1. Государственная корпорация «РОСАТОМ»
ФГУП ГНЦ РФ-
Физико-энергетический институт
им. А.И. Лейпунского
Алексеев П.А., Ехлаков И.А.
Космическая ЯЭУ как источник излучений
в космическое пространство
ХI научно-техническая конференция «Молодежь в науке»
г. Саров
7-9 ноября 2012 г.

2. Космические ядерные энергетические
установки
• Одним из основных направлений
развития современной
космической ядерной энергетики
являются усовершенствованные
ТРП типа «ТОПАЗ» мощностью в
от десятков до сотен киловатт.

3. КЯЭУ типа «ТОПАЗ»
• В отличие от наземных ядерных реакторов, излучение космической ЯЭУ
экранируется лишь для малого телесного угла, в котором располагаются
радиационно-чувствительные элементы КА. В остальных направлениях
активная зона и окружающая среда разделяются лишь слоем
конструкционных элементов ЯЭУ толщиной несколько сантиметров, что
существенно расширяет физику утечек реакторных излучений, способных
оказывать влияние на другие космические аппараты и экологию космического
пространства.

4. Физика утечек из отражателей
КЯЭУ
• Утечка фотонов и нейтронов непосредственно из активной зоны
КЯЭУ
• Утечка электронов из отражателей в результате ионизации
бериллия.
• Образование электрон-позитронных пар
• Выбивание ионов конструкционных материалов из
кристаллической решетки
• Нейтронно-ядерные и фотоядерные реакции.
Пороги и структура сечений вышеперечисленных реакций были
исследованы с помощью инструмента «калькулятор и графическая система для
параметров атомных ядер и характеристик ядерных реакций и радиоактивных
распадов» Центра Данных Фотоядерных Экспериментов НИИЯФ МГУ (Россия)
и поисковой системы SIGMA Национального Центра Ядерных Данных
Брукхэвенской Национальной Лаборатории (США) для корректного построения
компьютерных моделей.

5. Расчетная модель
• С помощью программного комплекса MCNP рассчитывались утречки
нейтронов, фотонов, электронов и их спектры, а также определялись
энергетические, пространственные и угловые распределения нейтронов и
фотонов у внутренней поверхности бокового и торцевого отражателя в
соответствии с которыми облучались модели, построенные в GEANT4

6. Физические процессы, задействованные в расчете
на GEANT4
• Для фотонов были подключены процессы комптоновского
рассеяния, фотоэлектрического эффекта, процесса образования
электрон-позитронных пар и фотоядерных реакций.
• Для электронов и позитронов были подключены процессы
многократного кулоновского рассеяния, ионизационных потерь,
тормозного излучения и электроядерных взаимодействий. Для
позитронов также подключался процесс позитронной аннигиляции.
• Для ионов были подключены процессы многократного
кулоновского рассеяния, ионизационных потерь, переноса через
геометрию детектора и упругого и неупругого рассеяния адронов.
Для описания упругого рассеяния применялась модель LElastic.
Неупругое рассеяние описывалось моделью бинарных каскадов для
легких ионов.

7. • Для нейтронов были подключены процессы упругого и неупругого
рассеяния адронов и нейтронного захвата. Для описания упругого
рассеяния нейтронов применялась модель G4NeutronHPElastic и пакет
сечений G4NeutronHPElasticData. Для описания неупругого рассеяния
нейтронов применялись модель G4NeutronHPInelastic и пакет сечений
G4NeutronHPInelasticData. Процесс нейтронного захвата описывался
моделью G4NeutronHPCapture и пакетом сечений
G4NeutronHPCaptureData. Процесс деления ядер нейтронами не был
включен в моделирование, так как отражатели состоят лишь из очень
легких элементов, для которых деление невозможно.

8. Полученные результаты
• Произведенные вычисления для ТРП типа «ТОПАЗ» дали оценки
удельных утечек (на 1 Вт тепловой мощности):
• 1.1∙1010 нейтронов в секунду,
• 3.2∙1010 фотонов в секунду,
• 2.3∙108 электронов в секунду,
• 1.0∙107 позитронов в секунду,
• 2.4∙104 альфа-частиц в секунду,
• 3.4∙103 ядер 6He,
• 1.3∙105 ядер 9Be,
• 1∙10-1 протонов,
• 5∙10-1 дейтронов,
• 1.7∙100 тритонов,
• 3∙10-1 ядер 7Li.

9. Спектры утечек

10. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!