Выпуск 11/2007

Научно-исследовательское издание «Труды РФЯЦ-ВНИИЭФ»

ISBN 5-9515-0074-5

РАЗДЕЛ 1. ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

УДК 533.9, 519.63
В. В. Ватулин, А. А. Базин, И. М. Беляков, О. А. Винокуров, О. Е. Власова, А. С. Гнутов, Г. М. Елисеев, Н. В. Жидков, Н. И. Рябикина, Н. П. Плетенева, Р. М. Шагалиев, С. И. Скрыпник, А. В. Харитонов РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИИ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

Свойства материи в экстремальных условиях (высокие температура, плотность и давление) являются объектом интенсивных исследований физиков. Такие условия реализуются, например, в космических объектах. На установке "Искра-5" проводятся исследования взаимодействия рентгеновского излучения с плазмой. В работе представлены новые результаты исследования процесса переноса рентгеновского излучения в различных каналах и прогрева фольг рентгеновским излучением. Другим источником излучений для исследования свойств вещества в области высоких плотностей и температур являются импульсные ускорители ионов. Обсуждаются перспективы будущих исследований на установке ИТЭФ-ТВН.

УДК 621.384.6
Э. Г. Балдина¹⁾, Н. Г. Борисенко²⁾, В. В. Ватулин, И. Визар³⁾, А. С. Гнутов⁴⁾, А. А. Голубев⁵⁾, А. В. Кунин, В. Е. Лукьяшин⁵⁾, В. И. Туртиков⁵⁾, Д. Хоффманн⁶⁾, Б. Ю. Шарков⁵⁾, И. Якоби³⁾ ИЗМЕРЕНИЕ ПОЛНОГО ПРОБЕГА И УДЕЛЬНОГО ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ ПУЧКА ИОНОВ УРАНА В ПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ МИШЕНЯХ

¹⁾Объединенный институт ядерных исследований, Дубна
²⁾Физический институт РАН, Москва
³⁾Общество тяжелоионных исследований, Дармштадт, Германия
⁴⁾Саровский физико-технический институт, Саров
⁵⁾Государственный научный центр – ИТЭФ, Москва
⁶⁾Технический университет, Дармштадт, Германия

Приводятся постановка и результаты измерений полного пробега и профиля энерговыделения dE/dx ионов урана в пористой мишени из графита при вариации плотности мишени. Эксперименты проводились на ускорителе тяжелых ионов SIS-18 в ГСИ (Германия) коллективом сотрудников ВНИИЭФ, ИТЭФ, ГСИ и Технического университета г. Дармштадта. В модели хаотично расположенных зерен графита рассматривается влияние пористости материала мишени на профиль dE/dx.

УДК 533.9
А. В. Городничев, Г. В. Долголева, В. А. Жмайло, Е. А. Новикова, В. П. Стаценко ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПУЛЬСАРНОГО ВЕТРА С ОБОЛОЧКОЙ СВЕРХНОВОЙ В КРАБОВИДНОЙ ТУМАННОСТИ

Приведены постановка и результаты одно- и двумерных расчетов разлета оболочки Сверхновой и ее турбулентного перемешивания с плазменным "ветром", истекающим из пульсара, расположенного в ее центре. Расчеты проведены применительно к параметрам остатков Сверхновой 1054 г (Крабовидной туманности). Цель расчетов состояла в проверке (на количественном уровне) одной из гипотез, объясняющей аномально малые размеры и "волокнистую" структуру Крабовидной туманности.

УДК 532.517.4; 533.95:537.84
С. Ф. Гаранин, В. И. Мамышев КОНВЕКТИВНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ПЛАЗМЫ ПРИ ЕЕ ДВУМЕРНОМ ТУРБУЛЕНТНОМ ДВИЖЕНИИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Остывание плазмы из-за теплопередачи в холодные стенки усиливается при наличии турбулентного движения и зависит от того, является ли турбулентное движение двумерным или трехмерным. Для осесимметричных течений в азимутальном магнитном поле возникающая турбулентность является двумерной и зависит от координат r и z , поскольку магнитное поле препятствует искривлению магнитных силовых линий и возникновению движений, нарушающих азимутальную симметрию. В настоящей работе с помощью оценок и двумерных МГД-расчетов изучаются процессы конвективной теплопередачи в стенки.

УДК 533.9, 535.34
С. Ф. Гаранин, Е. М. Палагина СЕЧЕНИЕ ФОТОПОГЛОЩЕНИЯ НА АТОМЕ ТОМАСА – ФЕРМИ

Предложен метод расчета сечения фотопоглощения тяжелых атомов с использованием квазиклассического подхода. Для низких частот сечение находилось с помощью кинетических уравнений Власова, которые численно решаются методом частиц. С помощью квазиклассических формул для сечения фотопоглощения на электронных оболочках в кулоновском потенциале получена высокочастотная асимптотика сечения. Предложена интерполяционная формула для сечения фотопоглощения во всем томас-фермиевском диапазоне частот.

УДК 539.214
В. Г. Морозов ВИХРЕВАЯ МОДЕЛЬ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ДЕФОРМАЦИЯХ. ПОСТРОЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ, ЧИСТЫЙ СДВИГ

Упругопластическая среда при высокоскоростных деформациях рассматривается как смесь частиц, описывающих два состояния: упругое и пластическое. Такая модель адекватна современным экспериментальным представлениям о гетерогенности течения на мезоуровне, где переход в пластичность происходит за счет образования вихревых пластических очагов. Строится феноменологическое кинетическое уравнение для концентрации завихренности для простого случая – чистого сдвига. Уравнение решается в квазистационарном приближении для полосы сдвига и пластического погранслоя. При этом области пластичности и упругости разделяются. Решения предназначены для описания очагов пластичности на мезоуровне. На основе их будет строиться феноменологическая макромодель пластического течения. Предполагается применить этот подход для моделирования инициирования взрыва твердых ВВ при низкоскоростном воздействии. Его механизм – нагрев ВВ в очагах пластичности. Судя по структуре уравнений, при больших скоростях сдвиговое пластическое течение переходит в турбулентное с поперечными вихрями.

УДК 532.597
И. И. Карпенко, Н. В. Корепова, Л. В. Дмитриева, В. Г. Морозов ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИТИЧЕСКОГО ДИАМЕТРА СТАЦИОНАРНОЙ ДЕТОНАЦИИ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ВВ

Представлены результаты численного моделирования задачи о распространении стационарной детонационной волны вдоль цилиндрического шнура твердого ВВ и определения условий, когда детонация затухает при уменьшении диаметра заряда. Расчеты проведены с использованием модели кинетики детонации твердых гетерогенных ВВ в двумерной газодинамической методике Д. Прямое численное моделирование позволяет провести анализ установившегося течения, достаточно точно определить значение критического диаметра ВВ и влияние окружения заряда ВВ оболочкой из двух разных материалов.

РАЗДЕЛ 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

УДК 519.6
С. М. Бахрах, С. В. Величко, В. Ф. Спиридонов, П. А. Авдеев, М. В. Артамонов, Е. А. Бакулина, И. Ю. Безрукова, В. В. Борляев, Н. А. Володина, А. О. Наумов, Н. Э. Огнева, Т. В. Резвова, А. А. Резяпов, С. В. Стародубов, И. Ю. Тарадай, А. П. Тихонова, К. В. Циберев, А. А. Шанин, М. О. Ширшова, Е. В. Шувалова МЕТОДИКА ЛЭГАК-3D РАСЧЕТА ТРЕХМЕРНЫХ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕЧЕНИЙ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ СПЛОШНОЙ СРЕДЫ И ПРИНЦИПЫ ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ НА МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ ЭВМ С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ПАМЯТЬЮ

Излагаются принципы конечно-разностной лагранжево-эйлеровой методики ЛЭГАК-3D, предназначенной для расчета нестационарных течений многокомпонентной сплошной среды в трехмерной геометрии. Особенностью методики является использование концентраций для расчета многокомпонентной среды. Приводятся также принципы организации комплекса программ, реализующего данную методику на многопроцессорных ЭВМ с распределенной памятью.

УДК 519.6
А. А. Анищенко, А. В. Гордеев, Д. А. Куликов, А. С. Санталов, К. В. Иванов, В. А. Иванов СИСТЕМА МОНИТОРИНГА, СБОРА ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСАМИ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ

Описаны назначение, общие принципы построения и функционирования системы мониторинга, сбора информации и управления ресурсами локальной вычислительной сети (СФИНКС).

УДК 681.324
Д. А. Новаев, Ю. Г. Бартенев, А. М. Варгин, Д. В. Кульнев, А. Б. Киселев, Т. Н. Серова, С. И. Колпаков, Э. Г. Суханова, Л. В. Худякова ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ – STK

Описаны состав и возможности системы STK для сбора и представления статистической информации по эффективности использования ресурсов вычислительных систем параллельными приложениями.

УДК 519.6
В. И. Делов, В. В. Садчиков СРАВНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НЕОДНОРОДНЫХ ПО СОСТАВУ ЛАГРАНЖЕВЫХ ЯЧЕЕК

Приведено описание четырех моделей расчета смешанных ячеек в методике Д, которые могут быть использованы при численном решении нестационарных задач газовой динамики в переменных Лагранжа. Описан метод выделения границы раздела веществ в смешанных ячейках. Приведены результаты сравнительных расчетов по различным моделям.

УДК 519.6
Ю. Д. Чернышев, Е. Е. Чупраков РАСЧЕТ КОНТАКТНЫХ ГРАНИЦ В ТРЕХМЕРНОЙ МЕТОДИКЕ Д

Описывается метод расчета контактных границ в трехмерной методике Д, позволяющий производить расчет граничных узлов по формулам, используемым при счете внутренних узлов. Дается представление о принципах вычисления нормальной и тангенциальной составляющих вектора скорости на границе. Реализован алгоритм проекции точки на границу, применяемый для сохранения нормальных составляющих скорости и давления на контактной границе. Описываются его возможности. Рассматривается алгоритм счета задач с вакуумными полостями. Реализованный алгоритм позволяет сохранять симметрию формы контактной границы при сферическом обжатии на несовпадающих сетках. В качестве численных примеров приводятся результаты сравнительных расчетов тестовых задач.

УДК 519.6
В. А. Жмайло, О. Г. Синькова, В. Н. Софронов, В. П. Стаценко, Ю. В. Янилкин ПРЯМОЕ 3D ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГРАВИТАЦИОННОГО ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ПРИ ЗНАКОПЕРЕМЕННОМ УСКОРЕНИИ (С ВАРИАЦИЕЙ РАЗНОСТНЫХ СХЕМ)

С помощью 3D газодинамической и гидродинамической методик исследуется развитие турбулентности в поле постоянного ускорения на плоской границе раздела двух несжимаемых жидкостей (газов) с разноплотностью n=3. Рассматривается случай, когда ускорение меняет знак в определенный момент времени. Результаты расчетов сравниваются с известными экспериментальными данными.

УДК 621.039.514
А. В. Волгин, В. И. Тарасов, А. В. Красов, М. Ю. Кузнецов БИБЛИОТЕКА ЕФР ДЛЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ

В математическом отделении РФЯЦ-ВНИИЭФ разрабатывается универсальная структура представления расчетных данных для двумерных и трехмерных задач математической физики. Расчетные данные, характеризующие состояние задачи на определенный момент времени, представляют собой разрез задачи и сохраняются в ЕФР. Внутренний формат файлового разреза имеет двоичное представление и максимально скрыт от пользователей. Обращение к данным файлового разреза организовано через специализированные функции и процедуры прямого доступа, объединенные в библиотеку ЕФР. На основе библиотеки ЕФР разработана программа просмотра и редактирования содержимого файлового разреза.

УДК 519.6
В. И. Тарасов, С. В. Ребров, А. Л. Потехин, А. В. Волгин, П. В. Черенков, Е. В. Потехина, В. И. Будников РАСЧЕТ НАЧАЛЬНЫХ ДАННЫХ ТРЕХМЕРНЫХ ЗАДАЧ

Описана разработка универсального комплекса программ 3D-РНД для расчета начальных данных трехмерных задач. Главной особенностью создаваемого комплекса является то, что он позволит проводить в интерактивном режиме расчет начальных данных для несимметричных трехмерных геометрий. Комплекс программ 3D-РНД создается общим для всех прикладных комплексов математического отделения РФЯЦ-ВНИИЭФ.

УДК 532.4
Д. Г. Гордеев, Л. Ф. Гударенко, В. Г. Куделькин МОДЕЛЬ УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ С ПЕРЕМЕННОЙ ТЕПЛОЕМКОСТЬЮ ЯДЕР И ЭЛЕКТРОНОВ С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЕБАЯ. УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ БЕРИЛЛИЯ И АЛЮМИНИЯ

В рамках феноменологической термодинамики получена структура модели для разработки УРС металлов в целях использования их в массовых производственных расчетах. Модель позволяет проводить нормировку на состояние металла при нормальных условиях. При низких температурах теплоемкость меняется в соответствии с теорией Дебая. Учитывается снятие вырождения электронного газа при температурах выше температуры Ферми. Модель содержит относительно небольшое число свободных параметров, большинство из которых имеет физический смысл. Возможности модели, область ее применения продемонстрированы на примере разработки УРС бериллия и алюминия.

РАЗДЕЛ 3. ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, ФИЗИКА ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ

УДК 621.039.512
В. В. Горбунов, Л. Е. Довбыш, С. П. Мельников, А. В. Синицын, А. А. Синянский, В. М. Цветков НЕЙТРОННЫЙ ДЕТЕКТОР НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-ОПТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Показана возможность создания нейтронного детектора, основанного на прямом преобразовании кинетической энергии осколков деления в люминесцентное излучение. Исследованы люминесцентные характеристики He, Ne, Ar, Kr, Xe и двойных смесей He-Ne, He(Ne)-Ar, He(Ne, Ar)-Kr, He(Ne, Ar, Kr)-Xe в области спектра 350–1100 нм. Измерения для одной из смесей (Ne-Kr) показали, что люминесцентный выход линейно зависит от плотности потока тепловых нейтронов в диапазоне 10⁸–10¹⁶ см^–2с^–1.

УДК 539.172.13
Л. Н. Генералов, Б. Л. Лебедев, А. В. Ливке, А. Б. Моденов, В. А. Чиркин ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АБСОЛЮТНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕГИСТРАЦИИ γ-КВАНТОВ КОАКСИАЛЬНЫМ HPGе-ДЕТЕКТОРОМ GC 5019 ПРИ E_γ = 0,24-18,565 МэВ

В интервале E_γ = 0,24-18,6 МэВ выполнены исследования абсолютной эффективности регистрации γ-квантов в HPGe-детекторе GC 5019 (Сanberra). Исследования проведены в связи с измерениями сечений реакций радиационного захвата протонов на легчайших ядрах. Экспериментальные результаты представляют интерес для тестирования расчетных методик по переносу высокоэнергетичных γ-квантов в веществе.

УДК 621.384.6.03 + 621.039.514
В. Т. Пунин, Н. В. Завьялов, В. Ф. Басманов, В. С. Гордеев, А. В. Гришин, А. В. Грунин, А. И. Герасимов, С. А. Горностай-Польский, В. П. Грицына, А. И. Тихонов, С. А. Лазарев, И. З. Мусин, Б. И. Модель, О. В. Зверев ГЕНЕРИРОВАНИЕ ПОЛЕЙ ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ИНТЕНСИВНОСТЬЮ СВЫШЕ 10¹³ рад/с В РЕЖИМЕ ФОКУСИРОВКИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА УСКОРИТЕЛЯ ЛИУ-30

Для повышения интенсивности тормозного излучения мощного 36-модульного линейного ускорителя ЛИУ-30 осуществлена фокусировка электронного пучка. Для этого в выводном узле была установлена фокусирующая система из 9 соленоидов, обеспечивающая при уменьшении апертуры с 400 до 180 мм рост индукции продольного магнитного поля от 0,5 до 3,5 Тл на длине 1,1 м. Повышение энергии инжекции и уменьшение диаметра ускоряемого электронного потока достигалось использованием протяженного катода с диаметрами эмиттеров 60 и 150 мм. Получены мощность дозы тормозного излучения ~ 1,5x10¹³ рад/с и доза 240 крад (ТЛД) в пятне ~100 см² с неоднородностью облучения 50 % при длительности импульса τ_1/2 ~ 16 нс.

УДК 621.039.512
Н. В. Завьялов, В. Ф. Колесов, И. А. Иванин, Р. И. Илькаев, А. К. Житник, М. И. Кувшинов, Ю. Я. Нефедов, В. Т. Пунин, А. В. Тельнов, Э. Ф. Фомушкин, В. Х. Хоружий ПИОНЕРСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА МОДЕЛЯХ РЕАКТОРНЫХ УСТРОЙСТВ КАСКАДНОГО ТИПА

В России и за рубежом проявляется значительный интерес к реакторам-бланкетам каскадного типа. По бланкетам каскадного типа имеются работы теоретические и проектные, но экспериментальные работы до последнего времени отсутствовали. В статье приведены результаты первых в мире экспериментов этого рода, выполненных во ВНИИЭФ в течение 2003–2004 гг. на глубоко подкритичных уран-нептуниевых сборках. Были проведены три серии экспериментов на каскадных и соответствующих им односекционных моделях бланкета. Эксперименты подтвердили теоретические заключения о положительных свойствах каскадных бланкетов и эффективности в них нептуния-237, а также предоставили ценную информацию о работе каскадных устройств с ускорителем электронов. Хорошее согласие измеренных и расчетных данных, полученное для глубоко подкритичных моделей, повысило доверие к результатам расчета каскадных бланкетов с реальными значениями k_эф.