Исследование влияния тяжелых заряженных частиц и солнечных вспышек на процесс физического пуска

Государственная корпорация «Росатом»Государственная корпорация «Росатом»

Государственный научный центр РФ – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского

Государственный научный центр РФ – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского

Исследование влияния ультрарелятивистскихзаряженных частиц и солнечных вспышек

на процесс физического пуска реактора космического назначения

И.А. Ехлаков, П.А. Алексеев

«Инновации в атомной энергетике», НИКИЭТ, Москва,

2013

Ядерные энергетические установки в космосе

Постановка задачиПостановка задачи

В соответствии со спектром космических лучей, ТЗЧ с энергией не менее 1 ТэВ будут взаимодействовать с отражателем несколько раз в секунду, а частицы с энергией не менее 100 ТэВ - практически ежечасно. При взаимодействии с конструкционными материалами ЯЭУ они способны образовывать широкие каскады вторичных частиц, в т. ч. нейтронов.

Вспышки на Солнце способны приводить к росту потока СКЛ до 4 порядков, что также влияет на потоки нейтронов в активной зоны ЯЭУ.

Необходимо провести оценки рисков таких событий для процесса физического пуска реактора.

Модель ЯЭУ «ТОПАЗ» в GEANT4Модель ЯЭУ «ТОПАЗ» в GEANT4

GEANT4 — это система библиотек для компьютерного моделирования процессов взаимодействия фундаментальных частиц c веществом на основе методa Монте-Карло, разрабатываемая международной группой физиков под эгидой CERN на языке C++.

Геометрия модели в GEANT4 точности соответствует модели, на которой проводился расчет нейтронно-физических характеристик ЯЭУ «ТОПАЗ»

Физические процессы, модели и сечения для каждого типа частиц были выбраны в соответствии с рекомендациями Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) для аппаратуры, работающей в космосе

Количественные характеристики каскада нейтронов

Количественные характеристики каскада нейтронов

Мощность специального источника нейтронов, осуществляющего запуск ТРП «ТОПАЗ» составляет 3,5∙e-7 Вт или 1,1·e+4 делений ежесекундно

Пространственно-временные характеристики каскада нейтронов

Пространственно-временные характеристики каскада нейтронов

Во всех событий с числом делений в первом поколении более 1000 размеры каскада превышали размеры активной зоны, при этом количество первичных нейтронов в каждом отдельном ЭГЭ не превышает 200. Выравнивание энерговыделения происходит уже через 10e-4 с.

Вспышки на СолнцеВспышки на Солнце

Чем меньше будет время достижения пика потока протонов, тем быстрее будет происходить рост тепловой мощности реактора. Таким образом, мощная непродолжительная вспышка может привести даже к срыву пуска ЯЭУ

ВыводыВыводы

Основываясь на полученных данных, можно сделать вывод об абсолютной безопасности протонов с энергией до 100 ТэВ включительно для процесса пуска КЯЭУ. Рассматривая динамику изменения мощности дополнительного источника нейтронов с ростом энергии налетающих частиц, можно сделать прогноз о полной безопасности частиц более высоких энергий, по крайней мере, до 1 ПэВ.

Редкие солнечные вспышки с энергией частиц более 100 МэВ могут иметь потенциальную опасность для КЯЭУ в период ее пуска. Следовательно, появление таких солнечных вспышек должно учитываться при составлении программ запуска космических аппаратов с ЯЭУ на борту и при выборе времени физического пуска реактора на орбите.

Полученные результаты показывают, что при составлении программ запуска космических аппаратов с ЯЭУ на борту и при выборе времени физического пуска реактора на орбите необходимо учитывать влияние мощных солнечных вспышек.

Спасибо за внимание!