//Росатом/ ВНИИЭФ |
|
Радиационные исследования и испытанияОсновные цели ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ»- оптимизация структуры экспериментально-испытательной, производственно-технологической, вычислительной и моделирующей базы ЯОК с достижением ее качественно нового уровня, обеспечивающего разработку специальной техники, проведение исследований их стойкости к воздействию различных видов ионизирующих излучений; - совместное использование испытательного оборудования, составляющего материальную базу ЦКП и позволяющего решать весь комплекс задач с максимальной загрузкой уникальных облучательных комплексов и моделирующих установок, минимизацией затрат на выполнение работ и сокращение сроков их проведения. Основные задачи ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ» - совместное проведение, в рамках ЯОК, а также с другими заинтересованными организациями работ с использованием приборов и уникального научного оборудования ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ», участие в развитии новых методов исследований и интерпретации их результатов; - повышение эффективности использования уникального испытательного и измерительного оборудования ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ»; - проведение государственных, периодических, серийных и контрольно-серийных испытаний изделий; - выявление необходимости и востребованности заказчиками различных видов испытаний для определения направлений модернизации и развития находящейся в составе ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ» экспериментально-испытательной базы моделирующих установок, методик выполнения измерений; - разработка, сопровождение и совершенствование методологии проведения испытаний (исследований), формирование предложений по совершенствованию методической и экспериментально-испытательной базы, в том числе методического, аппаратного и программного обеспечения, применяемого при обработке экспериментальной информации; - метрологическое сопровождение испытаний, включая аттестацию измерительного и испытательного оборудования; - развитие связей ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ» с центрами коллективного пользования предприятий ядерного оружейного комплекса и сторонних организаций. Организационная структура и состав ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ» ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ» функционирует на базе Института ядерной и радиационной физики (ИЯРФ) ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». Основные виды предоставляемых услуг ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ» - проведение исследований и испытаний стойкости специзделий, их элементов, электронно-компонентной базы, радиоэлектронной аппаратуры, включая ракетно-космическую технику, на моделирующих установках и облучательных комплексах при пофакторном и комплексном воздействии ионизирующих излучений; - разработка методов исследований и испытаний радиационной стойкости узлов изделий, электронной компонентной базы и аппаратуры космических аппаратов к действию ионизирующих излучений искусственного и естественного происхождения; - проведение работ по разработке, применению и совершенствованию методов измерений радиометрических и дозиметрических характеристик высокоинтенсивных импульсных полей тормозного, гамма, нейтронного и электронного излучений для диагностики работы моделирующих установок и облучательных комплексов и определения параметров радиационного нагружения испытываемых объектов; - проведение научно-исследовательских работ по безопасности ядерной энергетики, изучению поведения реакторных материалов, узлов, элементов и устройств в экстремальных аварийных режимах работы ядерных энергетических установок; - проведение научно-исследовательских работ по определению и обоснованию требований к составу и характеристикам лабораторных моделирующих установок и облучательных комплексов; - обеспечение типовыми и специализированными средствами измерений характеристик ионизирующих излучений, диагностических и контрольно-измерительных аппаратурных комплексов; - разработка и внедрение автоматизированных рабочих мест для испытаний ЭКБ на основе малогабаритных ускорителей электронов. Порядок взаимодействия между ЦКП РИИ-ВНИИЭФ и заказчиком работ Работа ЦКП РИИ-ВНИИЭФ строится по единой организационной схеме, предусматривающей: - разработку исходных данных по редакции исследований и испытаний, реализуемым режимам нагружения, номенклатуре и количеству подвергаемых испытаниям изделий, а также по иным организационным и техническим условиям проведения работ; - разработку, согласование и утверждение технического задания, программ – (и) методик исследований, испытаний и измерений, программ технического обучения (стажировка, проведение практики) персонала; - разработку конструкторской и нормативно-методической документации на постановку исследований, испытаний, измерений; - изготовление и комплектацию средств исследований и испытаний, измерений и регистрации; - подготовку средств исследований и испытаний, регистрации и измерений; - адаптацию средств исследований и испытаний, измерений и регистрации с проведением методической отработки конкретного режима испытаний или поверочных опытов; - подготовку моделирующих установок (МУ) в необходимых режимах функционирования; - подготовку и проведение исследований и испытаний, выполнение измерений и регистрации; - проведение анализа и первичной обработки результатов измерений и регистрации; - проведение дефектации изделия после опытов, хранение и учет облученных образцов (при необходимости); - выпуск отчетного документа. Экспериментально-испытательная база ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ» Центры коллективного пользования используются в интересах всех предприятий ЯОК и оборонно-промышленного комплекса (ОПК) в целом и создаются на основе уникальных дорогостоящих комплексов и установок мирового уровня. Для моделирования комплексного воздействия гамма-нейтронного излучений по заданной функционально-временной программе в состав испытательного оборудования ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ» входят уникальные облучательные комплексы ПУЛЬСАР и ЛИУ-10М-ГИР2. Облучательный комплекс ПУЛЬСАР Базовой установкой комплекса ПУЛЬСАР является мощный импульсный линейный индукционный ускоритель электронов ЛИУ-30. В состав комплекса входит бустер-реактор БР-1М, который предназначен для генерации гамма-нейтронного излучения как автономно, так и совместно с ускорителем ЛИУ-30. Кроме того, в состав комплекса входит ряд других электрофизических установок: импульсный ускоритель электронов СТРАУС-2, два генератора импульсов рентгеновского излучения ИЛТИ-1, резонансный ускоритель электронов ЛУ-7-2 и малогабаритный импульсный ускоритель электронов АРСА, размещенные в облучательном зале комплекса. Схема одного из возможных вариантов размещения установок комплекса ПУЛЬСАР представлена на рис.1, а основные характеристики установок приведены в таблице1. Габариты экспериментального зала с размерами (24x12,8x10)м3 позволяют облучать крупногабаритные узлы и изделия. Рис. 1 - Схема размещения установок облучательного комплекса ПУЛЬСАР 1 - ускоритель ИЛТИ-1; 2 - бустер-реактор БР-1; 3 - облучаемый объект; 4 - ускоритель СТРАУС-2; 5 - ускоритель АРСА; 6 - ускоритель ЛИУ-30; 7 - ускорительный зал; 8 - облучательный зал; 9 - реакторное помещение; 10 – ускоритель ЛУ-7-2 Таблица 1 – Состав и характеристики облучательного комплекса ПУЛЬСАР
Ускоритель ЛИУ-30, введенный в эксплуатацию в 1988 г., позволяет получать рекордную для установок своего класса энергию ускоренных электронов до 40 МэВ при токе пучка ~ 100 кА в импульсе длительностью ~ 20 нс и является одним из наиболее мощных в мире источников коротких импульсов тормозного излучения (ТИ). Общий вид ускорителя ЛИУ-30 представлен на рис.2. Примечание - Рγ1М(Pти1М), Dγ1М(Dти1М), Фн1М – мощность дозы, доза гамма-излучения, тормозного излучения и флюенс нейтронов на расстоянии 1 м от установки на площади диаметром Ø. *) – импульсы установок можно синхронизировать по заданной временной программе для обеспечения комплексного воздействия ионизирующих излучений на исследуемые объекты.
Реактор БР-1М - импульсный реактор с металлической активной зоной (АЗ) (бустер-реактор). Общая масса топливного сплава в АЗ – 172.9 кг. Материал АЗ - сплав высокообогащенного (90% по 235U) урана с молибденом (10 масс. %) В зале совместной работы с другими установками комплекса ПУЛЬСАР центр АЗ БР 1М может располагаться на базе 3 м от центральной оси зала, совпадающей с осью ЛИУ-30, в сторону одной из боковых стен и на расстоянии 2.2 м от одной из торцевых стен (рис.3). Реактор также может работать в автономном режиме в изолированном каземате. При автономной работе реактор БР 1М размещается в зале с размерами (14x10x8)м3 в фиксированной позиции.
Перемещаемый ускоритель электронов СТРАУС-2 (рис.4) предназначен для моделирования последовательного во времени воздействия двух или трех импульсов ТИ при его совместной работе с ускорителем ЛИУ-30 в одноимпульсном или двухимпульсном режимах работы. В автономном режиме функционирования ускоритель обеспечивает нагружение отдельных приборов и узлов излучением с более мягким, чем у ЛИУ-30, спектром, а также проведение облучательных опытов, в редакции которых не требуются высокие значения дозы и мощности дозы ТИ ЛИУ-30.
Малогабаритный ускоритель АРСА (рис.6) предназначен для моделирования воздействия импульсного гамма-излучения на изделия электронной техники. Габариты ускорителя: Ø0.2 м, длина – 0.9 м. Точность синхронизации с другими электрофизическими установками комплекса ±0.1 мкс.
Линейный резонансный ускоритель ЛУ-7-2 (рис.7) предназначен для генерации ТИ в течение длительного времени и испытаний на дозовую стойкость. Характеристики ускорителя ЛУ-7-2: энергия электронов - 6,5 МэВ; длительность импульсов - 4,5 мкс; средняя мощность пучка электронов – 2 кВт; средняя мощность экспозиционной дозы ТИ - до 25 Р/с на площади 800 см2 с неоднородностью не хуже 30%; частота повторения импульсов - 600 Гц.
Облучательный комплекс ЛИУ-10М-ГИР-2. Облучательный комплекс ЛИУ-10М-ГИР-2 введен в эксплуатацию в 1994 г. Он заменил первый облучательный комплекс ЛИУ-10-ГИР. Схема размещения установок комплекса приведена на рис.8, а основные характеристики установок представлены в таблице 2. ОК создан на базе линейного индукционного ускорителя ЛИУ-10М (рис.9) и импульсного ядерного реактора ГИР-2. Предусмотрена возможность совместной работы с включением по заданной временной программе ускорителей ЛИУ-10М и СТРАУС-2 при размещении последнего в облучательном зале комплекса. В состав комплекса входит также малогабаритный импульсный ускоритель электронов АРСА. Рис.8 - Схема размещения установок комплекса ЛИУ-10М-ГИР-2 1,2 - ускорительный и облучательный залы; 3 - защитная стена; 4 - шибер; 5 -тракт транспортировки пучка; 6 - рельсовая колея реактора; 7 - биологическая защита АЗ; 8 - откатная пробка; 9 - два возможных места размещения ускорителя СТРАУС-2; 10 - проем ворот; 11 - выводное устройство ЛИУ-10М. Таблица 2 - Состав и характеристики облучательного комплекса ЛИУ-10М-ГИР-2
Примечание - Рγ1М(Pти1М), Dγ1М(Dти1М), Фн1М – мощность дозы, доза гамма-излучения, тормозного излучения и флюенс нейтронов на расстоянии 1 м от установки на площади диаметром Ø. Рис.9 Ускоритель ЛИУ-10М выполнен на основе разработанных во ВНИИЭФ ступенчатых формирующих линий, обеспечивающих в результате волновых процессов повышение в несколько раз выходного ускоряющего напряжения по сравнению с зарядным напряжением линии. Размеры ускоряющей системы без тракта транспортировки – (12×3,5×2,4) м3.Реактор ГИР-2 (гамма-источник реакторный) - импульсный реактор с металлической АЗ и отражателем нейтронов, который одновременно является (n, γ) конвертором (рис.10). Материал АЗ - сплав обогащенного (от 36% до 90% по 235U) урана с молибденом (9 масс. %). Общая масса топлива в АЗ – 178 кг. Реактор ГИР-1 был введен в эксплуатацию в 1984 г., а нынешняя модификация (ГИР-2) – в 1993 г. Рис.10 Облучение на реакторе ГИР-2 может проводиться только снаружи АЗ в зале с размерами (10×10×8) м3. Автономные ускорители электронов. Для проведения исследований радиационной стойкости во ВНИИЭФ используются импульсный ускоритель электронов прямого действия РИУС-5, а также линейный резонансный ускоритель ЛУ-10-20.Общий вид ускорителя РИУС-5 показан на рис.11. Наиболее часто используются два режима генерации ТИ. В них получены: ток электронов 5 и 7 кА; ускоряющее напряжение 3 и 2 МВ; длительности импульсов ТИ 15 и 35 нс; мощность дозы до 1•1011Р/с. Рис.11 Для моделирования эффектов дозового воздействия гамма-излучения используется линейный резонансный ускоритель электронов ЛУ-10-20, общий вид которого показан на рис.12.Рис.12 Характеристики ускорителя ЛУ-10-20: энергия ускоренных электронов (регулируемая) - 5÷9 МэВ; средний ток – 1,3 мА; длительность импульсов – 3,5 мкс; частота повторения импульсов - 10÷1000 Гц; мощность поглощенной дозы электронного излучения вблизи выходного окна - до 5 Мрад/с; мощность экспозиционной дозы ТИ на расстоянии 1м от мишени на площади Ø 0.2 м с неоднородностью не хуже 30% - до 160 Р/с. Средняя мощность пучка электронов - 10 кВт. Система развёртки электронного пучка и транспортировочная линия позволяют облучать объекты шириной до 700 мм, длиной до 2000 мм и высотой до 750 мм.В целях развития испытательного парка в РФЯЦ-ВНИИЭФ ведутся работы по созданию многомодульной мультитераваттной установки «Гамма», предназначенной для получения на площади до 1 м2 мощных импульсов тормозного излучения с максимальной энергией квантов до 2 МэВ. Предполагается, что установка будет состоять из нескольких одинаковых модулей. Общий вид ускорителя «Гамма-1» показан на рис13. Рис.13 Выходные характеристики ускорителя: электрическая мощность – 1,5 ТВт, энергия электронного пучка – 80 кДж, Ртиmax=6∙1011 Р/с в Ø7 см на расстоянии 5 см от мишени, длительность импульса ТИ на половине высоты (45-50) нс.Импульсные ядерные реакторы. В настоящее время в ЦКП, кроме БР-1М и ГИР-2, имеется 3 импульсных ядерных реактора: БР-К1, ВИР-2М, БИГР. Данные установки различны по конструкции, составу топлива и своим основным параметрам. Основные характеристики импульсов перечисленных ИЯР приведены в таблице 3. Установки оснащены различными экспериментальными устройствами, позволяющими изменять соотношение нейтронной и гамма-составляющих ИИ для целей расширения экспериментальных возможностей. Таблица 3 – Характеристики импульсных ядерных реакторов РФЯЦ-ВНИИЭФ
Реактор БР-К1 (бустер-реактор “Каскад”, вариант 1) - импульсный реактор с металлической АЗ. Реактор введен в эксплуатацию в 1995 г. и представляет собой многоцелевую ядерно-физическую установку, предназначенную как для апробации элементов концептуального проекта двухсекционного бустер-реактора “Каскад” (БР-К), так и для проведения различных облучательных экспериментов. Реактор ВИР-2М (водный импульсный реактор) - импульсный реактор с растворной АЗ эксплуатируется с 1980 г. С новым корпусом – с 2001 г. Максимальное энерговыделение в импульсе - 56 МДж полуширина импульса Т1/2=3 мс. Возможна также работа в статическом режиме на мощности до десятков киловатт. Облучение испытуемых объектов может производиться в двух экспериментальных каналах – центральном и полусферическом, а также в любой точке нижнего зала размером (10x10x2,5)м3. Реактор БИГР (быстрый импульсный графитовый реактор), введенный в эксплуатацию в 1977 г., является самым мощным в мире импульсным реактором с жестким нейтронным спектром. Облучение возможно в центральном канале (ЦК) в контейнере (диаметр – 10 см, высота – 550 см) и снаружи АЗ в зале размером (11,5x10x8)м3. Ввиду высокого уровня остаточного гамма-излучения облучаемые объекты доставляются к АЗ (с противоположных сторон) дистанционно на двух специальных тележках. Реактор оснащен пневматическим ударно-испытательным стендом УИС-5, что позволяет моделировать комплексные воздействия ионизирующих излучений и ударных нагрузок. Установки ЛИУ-30, ЛИУ-10М, СТРАУС-2, ИЛТИ-1, ЛУ-10-20, РИУС-5, АРСА, БР-1М, БИГР, ГИР-2, ВИР-2М, БР-К1, ЛУ-7-2, Гамма-1 аттестованы в качестве испытательного оборудования (моделирующих установок) для проведения испытаний изделий на воздействие ИИ. Аттестация проведена в соответствии с ГОСТ Р 8.568-97 аттестационной комиссией с участием 32 ГНИИИ Минобороны РФ. Подтверждена пригодность МУ для использования при испытаниях на радиационную стойкость аппаратуры, приборов, устройств, оборудования, изделий электронной техники, квантовой электроники и электротехнических военного назначения и иных технических устройств и материалов. В ЦКП широко используются малогабаритные рентгеновские аппараты серии Аргумент для целей:
Ускоритель используется Характеристики ускорителя: - амплитуда импульса ускоряющего напряжения - до 1МВ; - амплитуда тока электронов - до 2 кА; - доза электронного излучения на окне трубки 7,50 кГр;- доза тормозного излучения (мишень 50мкм Та) на окне трубки 0,25 Гр; - максимальный диаметр пятна излучения на окне трубки 12 мм; - длительность электронного и тормозного импульсов (на полувысоте) - 0,15 нс. Общий вид ускорителя приведен на рис.14. Габаритные размеры: ширина 0,6 м, длина 2,2 м Рис.14 В целях обеспечения стойкости техники к специальным факторам проводятся расчеты ионизационного и термического действия проникающей радиации на приборы РЭА, ЭКБ и силовые оболочки в сложных технических системах по методикам:
необходимости, имеющееся аппаратурное оснащение может быть использовано для измерений радиационной реакции испытуемых объектов. Заключение: В настоящее время РФЯЦ-ВНИИЭФ располагает уникальным парком ускорителей электронов и импульсных ядерных реакторов, а также двумя специализированными облучательными комплексами. Это позволяет обеспечить облучение различных изделий РЭА, ЭКБ и материалов тормозным и гамма-нейтронным излучением, параметры которого могут изменяться в широких пределах. На установках постоянно ведутся работы по поддержанию заявленного ранее уровня выходных параметров и по освоению новых режимов их функционирования. Деятельность ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ» осуществляется в соответствии с положением о ЦКП, «Регламентом взаимодействия при предоставлении услуг годовым координационным планом работы.Проведение исследований и испытаний, НИР и ОКР, обучение (стажировка, проведение практики) персонала в ЦКП "РИИ-ВНИИЭФ" осуществляется на основании заключенного договора (заключается от имени ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"), технического задания к договору, календарного плана и протокола соглашения о договорной цене. ЦКП «РИИ-ВНИИЭФ» обеспечивает объективность, достоверность, точность и воспроизводимость результатов испытаний. Испытательный центр (ИЦ) ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» соответствует требованиям ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2009 и РД В 319.006-97, аккредитован Центральным органом Системы «Военэлектронсерт» в качестве ИЦ на право проведения сертификационных испытаний электронной компонентной базы отечественного и иностранного производства в аккредитованной области. Для проведения радиационных исследований и испытаний в ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ имеются: лицензия № 77.99.15.002.Л.000056.03.10 от 05.03.12 на осуществление деятельности в области использования источников ионизирующего излучения (генерирующих), лицензия № 1320 от 05.03.12 на осуществление работ с использованием сведений, составляющих государственную тайну. |