Zážitky z exkurze do Spojeného ústavu jaderných výzkumů část II

V minulém článku jste se dozvěděli o Spojeném ústavu jaderných výzkumů v Dubně, zejména o laboratoři pro studium vysokých energií. Následující je zaměřen na laboratoře jaderných reakcí a neutronové fyziky s reaktorem IBR-2

Fljorovova Laboratoř jaderných reakcí

Laboratoř jaderných reakcí byla založena v roce 1957 fyzikem Georgijem Fljorovem. Nyní laboratoř zaměstnává přibližně 500 pracovníků a zaměřuje se zejména na syntézu nových těžkých prvků, které se v přírodě nevyskytují. Více jak 80 % všech výzkumů Fljorovovy laboratoře se zaměřuje na přípravu supertěžkých prvků.

Takové prvky jsou získávány spojením správných částic pomocí urychlovačů. Nejedná se o srážky částic popisované v předchozím díle. Při syntéze je nutné urychlit částice na správnou energii a poté je nechat spojit. Pokud by energie částic byla vyšší, došlo by k roztříštění prvků a supertěžké jádro by nevzniklo, pokud by byla energie nižší, nebyla by překonána Coulombovská bariéra a částice by se od sebe odrazily.

Jedním z prvků, pomocí kterých se vyrábí supertěžké prvky, je radioaktivní vápník 48, který se spojuje například s některými nuklidy americia. Takovým způsobem zde bylo připraveno několik supertěžkých prvků, jako například dubnium, livermorium, tennessine, flerovium a oganesson. Pro přípravu je v Dubně využíván urychlovač částic U400, což je cyklotron o průměru přibližně 4 metry. Připravovat supertěžké prvky lze například i pomocí jaderných reaktorů, například v Dimitrovgradu k tomu používají jaderný reaktor SM-3 a v Oak Ridge HFR. 

Při tvorbě supertěžkých prvků je třeba získané prvky identifikovat a separovat pomocí hmotnostních separátorů. V laboratoři jaderných reakcí jsou nyní instalovány 2 hmotnostní separátory Acculina-1 a Acculina-2. Acculina-1 byla v Dubně vybudována v roce 1996, pomocí tohoto separátoru byly vyrobeny všechny supertěžké prvky. Od roku 2010 se však připravuje nástupce tohoto separátoru, který by měl být schopen pracovat s vyššími intenzitami při nižších energiích, přibližně 10-50 MeV na nukleon. Výstavba začala v roce 2015 a v dubnu 2017 byl poprvé do nového hmotnostního separátoru zaveden svazek iontů.

Z praktičtějších oblastí provádí laboratoř výzkum například i v oblasti materiálů, kdy hledá materiály s velkou radiační odolností. Tyto výzkumy jsou důležité zejména pro jaderné elektrárny, takže laboratoř úzce spolupracuje s ruskou korporací pro atomovou energii Rosatom s cílem zvýšit bezpečnost a spolehlivost jaderných elektráren a prodloužit jejich životnost.

Frankova laboratoř neutronové fyziky

Nejzajímavějším zařízením laboratoře neutronové fyziky je pulzní jaderný reaktor IBR-2, který má nominální výkon 2 MW, ale při výkonovém pulzu dosahuje hodnot až 1850 MW. Výkonové pulzy jsou vytvářeny dvěma lopatkami, které se otáčí proti sobě, jedna s rychlostí 600 ot/min, druhá 300 ot/min, a zakrývají tak štěrbinu v reaktorové nádobě. Reflektorové lopatky jsou vyrobeny z niklové oceli a při každém zakrytí otvoru vytvoří z reaktoru silně nadkritický soubor a ozařovacími kanály se vyšle svazek neutronů.

Jelikož by reaktorová nádoba nevydržela takovou fluenci neutronů, není IBR-2 v provozu po celý rok, ale provozuje se na etapy. V roce 2014 prošel reaktor modernizací, která dovoluje provoz až do roku 2030. Modernizace se týkala také nového systému řízení a kontroly, výměny paliva a obou reflektorových lopatek. Reaktor je v provozu vždy v 9 etapách, kdy některé jsou v režimu moderovaných neutronů při normálních podmínkách, a zbylé jsou v kryogenickém režimu, kdy jsou z reaktoru emitovány neutrony o nízkých energiích.

V tomto díle byly popsány další 2 laboratoře, které jsou v provozu v Dubně. Hlavním zařízením laboratoře neutronové fyziky je jaderný reaktor IBR-2, disponující vysokou hustotou neutronového toku a díky tomu  je možné provádět různé experimenty jako například difrakci neutronů, ozařování materiálů či studium pixelových detektorů. Více o použití těchto metod se dozvíte v následujícím díle.

Zdroje: jinr.ru

           indico.cern.ch

           /aculina.jinr.ru