УТВЕРЖДАЮ
Директор Лаборатории Физики Высоких Энергий Объединенного Института Ядерных Исследований
_____________
" ___ " _____________ 2017 г.
ОТЗЫВ
ведущей организации
на диссертационную работу Киевицкой Анны Ивановны
«Нейтронно-физические характеристики подкритических систем:
Стенд «Ялiна»»,
представленную на соискание ученой степени
доктора физико-математических наук по специальности
01.04.16 – физика атомного ядра и элементарных частиц
1. Соответствие содержания диссертации отрасли науки и специальности
В диссертации представлены всесторонние теоретические и экспериментальные исследования нейтронно-физических характеристик (НФХ) подкритических систем, выполненных на базе ядерно-физического подкритического стенда «Ялiна». Теоретических работ по подкритическим системам, управляемых внешними источниками, достаточно много, однако экспериментальных исследований недостаточно из-за наличия только нескольких экспериментальных установок и к тому же нулевой мощности. Несмотря на то, что эти процессы теоретически изучаются на протяжении последних десятилетий, остаётся ряд физических и технических задач:
1. выбор энергии и тока протонного пучка и создание ускорителя с требуемыми параметрами;
2. выбор материала мишени и создание оптимальной конструкции мишени для получения нейтронов расщепления;
3. связь внешнего источника с подкритическим реактором;
4. охлаждение мишенного блока;
5. разработка схемы и конструкции подкритического бланкета и обеспечение ядерной безопасности;
6. уточнение скоростей реакций трансмутации долгоживущих нуклидов и скоростей их наработки.
В ходе выполнения диссертационных исследований соискателем получены важные теоретические и экспериментальные результаты, свидетельствующие о возможности изучения НФХ подкритических систем, управляемый ускорителями заряженных частиц высоких энергий, на подкритических сборках нулевой мощности. Создание в 2000 году первого в мире подкритического стенда «Ялiна» позволило выполнить большое количество экспериментальных исследований, получив обширную базу экспериментальных данных по НФХ, адаптировать методики измерений и компьютерные коды для расчетов НФХ подкритических систем.
Работа полностью соответствует отрасли физико-математических наук и специальности 01.04.16 – физика атомного ядра и элементарных частиц.
2. Научный вклад соискателя в решение научной задачи и оценка его значимости
Перед соискателем стояли следующие задачи:
1. Обосновать концепцию использования низкоэнергетических (до 30 МэВ) ускорителей ионов (циклотронов, микротронов, нейтронных генераторов) в качестве внешнего источника для исследований физических и кинетических характеристик подкритических систем, управляемых ускорителями заряженных частиц высоких энергий (более 100 МэВ), и изучения технологий ядерной трансмутации в подкритических системах.
2. Разработать и создать конструкцию ядерно-физического подкритического стенда из имеющихся в Национальной академии наук Беларуси топливных, замедляющих и конструкционных материалов на основе предложенной концепции.
3. Разработать физическую и конструкционную модели подкритической сборки с тепловым спектром нейтронов, управляемую внешним источником нейтронов, провести ее физический пуск и измерения основных нейтронно-физических характеристик и скоростей реакций трансмутации йода-129, нептуния-237 и америция-243.
4. Выполнить необходимый комплекс нейтронно-физических расчетов, создать и произвести физический пуск подкритической сборки с быстро-тепловым спектром нейтронов, управляемой внешним источником нейтронов, и выполнить измерения ее основных нейтронно-физических характеристик и измерения скоростей реакций трансмутации йода-129, нептуния-237 и америция-243.
Использовался унифицированный подход к расчетам нейтронно-физических характеристик, основанный на использовании современных расчетных кодов на базе метода Монте Карло и библиотек оцененных ядерных данных для описания процессов, происходящих в диапазоне энергий от 0,025 эВ до 5 ГэВ, что позволило выполнить первую задачу, а далее обосновывать конструкции подкритических сборок.
Создание и физический пуск первой в мире подкритической сборки, управляемой генератором нейтронов, а затем и быстро-тепловой, позволили провести экспериментальные исследования НФХ установки, оценить ядерную и радиационную безопасность, доказав, что исследования НФХ энергетических подкритических систем можно изучать используя менее сложные системы без значительных финансовых затрат.
Актуальной проблемой является оценка сечений реакций трансмутации для долгоживущих нуклидов. Полученные в работе экспериментальные данные представляют большой интерес для уточнения сечений реакций при переоценке библиотек оцененных ядерных данных, а также для разработки технологий трансмутации продуктов деления (ПД) и минорных актинидов (МА) в подкритических ядерно-энергетических системах, управляемых внешними источниками нейтронов, таких как, например, ADS и термоядерные источники нейтронов (ТИН).
Киевицкой находится в русле фундаментальных направлений развития современной ядерной науки. Поэтому тема диссертации весьма актуальна. Она полностью соответствует приоритетным направлениям научных исследований Республики Беларусь.
3. Конкретные научные результаты, их новизна и практическая значимость, за которые соискателю может быть присуждена искомая ученая степень
В диссертации впервые:
- Обоснована концепция использования низкоэнергетических ускорителей (циклотроны, микротроны, генераторы нейтронов) для изучения физики и кинетики подкритических систем, управляемых ускорителями заряженных частиц высоких энергий. Предложенная концепция является научно и практически востребованной при исследованиях, разработках и создании инновационных ядерных установок для выжигания долгоживущих радиоактивных нуклидов и производства энергии. Разработана концепция подкритического стенда, включающая не имевшие мировых аналогов концепции, физические и конструкционные модели подкритических уран-полиэтиленовой и бустерной сборок, управляемых генератором нейтронов. Получены новые результаты при физическом пуске уран-полиэтиленовой подкритической сборки «Ялiна-Тепловая». Исследованы экспериментальные и расчетные зависимости: а) эффективного коэффициента размножения от количества загружаемых топливных элементов; б) аксиальные распределения скорости деления 232Th при облучении нейтронами с энергией 2,5 МэВ; аксиальные распределения скоростей реакций 115I(n, n′)115Inm, 19F(n,2n)18F, 27Al(n,α)23Na для базовой конфигурации; в) аксиальное и радиальное распределения плотностей потока нейтронов (быстрых и тепловых). Получены новые результаты при физическом пуске бустерной подкритической сборки «Ялiна-Бустер» для четырех конфигураций активной зоны: а) эффективный коэффициент размножения для всех конфигураций активной зоны; б) аксиальные и радиальные распределения скорости счета малогабаритного 3Не детектора в экспериментальных каналах быстрой и тепловой подзон активной зоны; в) аксиальные распределения скорости реакции 235U(n, f) в экспериментальных каналах быстрой и тепловой подзон активной зоны, измеренные камерой деления. Установлено, что каждая из зон подкритической бустерной сборки имеет свой ярко выраженный спектр нейтронов со средней энергией от ~1 МэВ в зоне бустера до теплового в тепловой зоне. Выявлено влияние конфигурации загрузки топлива на размножающие свойства сборки. Изменение прямоугольной конфигурации быстрой и промежуточной зон на круговую позволяет увеличить kэфф сборки без загрузки дополнительного количества топлива в тепловую зону. Получены новые рассчитанные и измеренные сечения реакций трансмутации изотопов 129I, 237Np и 243Am при облучении нейтронами с энергией 2,5 МэВ в экспериментальных каналах уран-полиэтиленовой и в экспериментальном канале EC6T бустерной подкритической сборки ««Ялiна-Бустер» при облучении нейтронами с энергией 14 МэВ. Впервые на примере подкритической бустерной сборки экспериментально и расчетным путем показано, что определяющий вклад в нейтронно-физические характеристики подкритических быстро-тепловых систем вносит тепловая зона.
4. Обоснованность и достоверность научных положений и выводов диссертации
Обоснованность и достоверность основных результатов и выводов, защищаемых положений и рекомендаций определяются: использованием адекватных методов анализа результатов измерений; корректным сопоставлением данных эксперимента с расчетами; практической апробацией положений и выводов диссертации.
5. Научная, практическая, социальная и экономическая значимость полученных результатов
Высокая научная и практическая значимость диссертации обусловлена разработкой и созданием первого в мире подкритического стенда, управляемого внешним источником нейтронов. Также в диссертации представлены экспериментальные и расчетные НФХ. Эти результаты получены впервые.
Результаты диссертационной работы могут быть рекомендованы к использованию в ведущих научно-исследовательских центрах в Объединенном институте ядерных исследований (г. Дубна, Россия), государственном научном центре Институт теоретической и экспериментальной физики (г. Москва, Россия), Королевском технологическом институте (г. Стокгольм, Швеция), Ядерном центре (г. Карлсруэ, Германия), Аргоннской национальной лаборатории (г. Чикаго, США) и могут в дальнейшем использоваться в вышеперечисленных и других ядерных центрах:
1. при разработке проектов иновационных ядерных установок для выжигания долгоживущих радиоактивных нуклидов;
2. в прикладных научных исследованиях при проектировании мишенного блока и бланкета подкритических ядерных установок, включая бланкеты термоядерных реакторов;
3. в фундаментальных исследованиях по нейтронной и ядерной физике;
4. при переоценке интегральных сечений реакций захвата и деления йода-129, нептуния-237 и америция-243;
5. для разработки технологий трансмутации продуктов деления и минорных актинидов в подкритических ядерно-энергетических системах, управляемых внешними источниками нейтронов, таких как, например ADS и термоядерные источники нейтронов;
6. в смежных областях фундаментальных и прикладных исследований (нейтронно-активационный анализ геологических образцов, восстановление нейтронных спектров и др.), а также при чтении спецкурсов и написании учебных пособий для студентов и аспирантов по специальности физика атомного ядра и элементарных частиц.
6. Полнота опубликованности результатов в научной печати
Основные результаты работы полностью опубликованы в рецензируемых международных и республиканских журналах 27 статей, 10 препринтов, 1 монография; 46 докладов в трудах международных конференций.
Результаты прошли апробацию на многих международных конференциях, совещаниях и семинарах. Среди публикаций следует отметить статьи в авторитетных журналах «Annals of Nuclear Energy», «Nonlinear Phenomena in Complex Systems», «Hyperfine Interactions»; «Nuclear Instruments and Methods in Physical Research», «Вопросы атомной науки и техники», «Атомная энергия», а также документах МАГАТЭ.
7. Оценка оформления работы
Содержание диссертации хорошо организовано в форме 4 глав, каждая из которых посвящена отдельной проблеме и содержит краткое введение в проблему, постановку и обоснование актуальности решаемых задач, стройное и последовательное изложение оригинальных результатов исследований с привлечением при анализе и обсуждении имеющихся литературных данных.
Текст диссертации изложен хорошим научным языком, четко, ясно, логично и аргументировано.
Диссертация снабжена значительным количеством иллюстраций, которые подтверждают возможность модельного описания экспериментов. Список литературы соответствует содержанию. Диссертация аккуратно оформлена.
Текст автореферата полностью соответствует содержанию диссертации.
8. Недостатки
В некоторых рисунках встречаются пояснения на английском языке, хотя текст диссертации изложен на русском языке.
Желательно, чтобы в диссертации были изложены работы ОИЯИ по разработке проекта SAD (подкритическая сборка «Дубна»).
Отмеченные недостатки, однако, ни в коей мере не влияют на квалификационные признаки диссертации.
9. Соответствие научной квалификации соискателя ученой степени, на которую он претендует
Диссертационная работа Киевицкой Анны Ивановны «Нейтронно-физические характеристики подкритических систем: Стенд «Ялiна является законченной квалификационной работой, выполненной соискателем на высоком научном уровне и по актуальной тематике.
Основные выводы и рекомендации диссертации детально аргументированы, сформулированы на базе глубокого анализа, подкреплены сравнением с результатами, ранее полученными другими авторами, и, таким образом, являются достоверными и обоснованными.
Все основные результаты, полученные в диссертации, и научные положения, выносимые на защиту, являются новыми. Они вносят важный вклад в развитие инновационных ядерно-энергетических систем для производства энергии и трансмутации долгоживущих радионуклидов и используются при создании и лицензировании новых подкритических систем, управляемых внешним источником, а также для решения ряда прикладных задач.
Диссертация содержит новые научно обоснованные результаты, совокупность которых является крупным научным достижением в физике атомного ядра и элементарных частиц, а ее автор, , безусловно, заслуживает присуждения ученой степени доктора физико-математических наук за:
1. Концепцию использования низкоэнергетических (до 30 МэВ) ускорителей (циклотроны, микротроны, генераторы нейтронов) для изучения физики и кинетики подкритических систем, управляемых ускорителями заряженных частиц высоких энергий (выше 100 МэВ).
2. Концепцию, физическую и конструкционную модели ядерно-физического подкритического стенда, состоящего из обладающих мировой новизной уран-полиэтиленовой и быстро-тепловой подкритических сборок.
3. Комплекс нейтронно-физических характеристик уран-полиэтиленовой подкритической сборки «Ялiна-Тепловая», включающий: а)экспериментальные и расчетные зависимости эффективного коэффициента размножения от количества загружаемых топливных элементов; б) аксиальные распределения скорости деления 232Th при облучении нейтронами с энергией 2,5 МэВ; в) нейтронные спектры и скорости реакций 115I(n, n′)115Inm., 19F(n,2n)18F, 27Al(n,α)23Na; г) аксиальное и радиальное распределения плотностей потока нейтронов, д) скорости и сечения реакций трансмутации йода-129, нептуния-237 и америция-243 при облучении нейтронами с энергией 2,5 МэВ.
4. Нейтронно-физические характеристики бустерной подкритической сборки «Ялiна-Бустер» для четырех конфигураций активной зоны: а) эффективный коэффициент размножения; б) аксиальные и радиальные распределения скорости счета малогабаритного 3Не-детектора в экспериментальных каналах быстрой и тепловой подзон активной зоны; д) аксиальные распределения скорости реакции деления 235U(n, f); е) скорости реакций трансмутации нептуния-237 и америция-243 при облучении нейтронами с энергией 14 МэВ.
Работа отвечает всем требованиям ВАК Республики Беларусь, предъявляемым к диссертациям на соискание ученой степени доктора наук и соответствует п. 19 «Положения о присуждении ученых степеней и присвоении ученых званий в Республике Беларусь». Ее автор заслуживает присвоения ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.16 – физика атомного ядра и элементарных частиц.
Отзыв подготовлен доктором технических наук, начальником научно-методического отделения ЛФВЭ ОИЯИ
Диссертация была заслушана на научно-методическом семинаре Лаборатории Физики Высоких Энергий Объединенного института ядерных исследований» 15 декабря 2016 года.
Отзыв заслушан и одобрен на научно-техническом Совете ЛФВЭ ОИЯИ 31 января 2017г.
На заседании НТС ЛФВЭ из полного состава 40 чел. присутствовало:
участие? человек, из них с ученой степенью – ? (? докторов наук и? кандидатов наук).
Результаты голосования участников заседания, имеющих ученые степени, относительно принятия отзыва ведущей организации по диссертации и по вопросу присуждения ученой степени доктора физико-математических наук:
«за» – ?; «против» – нет; «воздержались» – нет.
Председатель НТС ЛФВЭ ОИЯИ
доктор физ.-мат. наук
Ученый секретарь НТС ЛФВЭ ОИЯИ
кандидат физ.-мат. наук
