( Вестник АН СССР, 1961, N10, 60-64 )

   Наиболее распространенным типом исследовательских ядерных реакторов являются водо-водяные реакторы (ВВР), в которых в качестве замедлителя и теплоносителя используется обычная вода.
   В исследовательских реакторах, где необходимо иметь высокие потоки нейтронов и не ставится задача получения пара для энергетических целей, удобно применять воду при атмосферном давлении, т. е. с температурами не выше 100°С. Однако в таких условиях очень трудно осуществить хороший теплосъем и, следовательно, развить большую мощность в малом объеме. Именно это обстоятельство ограничивает нейтронный поток в исследовательских водо-водяных реакторах величиной порядка 10¹³ нейтр/см²сек.
   При строительстве в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе реактора типа ВВР-М ставилась задача получения нейтронного потока не менее 10¹⁴нейтр/см²сек. Для решения ее были разработаны новые тепловыделяющие элементы трубчатого типа, которые позволили увеличить поверхность теплоотдачи в четыре раза по сравнению с поверхностью стержневых тепловыделяющих элементов, применяемых в реакторах типа ВВР-С и др. Кроме того, в реакторе ВВР-М активная зона окружена бериллиевым отражателем, в котором формируется всплеск нейтронного потока.

   В канун 1960 г. был осуществлен "физический" пуск реактора на малой мощности. К лету была получена мощность в 5 МВт, а в конце года достигнута полная проектная величина тепловой мощности реактора - 10 МВт, при этом максимальный поток нейтронов равнялся 3-10¹⁴ нейтр/см²сек.

   Для пуска реактора и вывода его на полную мощность потребовалось выполнить ряд теоретических и экспериментальных исследований. На специальном стенде измерялись такие физические характеристики активной зоны, как распределение потоков тепловых, эпитепловых и быстрых нейтронов, расходы теплоносителя в отдельных участках активной зоны и допустимые тепловые нагрузки, эффективности стержней регулирования и аварийной защиты и др. Эти измерения были проведены для разных конфигураций ("выкладок") активных зон, что дало возможность, в частности, определить условия наиболее эффективного использования бериллиевого отражателя, т.е. условия, при которых в каналах, предназначенных для облучения изотопов и исследовательских работ, достигается повышение потока тепловых нейтронов.

   На основе этих исследований в активной зоне реактора была создана специальная водная полость. В находящемся здесь экспериментальном канале поток тепловых нейтронов в три раза выше, чем в остальных 13 каналах реактора. Такое эффективное увеличение числа тепловых нейтронов достигается при определенных размерах полости благодаря замедлению водой быстрых нейтронов, попадающих в полость из активной зоны, в условиях, когда поглощение нейтронов водой существенно еще не сказывается.

   Отдельно проведенные измерения показали, что биологическая защита от излучения (состоящая в реакторе ВВР-М из воды, чугуна и бетона общей толщиной более трех метров) обеспечивает в экспериментальном зале, где установлен реактор, безопасные условия работы.

   Успешное завершение всех этих исследований, а также наладки отдельных узлов и систем реактора наряду с проведенной большой работой по подбору и обучению обслуживающего персонала позволили уже в 1960 г. начать нормальную систематическую эксплуатацию реактора для выполнения на нем широкой программы научных исследований.

   В настоящее время развернуты работы в области ядерной физики, физики твердого тела, воздействия излучения на электрические, механические и оптические свойства материалов. Кроме того, молодые специалисты служб и смен установки, ставшие за короткий срок опытными операторами, ведут плодотворные исследования по физике и технике реактора, совершенствуют отдельные системы управления и защиты, исследуют водный режим, разрабатывают методики измерения активностей и загрязненностей и т. д.

   Осуществлена большая работа по конструированию и созданию специализированных установок для девяти горизонтальных пучков реактора и его тепловой колонны. По мере отладки физической аппаратуры, установки ловушек нейтронного пучка и защитных приспособлений физикам становится все теснее в экспериментальном зале, где находится реактор. Много усилий потребовалось для создания системы управления приборами на расстоянии из специальных пультовых комнат, связанных с соответствующими пучками. Подготовительные работы в разных группах физиков находятся на разных уровнях: в то время как одни установки уже отлажены и на них проведены первые экспериментальные исследования, в некоторых группах еще ведутся изготовление, монтаж. наладка или опробование аппаратуры. Однако важно, что все группы имеют ясные планы работы и темы, детально рассмотренные и утвержденные ученым советом Института.

   На одном из горизонтальных каналов реактора ведется подготовка к пуску и наладке четырехметрового кристалл-дифракционного спектрометра, который предназначен для исследования g-спектров, испускаемых веществом в момент захвата тепловых нейтронов. В отличие от других подобных приборов, используемых в ряде крупных зарубежных лабораторий (например, в Аргонской лаборатории в США), нами применена в спектрометре так называемая обращенная схема (схема Кошуа) с использованием дифракции g-лучей от изогнутого кристалла и сцинтилляционной их регистрации. Расчет показывает, что такая схема не уступает схеме Дю-Монда по разрешению и эффективной светосиле, позволяя вместе с тем значительно снизить фон. Прибор будет применен для прецизионных измерений низких энергетических уровней ядер (Е < 1,5 МэВ), прежде всего наименее изученных нечетно-нечетных ядер.

   Другой кристалл-дифракционный спектрометр (двухметровый, по схеме Дю-Монда) уже используется в исследованиях эффекта Мессбауера. Этот прибор применяется в качестве монохроматора с высоким разрешением (порядка 0,1%) для выделения заданной g-линии из сложного g-спектра исследуемого изотопа. На выделенной линии ставятся опыты по ядерно-резонансному рассеянию с использованием допплеровского смещения линий испускания относительно линий поглощения для короткоживущих изотопов, полученных на реакторе. Используя эту методику, уже удалось впервые наблюдать эффект Мессбауера на уровнях 46 и 99 МэВ для W¹⁸³ и измерить таким путем ранее неизвестные времена жизни этих уровней. Получены данные о колебательных спектрах кристаллических решеток вольфрама и тантала.

   Для установления характеристик ядерных уровней группа физиков изучает эффекты, связанные с несохранением четности в b-распаде. Например, в результате измерения величины корреляции между b-электроном и циркулярной поляризацией b-кванта в распаде F²⁰ и Pr¹⁴⁴ установлены спины основных состояний этих ядер, что было невозможно сделать другими методами. На изотопах Co⁶⁰, Au¹⁹⁸, Mn⁵⁶ подобные корреляционные измерения были проведены для разной величины скорости b-электронов, что позволяет обнаружить влияние структуры ядра на, b-распад, проявляющееся в отклонениях ряда эффектов от значений, установленных в теории b-распада.

   Отметим, что исследования на таких изотопах, как F²⁰, распадающегося с периодом 10 сек., удалось выполнить благодаря использованию горизонтального канала реактора со специальной системой быстрой транспортировки облученных в пучке ядер к экспериментальной установке.

   Вообще для транспортировки облученных образцов к приборам созданы различные системы, конструкция которых зависит от задач исследования. Так, при изучении спектров электронов конверсии ядер с периодами полураспада от 0,1 сек. и выше доставка облученного образца от горизонтального канала реактора к спектрометру будет осуществляться монтируемой сейчас пневмопочтой, снабженной шлюзом для перевода образца из транспортной трубы в вакуумную камеру спектрометра () и обратно. Время доставки - 0,1 сек.

   Для измерения полученных в реакции (n,g) b-спектров ядер с периодами полураспада порядка минут используется пневматический транспортер с двумя каналами, причем по одному каналу образец доставляется к спектрометру, а по второму направляется на облучение. В данном случае образец не попадает внутрь спектрометра. Для этих исследований будет использован магнитный b-спектрометр типа "Элотрон", измеряющий энергию электронов, выбиваемых b-квантом из изогнутой мишени.

   Существенно отличны системы транспортировки, применяемые для изучения короткоживущих изомеров, которые возникают в реакциях (n,b). Например, в настоящее время на горизонтальном канале реактора проведены измерения коэффициентов внутренней конверсии для изомерных переходов Hf¹⁷⁹, W^183m, In¹¹⁴, Yb¹⁷⁷ и Yb¹⁷⁵ с временами жизни соответственно: 19 сек.; 5,5 сек.; 2,5 сек.; 6,5 сек.; 0,06 сек. Для исследований используется прибор, в котором образец монтируется на пружинном маятнике, задерживающемся при качаниях в крайних положениях при помощи управляемых электромагнитов. Таким образом, за время 0,04 сек. производится перемещение образца от пучка до сцинтилляционного спектрометра, который находится от него на расстоянии 0,5 м (в специальной защите).

   Для подготовки исследований в области физики конденсированных фаз проведена большая методическая работа по получению на реакторе пучков поляризованных нейтронов. Создана установка по намагничиванию кобальтовых зеркал (кобальт электролитически нанесен на медное зеркало размером 50х10 см) с системой дистанционного управления и схемой радиочастотного переворачивания спина нейтронов; на ней получен интенсивный пучок нейтронов (после отражения от двух зеркал) с 80% поляризации.

   Исследования рассеяния нейтронов на фононных колебаниях кристаллических решеток поставлены при помощи "холодных нейтронов", полученных в Be-фильтре, который вмонтирован в горизонтальный канал реактора и охлаждается жидким азотом. Для измерения энергии нейтронов используется селектор-прерыватель, а нейтроны детектируются на площади в 0,25 м² при помощи литиевых стекол и фотоэлектронного умножителя. Анализ времен пролета ведется многоканальным анализатором.

   Следует сказать, что хотя часть упомянутых выше исследований и работ прикладного характера уже выполнена, в целом первый год работы реактора был в основном периодом научно-организационной подготовки, конструирования и изготовления аппаратуры, предварительной ее наладки, периодом методических разработок. Этот период становления позволил создать хорошие условия для последующей более широкой научно-исследовательской работы и вместе с тем показал, что реактор ВВР-М надежен в эксплуатации и отвечает исходным требованиям, что советские ученые, инженеры и строители, создавшие эту установку, успешно выполнили поставленную перед ними задачу.