. По реакторам каскадного типа имеются работы теоретические и проектные, но экспериментальные работы до последнего времени отсутствовали. В РФЯЦ-ВНИИЭФ впервые в мире проведена серия экспериментов на моделях реакторных бланкетов каскадного типа.

Вопрос о существовании магнитного момента нейтрино является фундаментальным для современной физики. В последнее время все большее внимание стали привлекать эксперименты с β-активными источниками, наиболее перспективный из которых тритий.

Для получения верхнего предела магнитного момента нейтрино на уровне 2x10-12μβ за время 1-2 года необходим источник с активностью 40 МКи (4 кг трития, находящегося в химически связанном состоянии). Разработка такого источника сложная техническая задача, которая решается специалистами РФЯЦ-ВНИИЭФ.
В 1997 году РФЯЦ-ВНИИЭФ принят в международную коллаборацию ALICE (A Large Ion Collider Experiment) и занимается исследованиями и опытно-конструкторскими работами по созданию фотонного и мюонного спектрометров в рамках международного проекта БАК (Большой адронный коллайдер).