Анотація до роботи:

Тарасов В.О. Нейтринна діагностика швидкого уран-плутонієвого реактору IV покоління. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.16 – фізика ядра, елементарних частинок і високих енергій. - Одеський національний державний політехнічний університет, Одеса, 2008.

Дисертацію присвячено розробці методу дистанційної нейтринної діагностики внутришньнореакторних процесів, дослідженню методом математичного моделювання кінетики швидкого уран-плутонієвого реактору типу Феоктистова і розробці теорії нелінійних дисипативних структур нерівноважної системи «метал + навантаження + опромінення», яка встановлює прямі та зворотні зв’язки між базовими кінетиками реактору, теплопереносу та радіаційних дефектів.

Розроблено метод нейтринної діагностики внутришньнореакторних процесів, котрий на основі статистики реєстрації антинейтрино дозволяє шляхом вирішення оберненої задачі судити про динаміку вимірюваній одночасно всій сукупності головних фізико-енергетичних параметрів активної зони реактору: потужності, енерговиділення, концентрацій ізотопного складу ядерного палива і суміші його продуктів поділу.

Визначено кінетику реактору типу Феоктистова, який характеризується рядом принципових для розвинутої теорії нелінійних дисипативних структур особливостей, головною з яких є нерівноважність уран-плутонієвої середи, що поділяється, в умовах високих інтенсивностей нейтронного опромінення та високих температур.

Розроблено теорію нелінійних дисипативних структур нерівноважної системи «метал + навантаження + опромінення», яка встановлює прямі та зворотні зв’язки між базовими кінетиками реактору, теплопереносу та радіаційних дефектів.

Запропоновано гіпотезу геореактору типу Л. Феоктистова на границі твердого і рідкого ядра Землі, а також розроблено методи нейтринної діагностики такого георектора.

1. Розроблено модифікований метод дистанційної нейтринної діагностики внутрішньореакторних процесів, який на основі статистики реєстрації антинейтрино й вимірювання енергетичних спектрів антинейтрино дозволяє шляхом розв’язання оберненої задачі судити про динаміку змін одночасно всієї сукупності основних фізико-енергетичних параметрів активної зони реактора: потужності, енерговидеління, концентрацій ізотопного складу ядерного палива і суміші продуктів його поділу. Верифікація розв’язку оберненої задачі нейтринної діагностики активної зони реактора, що проведена на основі відомих експериментальних даних, показує високу точність відновлених параметрів активної зони реактора (порядку 5-6%).

2. Вперше запропоновано узагальнену кінетику реактора типу Феоктістова, що враховує прямі і зворотні зв'язки між базовими кінетиками реактору, теплопереносу і радіаційних дефектів, а також ряд принципових для розвинутої теорії нелінійних дисипативних структур особливостей, головною з яких є нерівноважність уран-плутонієвого середовища, що поділяється, в умовах високих інтенсивностей нейтронного опромінення і високих температур.

3. Вперше отримано аналітичний розв’язок нейтронно-кінетичного рівняння Ван Дама, що описує кінетику солітоноподібної хвилі ядерного горіння в рамках одномірного одногрупового дифузійного наближення із зворотнім зв’язком по реактивності. Визначено умови запалювання солітоноподібної хвилі ядерного горіння. Для уран-плутонієвих реакторів типу Феоктистова показано, що величина максимуму концентрації плутонію в зоні ядерного горіння визначає так звані режими «повільного» або «надповільного» ядерного горіння.

4. Вперше проведено обчислювальний експеримент з 3-D моделювання швидкого уран-плутонієвого реактора Феоктистова, який підтверджує існування хвилі повільного ядерного горіння в 3-D середовищі. Обчислювальний експеримент проведено також з використанням технології GRID (Білефельдский університет, Німеччина).

5. Вперше розроблено теорію нелінійних дисипативних структур нерівноважної системи «метал + навантаження + опромінення», яка встановлює прямі і зворотні зв'язки між базовими кінетиками хвильового реактора типу Феоктістова, а саме, кінетиками нейтронів, паливних нуклідів, теплопереносу і радіаційних дефектів. Показано, що кінетичні рівняння для всіх базових кінетик реактора є дифузійними рівняннями з нелінійними джерелами степеневого типу. При цьому вперше встановлено, що нелінійні джерела кінетики реактора і кінетики теплопереносу обумовлені механізмами екзотермічного автокаталізу, тоді як для кінетики дефектів такий вид джерела одержав пояснення на основі автокаталітичних механізмів народження й загибелі точкових дефектів при русі дислокації із внутрішньою структурою (перегинами й сходинками), а для паливних металів він обумовлений ще й екзотермічним автокаталізом, викликаним реакціями ядерних поділів.

6. В рамках запропонованої теорії отримано нові механізми:

- радіаційної повзучості, який в рамках моделі дислокації як неідеального стоку (дислокація із внутрішньою структурою) обумовлений автокаталітичним характером кінетики народження і загибелі точкових дефектів;

- радіаційного розпухання, обумовлений впливом на кінетику пор автокаталітичного характеру кінетики точкових дефектів;

- радіаційної міцності, обумовлений пружно-пластичним розвитком тріщин, який, у свою чергу, визначається кінетикою дислокаційної системи в зоні пластичності тріщини, що залежить від автокаталітичного механізму кінетики точкових дефектів;

- стохастичних режимів варіацій нейтронного потоку аж до повного хаосу, пов’язаний з автокаталітичними механізмами радіаційної повзучості і радіаційного розпухання як палива, так й конструкційних матеріалів.

7. Вперше розроблено теорію спрощеної кінетичної системи для дефектів нерівноважної системи «метал + навантаження + опромінення» як при фіксованій вихідній щільності дислокацій, так й при дії дислокаційних джерел Франка-Ріда.

8. Для уран-плутонієвого середовища, що поділяється, за допомогою математичного моделювання отримані залежності щільності теплового джерела від температури середовища, що поділяється, при різних концентраціях плутонію. Отримані залежності демонструють нелінійний по температурі середовища характер теплового джерела з показником степеня більшим за одиницю, що є необхідною умовою для реалізації режимів із загостренням Курдюмова.

9. Розроблено модифікований крос-кореляційний метод пасивної локації місця розташування нейтринних джерел. На основі цього методу запропоновано можливу структуру автоматичної системи дистанційного безперервного контролю за вигорянням і швидкістю радіаційної повзучості реакторного палива з урахуванням його розташування в активній зоні реактору.

10. Вперше отримано посередній доказ існування геореактору типу Феоктістова на границі твердого і рідкого ядра Землі, а також розроблено методи нейтринної діагностики геореактору. Показано, що геореактор потужністю 30 ТВт пояснює радіальний розподіл ізотопного відношення ³He/⁴He в інтер'єрі Землі. Отримано теоретичний повний спектр геоантинейтрино на поверхні Землі, розрахований з урахуванням роботи геореактора потужністю 30 ТВт і який добре узгоджується з експериментом. Знайдений повний спектр геоантинейтрино дозволив визначити “дійсний” спектр антинейтрино, зареєстрований від японських реакторів в KamLAND - експерименті. На основі порівняння теоретичного (очікуваного з урахуванням роботи геореактору) та експериментального KamLAND спектрів реакторних антинейтрино отримано оцінки параметрів змішування (sin²2q₁₂= 0,83, =2,5 10^-5 эВ²) .

Публікації автора:

1. Русов В.Д., Тарасов В.А., Литвинов Д.А., Шаабан И. Обратная задача нейтринной диагностики внутриреакторных процессов // Атомная энергия. 2003. №6. С. 3-12.

2. Русов В.Д., Тарасов В.А., Литвинов Д.А. Физика реакторных антинейтрино. М.: УРСС, 2008. 408 с.

3. Rusov V.D., Zelentsova T.N., Tarasov V.A., Shaaban I. Precision method for the determination of neutrino mixing angle // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Общая и ядерная фізика. 2001. №6(1). С.157-160.

4. Русов В.Д., Зеленцова Т.М., Тарасов В.О., Шаабан І. Статистичні властивості електронних антинейтрино // Доповіді НАН України. 2002. №6. С.79-83.

5. Русов В.Д., Тарасов В.А., Литвинов Д.А., Шаабан И. Об одной обратной задаче дистанционной нейтринной диагностики внутри реакторных процессов // УФЖ. 2004. Т.49, №8. С.734-742.

6. Русов В.Д., Зеленцова Т.Н., Косенко С.И., Тарасов В.А., Шаабан И., Шарф И.В. Статистика и спектр электронных антинейтрино ядерного реактора // Вестник Харьковского Университета им. В.Н. Каразина. Сер. ядра, частицы, поля. 2002. №544, Вып.1(19). С. 25-30.

7. Rusov V.D., Pavlovich V.N., Vaschenko V.N., Tarasov V.A., et al. Geoantineutrino spectrum and slow nuclear burning on the boundary of the liquid and solid phases of the Earth’s core // Journal of Geophysical Research. 2007. Vol. 112, B09203, doi: 10.1029/2005JB004212. P. 1-16.

8. Rusov V.D., Zelentsova T.N., Tarasov V.A. et al. The inverse problem of distance neutrino diagnostic of inside-reactor processes // J. of Appl. Phys. 2004. Vol. 96. P.1734-1739.

9. Русов В., Павлович В., Тарасов В., Шевченко В., Большаков В. Непов’язані з b-розпадами спектри електронів, опромінюваних тепловими нейтронами фольги з ²³⁵U та ²³⁹Pu, отримані методом Монте-Карло // Вісник Львів. Ун-ту. Серія фізична. 2005. Вип. 38, част. 1. С. 36-40.

10. Русов В.Д., Зеленцова Т.Н., Косенко С.И., Тарасов В.А., Шаабан И., Шарф И.В. Прецизионный метод определения угла смешивания нейтрино // Вестник Харьковского Университета им. В.Н. Каразина. Сер. ядра, частицы, поля. 2001. №541, Вып. 4 (16). С. 3-9.

11. Русов В., В. Тарасов В., Лiтвiнов Д. Обчислення антинейтринних спектрiв // Вiсник Львiвського унiверситету. Серiя фiзична. 2005. Вип. 38, част. 1. С. 135-141.

12. Русов В.Д., Тарасов В.А., Терещенко Д.А. Особенности корреляционной спектрометрии реакторных антинейтрино // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2002. № 5(85). С. 81-87.

13. Русов В.Д., Тарасов В.А., Терещенко Д.А., Шаабан И. Об одной обратной задаче нейтринной диагностики внутриреакторных процессов // Вестник Харьковского Университета им. В.Н. Каразина. Сер. ядра, частицы, поля. 2002. №542, Вып. 2(16). С. 19-26.

14. Тарасов В.А., Кропачев Д.А. Реализация алгоритмов первичной обработки сигналов в системах пассивной звуковой локации // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2002. № 1. С. 17-21.

15. Русов В., Тарасов В., Лiтвiнов Д. Крос-кореляційна спектрометрія реакторних антинейтрино // Вісник Львів. Ун-ту. Серія фізична. 2005. Вип. 38, част. 1. С. 235-241.

16. Тарасов В.А., Кропачев Д.А. Корреляционная пассивная звуковая локация // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2002. №2. С. 29-34.

17. Тарасов В.А., Шаабан И. Корреляционная пассивная локация нейтринных источников внутриреакторных процессов // Ядерная и радиационная безопасность. 2002. Т. 2. С. 61-68.

18. Русов В.Д., Скалозубов В.И., Тарасов В.А. Влияние облучения на упруго-пластическое развитие трещины при циклических нагрузках, вызванных термоакустической неустойчивостью теплоносителя в активной зоне // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2002. Вып. 3(81). С. 41-43.

19. Русов В., Тарасов В., Косенко С., Большаков В.. Урахування запiзнилих нейтронiв в нестацiонарних нейтронних мультиплiкуючих системах та кiнетичнi рiвняння реактора Л.П. Феоктистова // Вiсник Львiвського унiверситету. Серiя фiзична. 2006. Вип. 39. С. 261-267.

20. Русов В.Д., Тарасов В.А., Ушеренко С.М., Овсянко М.М. Моделирование диссипативных структур и волн концентраций точечных дефектов в открытой нелинейной физической системе «металл + нагрузка + облучение» // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2001. №4 (80). С. 3-8.

21. Русов В.Д., Тарасов В.А., Ушеренко С.М., Овсянко М.М. Моделирование диссипативных структур и волн концентраций точечных дефектов в открытой нелинейной физической системе «металл + нагрузка + облучение» // Материаловедение. 2003. Вып. 2. С. 43-51.

22. Тарасов В.А. Математическое моделирование радиационной ползучести реакторного топлива на примере урана и его сплавов // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2001. №2(79). С. 23-30.

23. Тарасов В.О. Комп’ютерне моделювання радіаційной повзучості реакторного палива // УФЖ. 2000. №10. С. 23-35.

24. Тарасов В.А. Обобщенная диаграмма ползучести открытой физической системы «металл (сплав) + нагрузка + облучение» // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2000. №4(78). С. 18-19.

25 Тарасов В.А. Математическое моделирование радиационной ползучести реакторного топлива на примере урана и его сплавов // Материаловедение. 2002. Вып. 6. С. 11-17.

26. Тарасов В.А. Обобщенная диаграмма ползучести открытой физической системы «металл (сплав) + нагрузка + облучение» // Материаловедение. 2002. Вып. 1. С. 12-13.

27. Русов В.Д., Тарасов В.А., Терещенко Д.А. Механизмы радиационной ползучести металлического уранового топлива и ее температурные нелинейности // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2003. Вып. 6(84). С. 20-23.

28. Тарасов В.А. Природа инверсии кривой термической зависимости установившейся скорости радиационной ползучести открытой физической системы «металл (сплав)+нагрузка+облучение» // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2001. Вып. 7(81). С. 21-25.

29. Тарасов В.А. Природа инверсии кривой термической зависимости установившейся скорости радиационной ползучести открытой физической системы «металл (сплав)+нагрузка+облучение» // Материаловедение. 2002. Вып. 7. С. 36-39.

30. Rusov V.D., Pavlovich V.N., Vaschenko V.N., Tarasov V.A., et al. Antineutrino Spectrum of the Earth and the Problem of Oscillating Geoantineutrino Deficit // hep-ph/0312296.

31. Rusov V.D., Pavlovich V.N., Vaschenko V.N., Tarasov V.A., et al. Geoantineutrino Spectrum and Slow Nuclear Burning on the Boundary of the Liquid and Solid Phases of the Earth's core // hep-ph/0402039.

32. Русов В., Тарасов В., Боріков Т. Пружно-пластичний розвиток тріщини в разі опромінення і циклічних навантажень, зумовлених термоакустичною нестійкістю теплоносія в активній зоні // Вісник Львів. Ун-ту. Серія фізична. 2005. Вип. 38, част. 2. С. 288-293.

33. Тарасов В.А., Бориков Т.Л., Крыжановская Т.В., Чернеженко С.А., Русов В.Д. Теория диссипативных структур кинетической системы для дефектов нелинейной физической системы «металл+нагрузка+облучение». Часть 1 // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2007. Вып. 2(90). С. 63 - 71.

34. Тарасов В.А., Бориков Т.Л., Крыжановская Т.В., Чернеженко С.А., Русов В.Д. Теория диссипативных структур кинетической системы для дефектов нелинейной физической системы «металл+нагрузка+облучение». Часть 2 // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2007. Вып. 2(90). С. 72 - 75.

35. Rusov V.D., Pavlovich V.N., Vaschenko V.N., Tarasov V.A., et al. Geoantineutrino spectrum, -ratio distribution in the earth’s interior and slow nuclear burning on the boundary of the liquid and solid phases of the Earth’s core // Український антарктичний журнал. 2006. № 4-5. С. 182-202.

36. Тарасов В.А., Бориков Т.Л., Крыжановская Т.В., Чернеженко С.А., Русов В.Д. Теория диссипативных структур кинетической системы для дефектов нелинейной физической системы «металл+нагрузка+облучение». Часть 3 // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2007. Вып. 6(91). С. 18 - 28.

37. Тарасов В.А., Бориков Т.Л., Крыжановская Т.В., Чернеженко С.А., Русов В.Д. Теория диссипативных структур кинетической системы для дефектов нелинейной физической системы «металл+нагрузка+облучение». Часть 4 // Вопросы атомной науки техники. Сер. физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2007. Вып. 6(91). С. 29 - 35.