Прикладные исследования

На кафедре квантовой статистики и теории поля совместно с Лабораторией нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований (ЛНФ ОИЯИ, г. Дубна) ведется совместная научная работа по теоретическому исследованию эффекта динамического изгиба топливных элементов (ТВЭЛов) пульсирующих реакторов, таких как ИБР-2 и проектируемого НЕПТУН.

Рис. 1

Реактор данного типа является единственным в мире и находится в ЛНФ ОИЯИ. На рис. 1—5 показано схематическое устройство пульсирующего реактора и приведена иллюстрация принципа его действия. Вращающиеся в противоположных направлениях маховики, изображенные на рис. 1, при встрече в верхнем положении (рис. 1) создают импульс нейтронов в активной области реактора (рис. 2). Центральная область реактора (рис. 2) содержит набор из стержней с таблетками ядерного топлива (ТВЭЛ). В таких исследовательских ядерных реакторах генерация мощности происходит с использованием модуляции реактивности с частотой от 5 до 50 Гц в зависимости от конкретной конструкции. В результате ТВЭЛы подвержены периодическому импульсному тепловому воздействию (рис. 2, 3).

Рис. 2

Рис. 3

Наличие упругих свойств ТВЭЛа и периодическое неравномерное изменение его температуры приводит к возникновению поперечных колебаний (см. рис. 3-5). Такое поведение ТВЭЛа может существенно повлиять на изменение параметров реактивности и мощности, что в свою очередь может оказать влияние на стабильность работы реактора.

Рис. 4

Рис. 5

Несмотря на прикладной аспект проблемы, её решение имеет выход на задачи построения точных решений уравнений Шрёдингера и цепочки уравнений Власова. Рассматриваемая динамическая система уравнений имеет точки бифуркации и открывает целый пласт новых эффектов и материала для теоретического их исследования.