Исследовательский ядерный реактор

Атомный центр НИЯУ МИФИ

Главный инженер реактора – Ожерельев Сергей Анатольевич

Подразделение состоит из 46 сотрудников, включая 2 кандидатов наук.

История создания

Атомный центр Московского инженерно-физического института – АЦ МИФИ создан на базе исследовательского ядерного реактора, как учебно-научно-методический комплекс коллективного пользования, существенно расширяющий возможности проведения научных исследований кафедрами института.

В 1958 году Советы Министров СССР и РСФСР приняли по инициативе Академии Наук и Минвуза СССР решения о сооружении типовых исследовательских ядерных реакторов в некоторых Академиях Наук Союзных республик и высших учебных заведениях и, в том числе, в МИФИ. Последнее в значительной степени определило место размещения нового комплекса МИФИ не на Ленинских горах, а на берегу реки Москвы в поселке Москворечье рядом с предприятиями отраслевого Министерства.

Решение о сооружении реактора в МИФИ принималось при участии видных государственных деятелей, руководителей и ученых института: В.П. Елютина, А.Н. Комаровского, В.Г. Кириллова-Угрюмова, А.И. Лейпунского, Л.Н. Юровой. Для учебного заведения, размещенного в Москве, был выбран реактор ИРТ-1000 бассейнового типа с эжекторной системой охлаждения, который до сих пор наиболее полно отвечает концепции безопасности ядерно-энергетических установок, т.е. в полной мере безопасен при отказе систем электроснабжения и принудительного охлаждения. Проект и технология сооружения реактора были разработаны институтами отраслевого Министерства под научным руководством ИАЭ им. И.В. Курчатова.

Уже в 1959 году в МИФИ стало поступать оборудование реактора, которое изготавливалось на Горьковском заводе «Красное Сормово». Приемку оборудования и размещение его на складах ФЭИ (г. Обнинск) осуществляли сотрудники кафедр 5 и 13, т.к. в этот период еще не была выбрана площадка для строительства, а МИФИ не имел ни складских помещений, ни необходимых кадров для участия в строительстве. В 1960 году по предложению Л.Н. Юровой исполняющим обязанности главного инженера реактора был назначен ассистент кафедры 5 А.П. Крюков.

Строительство реактора, начатое в 1962 году, велось 1-ым Строительным трестом. Хорошая организация строительства, внесенные в этот период важные изменения в проект и технологию строительно–монтажных работ, высочайшее мастерство исполнителей определили высокое качество работ, которые были предъявлены Государственной комиссии в декабре 1966 года. В мае 1967 года были завершены наладочные работы, и началась подготовка к пуску усилиями подготовленного к этому времени эксплуатационного персонала.

Коллектив реактора начал формироваться сначала на кафедре 5, когда в 1964 году А.П. Крюкову начали помогать В.Н. Петров и А.П. Чинилина. В марте 1966 году в институте было организовано подразделение «Реактор ИРТ». Персонал подразделения проходил обучение в ИАЭ им. И.В. Курчатова на прототипе реактора ИРТ, принимал участие в приемке оборудования в процессе его монтажа и наладки, разрабатывал эксплуатационные документы. Очень важно, что в это время в штате реактора начали работать выпускники кафедры 5 Б.С. Каминский и А.Ф. Редкин, уже имевшие опыт работы на энергетических ядерных реакторах. Успешная работа реактора вообще в значительной степени обязана выпускникам и сотрудникам кафедры 5. Кроме уже упомянутых нельзя не назвать Аникеева В.Д., Клюева Л.М., Трофимова А.П., Цурикова В.Ф. Другие кафедры тоже не препятствовали переходу в подразделение «Реактор ИРТ», когда это было необходимо, своих сотрудников и выпускников: кафедра 1 делегировала Ю.Н. Мартынова, О.П. Большакова, В.А. Савкина, А.Н. Горюна, кафедра 2 – С.А.Лыжина, В.П Алферова, кафедра 3 – В.Б. Бирюкова, Н.Л. Лаврентьева, кафедра 9 – В.И. Касаткина, А.А. Портнова, кафедра 11 – Бялко А.А., Чуракова А.К., кафедра 13 – А.А. Римашевского, В.С. Паранюшкина, кафедра 24 – К.Н. Зайцева, В.Ю. Смита, В.И. Квасова, хозяйственный отдел – М.И. Панкова, Ю.А. Вилкова и многих–многих других мифистов, которые отдавали и отдают свой труд и знания, чтобы сделать реактор максимально эффективным и безопасным.

В мае 1967 года, сразу после окончания наладочных работ, началась подготовка к пуску. Пусковая бригада состояла из группы сотрудников ИАЭ им. И.В. Курчатова во главе с П.М. Егоренковым и персонала реактора. 26 мая в 23 часа 35 минут реактор достиг критического состояния – физический пуск состоялся!

Присутствовавший на показательном пуске Министр высшего и среднего специального образования В.П. Елютин отметил высокое качество строительства, поблагодарил строителей, пусковую бригаду, персонал реактора и выразил уверенность, что преподаватели, ученые и студенты МИФИ в полной мере используют уникальную по своим возможностям установку для качественного улучшения учебной и научной работы.

ИРТ – серийный реактор и проектировался в конце 50-х годов прошлого века, однако усилиями, в основном, эксплуатационного персонала большинство его систем и узлов модернизированы так, что и в настоящее время он работоспособен и безопасен. Реактор находится под контролем государственных органов надзора и МАГАТЭ.

Еще до окончания наладочных работ в постановку исследований на реакторе активно включились кафедра 1 (В.П. Машкович, А.И. Миськевич, Е.А. Крамер-Агеев, В.С. Трошин), кафедра 5 (А.А. Поляков, А.В. Бушуев), кафедра 24 (К.Н. Зайцев), лаборатория 709 (А.Г. Залужный). Уже в 1967 году на реакторе была проведена эксплуатационная практика для двух учебных групп кафедр 5 и 13, большая группа студентов начала выполнять учебно-исследовательские и дипломные работы. В 1968 – 1970 годах были защищены первые кандидатские диссертации, в которых использованы экспериментальные результаты, полученные на реакторе, А.И. Миськевичем, А.Г. Залужным, В.С. Трошиным.

Координацию научных исследований, рассмотрение, принятие и контроль планов учебной и научной работы, распределение площадей и ресурсов АЦ осуществляет Научно-технический совет АЦ, который до 1976 года возглавляла Лидия Николаевна Юрова, а в дальнейшем – ректоры МИФИ Виктор Михайлович Колобашкин, Александр Всеволодович Шальнов и Борис Николаевич Оныкий с научными секретарями Николаем Олеговичем Елютиным, Виктором Дмитриевичем Поповым и Юрием Владимировичем Стоговым. В Совете представлены все кафедры, проводящие исследования в АЦ, как правило — заведующими кафедр, а научные группы МИФИ, ИТЭФ, ФИАН и других институтов – видными учеными страны.

Реактор ИРТ МИФИ

Среди атомных центров России особое место занимает Атомный центр Московского инженерно-физического института (АЦ МИФИ), который создан как учебно-научно-методический комплекс в целях проведения на ученых исследований, обучения студентов и переподготовки специалистов для ведущих научных центров.

Основные параметры реактора:

Базой АЦ является исследовательский реактор ИРТ бассейнового типа, введенный в эксплуатацию в 1967 году.

Реактор оснащен современной системой управления и защиты, на практике продемонстрировавшей высокую надежность и эргономичность. Система радиационного контроля обеспечивает контроль эффективности защитных радиационных барьеров и дозовых нагрузок персонала и населения. Реактор находится под контролем государственных органов надзора и МАГАТЭ.

По направлению исследований в физике и технике реакторов следует отметить начатую Г.Н. Алексаковым работу по использованию реактора как физической модели для проверки принципов управления и испытания аппаратуры СУЗ. Применение современной теории управления к анализу динамических процессов в ядерных реакторах, тесное сотрудничество с разработчиками детекторов нейтронов (А.Б. Дмитриев, НИИВТ) в сочетании с опытом эксплуатации позволило создать СУЗ ИРТ МИФИ, опередившую по своим характеристикам существовавшие в стране системы. В продолжение этой работы под руководством В.П. Алферова проведены исследования характеристик блоков детектирования нейтронного потока различных типов, элементов системы контроля подкритичности реакторов РБМК на основе внутризонных подвесок ионизационных камер и каналов контроля плотности потока нейтронов для СУЗ исследовательских энергетических реакторов.

Интересные результаты при использовании реактора как физической модели для проверки принципов зонного управления были получены научной группой П.Т.Потапенко.

Большая серия исследований была проведена на уран–графитовом и уран-водном подкритических стендах, уникально использующих пучки нейтронов из горизонтальных каналов для реализации высокой плотности потока нейтронов в исследуемой размножающей среде. Эти работы проводились под руководством Л.Н.Юровой, А.А.Полякова, А.В.Бушуева.

В настоящее время на базе ИРТ функционирует уран-водный подкритический стенд, моделирующий нейтронно-физические процессы в современных и перспективных водо-водяных реакторах.

Широко проводились исследования в области физики твердого тела, которые возглавляли Ю.Г.Абов (ИТЭФ), К.Н.Зайцев, Н.С.Медведева, В.Ф.Петрунин, А.Д.Перекрестенко (ФИАН),В.И.Микеров (ФИАН),Н.О.Елютин, С.Б.Степанов. Широкий диапазон энергий реакторных нейтронов (от ультрахолодных до быстрых) позволяет изучать атомную и магнитную структуры, микронеоднородности конденсированных сред с различной степенью порядка. В этих работах используются современные автоматизированные нейтрон-дифракционные установки, позволяющие изучать надмолекулярную структуру вещества (до нескольких микрон). Спектрометр высокого углового разрешения (5·10^-6 рад) использовался для изучения совершенных полупроводниковых кристаллов, находящих все большее применение в науке и технике.

Уникальным с научно-методической точки зрения являлся мессбауэровский спектрометр на касательном канале реактора, позволяющий наблюдать эффект резонансного поглощения гамма-квантов после реакции радиационного захвата нейтронов.

Спектр задач по радиационному материаловедению ограничен относительно небольшой плотностью потока нейтронов в исследовательских каналах ИРТ. Работы проводились под руководством К.В.Набойченко, Н.А.Евстюхина, В.Б.Малыгина, В.М.Щавелинапо таким направлениям, как разработка новых и совершенствование известных методов изучения различных конструкционных материалов при облучении нейтронами; исследование непосредственно при облучении физических характеристик делящихся материалов и продуктов деления. Простота разработанных измерительных узлов позволяет эффективно изучать в условиях облучения упругость, внутреннее трение, длительную и динамическую твердость, теплоемкость и другие характеристики материалов.

Разработанные методы позволили провести комплекс исследований топливных и конструкционных материалов. Были измерены характеристики пластичности ядерного топлива реакторов на тепловых и быстрых нейтронах. Их обобщение на основе феноменологической модели радиационной ползучести позволило разработать ряд рекомендаций в программах надежности твэлов энергетических реакторов. Исследования коснулись и проектируемых реакторов.

На вертикальном канале А.А.Портновым создана низкотемпературная петлевая установка, позволяющая проводить облучение образцов в интервале температур
80 ¸ 300 К, на которой, в частности, исследовались первые образцы ВТСП.

Работы в области радиационной физики полупроводников и диэлектриков направлены на исследование радиационных эффектов в полупроводниках, тонких диэлектрических пленках, в полупроводниковых приборах и интегральных микросхемах. Под руководством Е.А.Крамер-Агеева выполнены работы по радиометрическому и дозиметрическому обеспечению радиационных испытаний полупроводниковых материалов и приборов. Под руководством В.Д.Попова выявлены характеристики накопления положительного заряда в МДП-приборах. Разработана физическая модель радиационных эффектов, применение которой дает возможность прогнозировать работоспособность приборов в полях ионизирующего излучения.

Исследования по ядерной физике и ядерной спектрометрии занимают значительное место в работе АЦ как в изучении фундаментальных закономерностей атомного ядра, так и в их применении для промышленности, сельского хозяйства, здравоохранения и экологии.

Под руководством Ю.В.Пяткова изучались массовые и зарядовые распределения продуктов деления «традиционных» (уран-233, уран-235, плутоний-239) и «экзотических» (торий-229, америций-242, калифорний-249) изотопов для ядерных реакторов. Измерены относительные выходы групп запаздывающих нейтронов. Результаты измерений переданы в Центр ядерных данных ГКАЭ для использования в качестве ядерных констант.

Научной группой ИТЭФ под руководством Г.В.Данилянаисследован эффект несохранения пространственной четности в тройном делении ядер плутония-239.

Под руководством А.И.Миськевича проведено изучение оптических характеристик плотной низкотемпературной плазмы, создаваемой продуктами нейтронных ядерных реакций. Результаты этих исследований позволили впервые создать лазеры с ядерной накачкой, работающие на многих переходах атомов и ионов металлов. Проведен поиск активных сред для лазеров с ядерной накачкой. Важнейшим результатом этой работы стал вывод о возможности получения квазинепрерывной генерации лазерного излучения на ряде переходов в смесях ³Не – Cd и ³He – Zn.

Работы по нейтронно-активационному анализу под руководством А.М.Самонова, Н.П.Рослякова, В.И.Квасова, А.Б.Колдобского выявили возможность измерения малых концентраций делящихся материалов (вплоть до 10^-9 г/г) при помощи радиометрии запаздывающих нейтронов. Тем же методом исследовано влияние механических нагрузок на протекание процесса образования и развития очагов коррозионного растрескивания металлов и сплавов.

Разработаны методики нейтронно-активационного анализа для определения содержания химико-терапевтических противоопухолевых препаратов в органах и тканях лабораторных животных и человека, в частности содержание платины при концентрации не ниже 10^-3 %.

В последние годы под руководством В.Ф.Хохлова (ГНЦ ИБФ), А.А.Портнова, К.Н.Зайцева активно проводятся исследования по высокоэффективному методу нейтрон-захватной терапии злокачественных опухолей на основе соединений, содержащих ¹⁰В и ¹⁵⁷Cd. В опытах на крупных лабораторных животных со спонтанной меланомой в 80% случаев достигнута полная резорбция опухолей.

В настоящее время в АЦ МИФИ продолжаются исследования по тематике:

• нейтроноструктурный анализ новых материалов (нанометаллов);
• исследования свойств конденсированных сред методами позитронной и мюонной спектроскопии. Показано, что комплексное исследование металлов методами углового и временного распределения аннигиляционных фотонов позволяет получать информацию о локальной плотности свободных электронов в области нахождения позитрона и о свойствах комплексов Уилера;
• методом бета-ЯМР спектроскопии исследованы фундаментальные процессы делокализации возбуждений в неупорядоченных средах. Получены значения скоростей процесса переноса поляризации в модельных системах ядер ⁸Li -⁶Li кристалла LiF;
• на пучке поляризованных тепловых нейтронов предпринят успешный поиск лево-правой асимметрии эмиссии предделительных нейтронов при бинарном делении ядер ²³⁵U, обусловленной интерференцией s- и p - волн во входном канале реакции;
• нейтрон-захватная терапия злокачественных новообразований;
• изучение и экспериментальное определение степени выгорания ядерного топлива в отработавших тепловыделяющих сборках реактора ИРТ МИФИ;
• нейтронно-активационный анализ для решения прикладных и научных геолого-минералогических и экологических задач;
• развитие программных средств сопровождения безопасной и экономичной эксплуатации исследовательских реакторов;
• исследования и испытания элементов и устройств перспективных СУЗ нового поколения.

Современные научные исследования

Являясь сравнительно мощным и в то же время предельно безопасным источником нейтронов, реактор ИРТ МИФИ позволяет проводить исследования по широкому диапазону проблем от макрокосмоса до микромира, решать прикладные задачи в области техники, экологии и медицины.

Ряд результатов, полученных на уникальных экспериментальных установках, явился серьезным вкладом в современную мировую науку. Примером тому являются создание лазера с ядерной накачкой с низким уровнем потока нейтронов для стационарной генерации, а также нейтронного микроскопа, изучение редких процессов деления ядер, в которых отсутствуют долгоживущие продукты деления, разработка надежных систем управления и защиты ядерных реакторов, испытания датчиков и аппаратуры контроля нейтронного потока в интересах атомной энергетики и подводного флота, проведение исследований по нейтронно-захватной терапии онкологических опухолей и другие работы.

Разработка, испытания и внедрение аппаратуры "Мираж" и системы УЗОР, выполненные на ИРТ МИФИ в 1980-1990 гг., позволили персоналу реактора накопить опыт, востребованный в настоящее время предприятиями, выпускающими аппаратуру контроля нейтронного потока для реакторов различных типов. Результаты работ используются на АЭС, в ведущих отраслевых предприятиях, научно-исследовательских институтах, ядерных центрах.

На реакторе ИРТ МИФИ создана первая в России облучательная база для проведения экспериментальных и клинических исследований в области нейтрон-захватной терапии (НЗТ), которая позволяет избирательно поражать ионизирующим излучением злокачественные опухоли, не поддающиеся лечению известными методами, без повреждения нормальных тканей. Результаты работы представлены более чем в 60 публикациях, а также доложены на 9 российских и 8 международных конференциях, в том числе на VIII-XII Международных конгрессах по нейтрон-захватной терапии рака. По материалам исследований получено 3 патента РФ.

Перспективы развития АЦ определяются основными целями, стоящими как перед всем коллективом института, так и коллективом реактора, который возглавляет главный инженер Александр Алексеевич Портнов:

• обеспечение условий для сохранения ведущихся научных исследований;
• привлечение молодежи в атомную науку и технику и воспитание культуры безопасности при работе в опасных производствах у студентов и специалистов;
• восстановление доверия к атомной энергетике.

Это позволит сохранить реактор МИФИ, который является единственным функционирующим в составе многопрофильного учебного заведения на европейской части России.

Основные научно-технические связи

Научные организации России:

Физический институт Российской Академии наук (ФИРАН), ГНЦ «Институт теоретической и экспериментальной физики» (ГНЦ ИТЭФ), ГНЦ «Институт Биофизики» МЗ РФ, ФГУП «Красная звезда», НПЦ «ЭЛЕГИЯ», Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники (НИКИЭТ), ГНЦ «Курчатовский институт», ГСПИ, Российский онкологический научный центр (РОНЦ) РАМН, Институт элементо-органических соединений РАН (ИНЭОС), Институт общей и неорганической химии РАН (ИОНХ), Геологический институт РАН (ГИН РАН), НИИ НПО «ЛУЧ», Институт геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ), Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской Академии наук (ИГЕМ РАН), Московский государственный университет (МГУ).

Зарубежные научные организации:

Институт Лауэ-Ланжевена (Франция), Национальный исследовательский центр естественных наук (Греция), Лос-Аламосская Национальная Лаборатория (США), Ок-Риджская Национальная Лаборатория (США), Сандийская Национальная Лаборатория (США), Брукхевенская Национальная Лаборатория (США), Тихоокеанская Северо-западная Национальная Лаборатория (США), Массачусетский технологический институт (США).

Образовательная деятельность

Широкое привлечение студентов, аспирантов и преподавателей к исследованиям на реакторе позволяет существенно улучшить качество подготовки специалистов, способствует повышению научной и педагогической квалификации преподавателей института, приобретению практических навыков выпускниками МИФИ.

В AЦ МИФИ ведутся следующие формы образовательной деятельности:

• обзорные лекции-экскурсии,
• лабораторные работы,
• эксплуатационная практика,
• студенческие исследовательские работы,
• преддипломная практика,
• выполнение дипломных работ.

Все занятия обеспечены методическими материалами и пособиями.

Ежегодно в учебном процессе с использованием реактора участвует более 600 студентов МИФИ.

В АЦ МИФИ повышали научную квалификацию десятки преподавателей кафедр, апробировались новые формы обучения студентов, были реализованы несколько программ переподготовки специалистов для отечественных и зарубежных научных центров.

Широкое привлечение студентов, аспирантов и преподавателей к работам в АЦ МИФИ позволило существенно улучшить качество подготовки специалистов и способствовало приобретению практических навыков выпускниками института. За время эксплуатации реактора в различных формах учебной работы на реакторе и его исследовательских комплексах участвовали более 14 тысяч студентов МИФИ. Более 6 тысяч школьников, студентов, сотрудников других учебных организаций ознакомились со спецификой эксплуатации и использования реактора в форме лекций-экскурсий. Результаты научных исследований на ИРТ отражены в 120 диссертациях, 15 из которых – докторские, опубликованы в 1800 научных статьях.

На европейской части России реактор МИФИ является единственным функционирующим в составе многопрофильного учебного заведения. Успешная эксплуатация и освоение реактора как мощного источника излучения позволили на базе ИРТ создать вузовский центр подготовки высококвалифицированных специалистов для атомной энергетики и экспериментальной физики, успешно развивать исследования по актуальным направлениям науки и техники.

Атомный центр является примером того, как интеллектуальный потенциал специалистов в области ядерной физики и техники используется для фундаментальных и прикладных исследований на уникальных экспериментальных установках на ядерном реакторе ИРТ МИФИ. Проводимые работы помимо прямых фундаментальных и прикладных результатов всероссийского и международного уровня обеспечат сохранение и развитие научного, методического и кадрового потенциала высшей школы.

Контактная информация:

Атомный центр МИФИ
Тел./факс: +7(499) 324-70-25
E-mail: AAPortnov@mephi.ru