ГНУ "ОИЭЯИ-Сосны" НАН Беларуси

Лаборатория экспериментальных ядерно-физических исследований и экспертных анализов радиоактивных материалов

Лаборатория является одной из старейших лабораторий, созданной в 1962 г. по инициативе академика АН БССР А.К. Красина в составе отделения атомной энергетики (отделения А) Института тепло- и массообмена АН. Основной целью создания лаборатории являлось разработка критических стендов (реакторов нулевой или физической мощности) и проведение на них экспериментальных исследований по физике новых типов ядерных реакторов разного назначения, разрабатываемых в отделении «А» ИТМО АН БССР, а с 1965 г. в Институте ядерной энергетики АН БССР. Первоначальное название лаборатории – лаборатория критических сборок (позднее – лаборатория экспериментальных физических реакторов, лаборатория экспериментальной физики, с 1992 г. – лаборатория экспериментальных физических исследований Института проблем энергетики НАН Беларуси, с 2004 г. – лаборатория  экспериментальных ядерно-физических исследований и экспертных анализов радиоактивных материалов). Руководитель лаборатории – с 1962 г. по июнь 2009 г. – кандидат технических наук, профессор О.И. Ярошевич, с июня 2009 г. по настоящее время – кандидат технических наук И.В. Жук. В 2002–2003 гг. в результате реорганизации лаборатории из лаборатории был выведен сектор экспериментальной физики и ядерной безопасности реакторных установок, которому были переданы все исследования по физике, проводимые на критических стендах.

Состав лаборатории (на 30.09.2011 г.)

1. Жук И.В., заведующий лабораторией, кандидат технических наук, zhuk@sosny.bas-net.by.

2. Лукашевич Ж.А., зав. сектором, lab13sosny@gmail.com.

3. Ярошевич О.И., ведущий научный сотрудник, канд. техн. наук, профессор, oleg@yaroshevich.com.

4. Киевец М.К., старший научный сотрудник, канд. техн. наук, lab13sosny@gmail.com.

5. Потапенко А.С., научный сотрудник, канд. техн. наук, a.potapenko@tut.by.

6. Глубокий Н.Н., научный сотрудник.

7. Сафронова А.А., младший научный сотрудник.

8. Синькевич П.П., ведущий инженер.

9. Василевский Л.Л., инженер 1 категории.

10. Азявчиков В.Н., лаборант-радиометрист 5 разряда.

11. Конопелько М.В., аспирант.

12. Гусак К.В., аспирант.

Основными направлениями научных исследований после указанной реорганизации лаборатории являются: разработка и усовершенствование ядерно-физических методов измерений ионизирующих излучений и методов контроля содержания техногенных и природных радионуклидов в различных объектах окружающей среды и проведение экспертных анализов источников ионизирующих излучений, обнаруживаемых в незаконном обороте на территории Беларуси.

 Основные проекты, выполняемые в лаборатории в настоящее время:

• Определение возможностей и особенностей реализации электроядерного метода производства энергии и трансмутации долгоживущих радиоактивных отходов в квазибесконечной урановой мишени, облучаемой протонами и дейтронами с энергиями в диапазоне 1-10ГэВ.
• Проведение широкомасштабного мониторинга радона в воздухе зданий в различных регионах Беларуси для оценки годовых эффективных эквивалентных доз облучения населения, обусловленных радоном и его дочерними продуктами распада, в обеспечение Закона Республики Беларусь «О радиационной безопасности населения».
• Разработка высокоэффективных инструментальных методов контроля содержания радионуклидов в техногенных объектах и  объектах окружающей среды.
• Исследования нейтронных полей глубоко подкритических систем, управляемых ускорителем «Нуклотрон» (ЛФВЭ, ОИЯИ, г.Дубна, РФ).
• Разработка методических материалов по измерению ядерных излучений для Учебного центра ГНУ «ОИЭЯИ-Сосны» НАН Беларуси по подготовке специалистов для ядерной энергетики в Республике Беларусь.

 Важнейшие достижения

А. За период 1962–1991 гг. (до распада СССР и прекращения финансирования по физике реакторов на критических сборках).

1. Создание в Беларуси современной экспериментальной базы для исследований по физике ядерных реакторов (критических стендов – реакторов физической мощности, измерительных установок, методик измерений и комплектов ядерного топлива с обогащенным от 10% до 90% по урану-235), обеспечивающих измерения всех основных нейтронно-физических параметров реакторных систем различных типов и назначения. Подобная экспериментальная база для исследований по физике реакторов не имелась ни в одной из союзных республик б. СССР, за исключением РСФСР.

Основные публикации:

• Пуск критической сборки в Институте ядерной энергетики АН БССР // «Атомная энергия», т.20, Вып. 1, 1965. с. 61-63.
• Развіцце ядзернай навукі і тэхнікі ў Беларусі // “Навука БССР за 50 год”, 1968, Мінск, с. 508-526.
• Быстро-тепловые критические сборки Института ядерной энергетики АН БССР // Весці АН БССР, сер. физ.-энерг. наук, №1, 1974.
• Установка с берилиевым конвертором для измерения энерговыделения в твэлах // Весці АН БССР, сер. физ.-энерг. наук, №2, 1980, с. 15-17.

2. Исследованы нейтронно-физические характеристики более, чем 40 уран-водных, уран-гидридциркониевых, быстрых и быстро-резонансных активных зон, что позволило создать надежный экспериментальный тест для расчетных методов, математических программ и систем групповых констант, используемых при проектировании новых типов реакторов.

Основные публикации:

• Критические массы однородных H₂O-UO₂ и ZrH_1,89—UO₂ критических систем с топливом 21% и 36% обогащения по ²³⁵U // Вопросы атомной науки и техники, сер. физика реакторов, 1991, с. 45-48.
• Критические массы и материальные параметры обогащенных уран-водных систем // Весці АН БССР, сер. физ.-техн. наук, №2, 1970, с.16-18.

3. Решена крупная научно-техническая проблема экспериментального обоснования физических характеристик энергетического реактора нового типа с гидридциркониевым замедлителем для передвижной АЭС «Памир-630-Д» на всех стадиях ее проектирования и создания опытных образцов ПАЭС.

Основные публикации:

• Determination of Physical Reactor Parameters of Transportable NPP at Physical and Power Reactor Start-up // Proc. of VII Symposium on Nuclear Reactor Surveillance and Diagnostics, 19-23 June, 1995. Avignon, France.  Vol.II, p. 48-57.
• Экспериментальные исследования  по физике реактора передвижной атомной электростанции «Памир» // Проблемы использования ядерной энергии. Сборник докладов. Минск, 1996, с. 34-79.
• Temperature effects of activity of Uranium-Hydride-Zirconium systems with fuek of 21% and 36% enrichment: experiments and calculation analysis // Proc. of 3^rd Intern. Yugoslav Nucl. Reactor Society Conference, Belgrad, 2001, p.739-741.
• К истории создания передвижной атомной электростанции «Памир-630» в Белоруссии // История атомной энергетики Советского союза и России, под ред. В.А. Сидоренко, Вып.5, М. ИздАТ, 2004, с. 121-153.

4. Впервые в мире исследованы физические характеристики новых перспективных реакторов с быстро-резонансным спектром нейтронов и вихревых реакторов с вращающейся активной зоной на специально созданных критических сборках.

Основные публикации:

• Simulations of the Condition of a Light Water Power Reactor with Fast-resonance Neutron Spectrum in a Fast Thermal Critical Assembly // Int. Conference on the Physics of Reactor: operation, design and computation, 23-27 April, 1990, Marseille, France, p.SIII3-SIII11.
• Установка для измерения нейтр.-физ. характеристик вихревого ядерного реактора // А.с. №786635, 1979.

5. Разработаны и внедрены радиометрические установки и методики измерений для экспрессного контроля удельной и объемной активности в продуктах питания на сельхозрынках в первые годы после катастрофы на Чернобыльской АЭС.

В. За период с 1991 г. по настоящее время.

1. Разработан ряд инструментальных ядерно-физических методик определения содержания долгоживущих трансурановых элементов (америция-241 и радионуклидов плутония) в различных объектах окружающей среды (g-х-спектрометрическая методика для контроля удельной активности ²⁴¹Am и изотопов плутония в почвах, донных отложениях, удельной активности и дисперсности аэрозольных горячих частиц на основе твердотельных трековых детекторов, метод альфа-радиографии, нейтронно-активационный метод и др.); создана аппаратурная база для реализации этих методик; проведены измерения в зоне отселения, в районах, прилегающих к зоне отселения и вокруг конкурентных площадок для строительства АЭС в Беларуси.

Основные публикации:

• Determination of Pu and 241Am in soils by instrumental methods // Nuclear Geophys. 1995, N3, p. 235-239.
• Investigation of vertical migration of alfa-emmited nuclides in soils for southern regions of Republic of Belarus // Radiation Measurements, 1995, Vol.25, N 1-4, p.385-387.
• Развитие γ/X-спектрометрической методики контроля загрязнения почв 241Am и Pu // Атомная энергия, 1997, т.82, вып.2, с.117-125.
• Investigation of isotopic composition of Plutonium in hot particles of the Chernobyl area // Radiation Measurements, 1997, Vol.28 (1-6), p.349-352.
• Радиоэкологические исследования пост-чернобыльского загрязнения биосферы Республики Беларусь трансурановыми элементами // атомная техника за рубежом, 1998, N4, c.3-9.

2. Выполнен комплекс радиологических измерений по исходному (фоновому) радиоактивному загрязнению различных объектов окружающей среды (почв, донных отложений, основной зерновой и луговой сельхозпродукции, основных продуктов питания из рациона местных жителей, производимых на территориях внутри 30-км зоны от конкурентных площадок для размещения АЭС).

Основные публикации:

• Методология и результаты исследований исходных радиологических характеристик на территориях возможного размещения АЭС с повышенными уровнями «чернобыльских» радионуклидов // Материалы III Международной конференции «Атомная энергетика в XXI веке», 21–23 июня 2011 г.

3.Разработан ряд нормативных документов по требованиям и объемам исследований и изысканий при выборе пунктов и площадок при строительстве в Беларуси АЭС.

4. Разработана методика измерений и исследованы значения эквивалентной равновесной объемной активности радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) в воздухе зданий, почвенном воздухе и питьевой воде в потенциально радоноопасных территориях всех областей Беларуси с использованием интегральных пассивных радонометров на основе твердотельных трековых детекторов альфа-частиц; определены годовые эффективные дозы облучения населения, обусловленные радоном и его ДПР.

Основные публикации:

• Эквивалентная равновесная активность радона в воздухе помещений в различных регионах Беларуси // Доклады НАН Беларуси, 2008, т.52, N4, c.109-113.

5. Разработаны методики синтеза и рентген-гамма-спектрометрического анализа новой радионуклидной продукции медицинского, научного и промышленного назначения (совместно с ЗАО «Изотопные технологии»), использующиеся при паспортизации источников ионизирующих излучений, поставляемых на внутренний и внешний рынки.

Основные публикации:

• γ–спектрометрическое сопровождение процесса очистки препаратов Кадмий-109 и Никель-63 // Приложение к журналу Вести НАН Беларуси, часть 3, серия физ.-тех. наук, 2008. с. 171-175.

6. Разработаны методики исследований нейтронных полей в подкритических системах, управляемых ускорителями. Разработанные методики измерения абсолютных скоростей деления нуклидов могут быть применены в экспериментах на других ADS,  имеющих  различные конфигурации и материальный состав. Методики используются в настоящее время при исследованиях пространственно-энергетического распределения нейтронов в экспериментах по изучению трансмутации младших актинидов и долгоживущих продуктов деления, проводящихся как в Республике Беларусь (ОИЭЯИ-Сосны НАН Беларуси), так и за ее пределами (ОИЯИ, г. Дубна, Россия)  в рамках государственных и международных исследовательских программ.

Основные публикации:

• Calibration of track detectors for fission rate determination: an experimental and theoretical study // Nuclear Instrument and Methods: A568, p816-825, 2006.
• Экспериментальное определение сечений реакции деления (d,f) lkz U^nat, Pb^nat и Bi²⁰⁹ при энергии дейтронов  1.6 ГэВ// Приложение к журналу Вести НАН Беларуси, часть 3, серия физ.-тех. наук, 2008. С 94-98
• Determination of Uranium Fission Rate in an Arbitrary Neutron Field Using the Fission Track Detectors // Radiation Measurement 43 (2008),  pp 209-213

7. Исследованы нейтронно-физические характеристики глубокоподкритических систем (свинцово графитовая сборка ГАММА-МД, уран-свинцовая подкритическая сборка «Энергия плюс трансмутация»), облучаемых пучками релятивистских частиц на ускорительном комплексе «Нуклотрон-М» (ОИЯИ, г. Дубна, РФ); подкритического стенда «Ялина», управляемого генератором нейтронов с энергией 2,7 и 14,1 МэВ. Полученные в результате проведенных исследований наборы экспериментальных величин предназначены для совершенствования константной базы модельных расчетов взаимодействия дейтронов и протонов с ядрами тяжелых элементов и будут способствовать более эффективной и рациональной разработке ADS на основе размножающих мишеней из тяжелых металлов.

Основные публикации:

• First result studiyng the transmutation of 129I, 237Np, 238Pu and 239Pu in the irradiation of an extended natU/Pb assembly with 2,52GeV deuterons // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry , Vol. 279, No 2. (2009) 567-584
• Determination of Natural Uranium Fission Rate in JINR Energy plus Transmutation Setup // Nuclear Instrument and Methods: A591, p517-529, 2008
• Пространственно-энергетическое распределение нейтронов в системе «Свинцовая мишень + подкритическая сборка «Ялина» при облучении нейтронами с энергией 2,6 МэВ // Приложение к журналу Вести НАН Беларуси, часть 3, серия физ.-тех. наук, 2008. С189-194.

 Направления дальнейших исследований

1. Проведение широкомасштабного мониторинга концентраций радона и его ДПР, основного дозообразующего фактора в Беларуси, в воздухе помещений, с использованием новой концепции, разработанной по результатам анализа исследований радоновой проблемы в других странах Европы и мира, научное обоснование рекомендаций по радонозащитным контрмерам.

2. Научное сопровождение работ по развитию атомной энергетики в Беларуси (создание в ОИЭЯИ учебного центра для подготовки специалистов в области измерений радиоактивных измерений); разработка высокоэффективных инструментальных методов контроля содержания радионуклидов в техногенных объектах и  объектах окружающей среды.

3. Совершенствование методик диагностики бесхозных и выявляемых в незаконном обороте на территории Беларуси источников ионизирующих излучений (ИИИ) различной геометрии и активности; выполнение по заявкам МЧС, других государственных органов и организаций экспертных анализов ИИИ: определения их типа, изотопного состава, категории (для ядерных материалов, подпадающих под гарантии МАГАТЭ) и активности.

4. Планируются участие в совместных (с ОИЯИ, г.Дубна) экспериментах по облучению квазибесконечной (м ~22 т.) мишени из обедненного урана «Буран» (2012-2015 гг.). Указанная система моделирует активную зону электроядерного реактора. Серия экспериментов позволит ответить на вопрос об эффективности применения квазибесконечных подкритических систем для получения энергии  и трансмутации (РАО) и возможности создания подкритических энергетических ядерных реакторов на низкообогащенном топливе и/или природном уране.

Международное сотрудничество

В 1994–1998 гг. лаборатория участвовала в Международных программах INTAS и TACIS (партнеры Россия, Казахстан, Великобритания, Германия) и фирмой Volkswagen-Stifftung (Германия).

С начала 1990-х годов (с 1997 года – на постоянной основе в рамках коллаборации «Энергия + трансмутация»), сотрудники лаборатории участвуют в совместных исследованиях проводимых ОИЯИ. Сотрудничество с ОИЯИ (г. Дубна) ведется в области экспериментальных исследований и моделирования нейтронно-физических характеристик глубоко подкритических и квазибесконечных систем, управляемых ускорителями (ADS).  Основная цель данных исследований – экспериментальное определение эффективности применения ADS для получения энергии и трансмутации (сжигания) радиоактивных отходов (РАО) ядерной энергетики.

В настоящее время подготовлен пакет документов в проект «Оценка радиационных рисков населения приграничных регионов Польши, Беларуси и Украины» в программу приграничного сотрудничества (cross-border Cooperation Program P-B-U) Европейского сообщества «Польша-Беларусь-Украина». Лаборатория сотрудничает с Радиевым институтом им. В.Г. Хлопина (г. С.-Петербург, Россия), Российским НПЦ по радиационной экологии (г. Москва), Шведским Управлением радиационной  безопасности (г. Стокгольм, Швеция), ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева (г. С.-Петербург, Россия), Институтом гигиены и медицинской экологии АМН Украины (г. Киев, Украина) по исследованиям проблем природного радона.