1. Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом»
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ –
ФИЗИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Имени А.И. Лейпунского
Отчет по выполнению годового учебного плана
Аспиранта ИЯРиТ, ГНЦ РФ - ФЭИ
Ехлакова Ильи Александровича
Срок обучения: 1.04.2011 – 31.03.2014
Тема: Оптимизация системы радиационной защиты с учетом компоновки
подсистем космического аппарата и ядерной энергетической установки
Научный руководитель начальник отдела № 12
к.ф.м.н. Пышко Александр Павлович
Обнинск, 2013

3. Задача определения оптимального Поиск максимума Оптимальный профиль
профиля защитных слоев решается функционала защитного слоя
методом теории оптимального осуществляется с помощью
управления Л.С. Понтрягина и алгоритма искуственной
состоит в максимализации пчелиной колонии
функционала
T
J   f 0 (x(t), u(t ))dt
t0
t  S  R 2
где x(t) - распределение
тока вклада разных компонентов
реакторного излучения на
поверхности защитного слоя, а
роль управления u(t) играет его
толщина, R – радиус на
поверхности не профилированного
слоя радиационной защиты

4. 1) Для тяжелого компонента защиты наивысшая эффективность
обедненного U или W доказывается строго
 tot       p ;  ph  Z 5 ,  p  Z 2 ,  ~ Z
ph C C
но Комптон актуален только при E < 0.1 MэВ, где низкие дозовые
коэффициенты, а сечение поглощения высоки из-за фотоэффекта
Z
1,45
1.6 1.7
в то же время N~Z для тяжелых ядер, для стабильных N
2) Для легких материалов вопрос всегда будет открыт по мере открытия
новых материалов в высокой гравиметрической плотностью водорода
Наибольший интерес вызвали NaBH 4 и Na2 B12 H12

5. Шести параметрическая задача решалась в 2 итерации. На первом этапе
определялся облик радиационной защиты, удовлетворяющей условиям
6 6
FCP  F0  W (h2 ) W (h4 )  W (h6 ); D  D0 W1 (h1 ) W (h3 ) W3 (h5 )   ( Si
1
n
2
n
3
n
CP
p
2
p p
 Wi p (hi ))
i 1 i 1,i  6
Оптимизация производилась модифицированным алгоритмом роя частиц, с
добавлением частиц-разведчиков и уникального поведения каждой частицы
 n1   n  c1rand ()( pn  xn )  c2 rand ()( g n  xn )
i i
На втором этапе уточнялись сечения с учетом найденной оптимальной компоновки
и определялись окончательные толщины. Вариант с использованием NaBH4
оказался на 80 кг тяжелее варианта с использованием LiH

6. Для успешного решения задач расчета и оптимизации радиационной защиты в
GEANT4 требуется решить 3 проблемы:
1) Создать методику расчета потоков в точечном детекторе (решается с
помощью GAMOS)
2) Создать методику расчета по частям (решена для рассеянного излучения)
3) Адаптация GEANT4 к расчету реакторных систем. (О достижениях ниже)

7. 1) Исследование влияния
магнитосферной плазмы
2) Исследование влияния ионов
4He, 12C, 16O, 56Fe
2) Легитимизация энергетических
границ применяемых спектров с
использованием спектров до 50 ГэВ,
рассчитанных с помощью CRÈME-96
4) Коррекция физической модели,
расчет вкладов фотоядерных реакций,
радиоактивных распадов и др.
5) Корректировка расчетной
модели, указание на необходимость
исследования процессов
непосредственно в активной зоне
6) Расчет результатов воздействия
тяжелых заряженных частиц (100ГэВ
Циановым цветом отображются -100ТэВ)
треки протонов, желтым – нейтронов, 7) Исследование влияния солнечных
зеленым – гамма-квантов вспышек

8. Для заряженной частицы с энергией
100 ТЭВ общий поток первичных
нейтронов в ЭГК может оставлять 7-
8 тысяч и производить до 2.5 тысяч
первичных делений.
Были получены динамика делений и
энерговыделения в каждом ЭГК, но
для проверки этих результатов
требуется разработка методики
расчета keff с помощью GEANT4
Инфографика события с участием 100
ТэВ-ного протона:
>100 первичных нейтронов в ЭГК
10-100 первичных нейтронов в ЭГК
0-10 первичных нейтронов в ЭГК

9. Оценки удельных утечек (на 1 Вт тепловой
мощности) для ТРП типа «ТОПАЗ»:
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,
5 101 дейтронов,
1.7 100 тритонов,
3 101 ядер 7Li.
Проведенные оценки показали
безопасность космических ЯЭУ для
экологии космического пространства

10. • Представлено 2 доклада на IV Всероссийский межотраслевой
молодёжный научно-технический форум «Молодёжь и будущее
авиации и космонавтики – 2012».(ВВЦ, Москва). Результат:
диплом за 2 место, грамота, предложение публикации в журнале
«Труды МАИ» из списка ВАК (+SCOPUS).
• Представлено 3 доклада на ХI научно-техническую
конференцию «Молодежь в науке». (г. Саров) Результат:
доклады будут опубликованы в июне в сборнике конференции.
Один из докладов был зачитан как пленарный.
• Представлено 2 доклада на научно-техническая конференция
"Возможности использования ЯЭУ для решения задач ближнего
космоса и энергоснабжения напланетных станций и КА
исследования дальних планет« (ОАО «Красная Звезда»,
Москва)