Разработан новый подход для численного моделирования процессов тепломассопереноса для анализа тяжелых аварий на АЭС, на основе которого созданы гидродинамические коды CONV2D и CONV3D, позволяющие анализировать процессы диффузии/конвекции с учетом плавления, в том числе бинарных смесей. Коды верифицированы на широкой базе экспериментальных данных. Разработаны модели формирования твердых структур на границе расплава реакторных материалов с учетом реальных фазовых диаграмм состояний, а также проведены численные расчеты по моделированию крупномасштабных экспериментов, проводимых в рамках международного проекта ОЭСР РАСПЛАВ-МАСКА по исследованию поведения прототипных материалов активной зоны на днище корпуса реактора и их
взаимодействий. Головным исполнителем проекта является ИПБЯЭ РНЦ «Курчатовский институт». Расчетно-теоретическое сопровождение экспериментальных исследований в проекте возложено на ИБРАЭ РАН.
Проведены исследования физических процессов, происходящих при повторном заливе реактора водой в условиях тяжелой аварии, разработана модель и компьютерные программы, включающие самосогласованное описание различных физических явлений. Работа проведена в тесном сотрудничестве с Исследовательским центром Карлсруэ (ФРГ, FZK, Karlsruhe). Развитая модель прошла тестирование на мелкомасштабных (один топливный стержень) экспериментах FZK. Экспериментальный цикл состоял из 28 модельных экспериментов, которые позволили всесторонне верифицировать модель и показали адекватность описания физических процессов. Дополнительно модель тестирована на крупномасштабных экспериментах FZK посредством описания физико-химического поведения центрального стержня в 20-твэльной сборке.
Для анализа безопасности захоронений долгоживущих радионуклидов в геологических формациях и, в частности, процессов их миграции в сильно неоднородных средах с полным и неполным влагонасыщением разработана новая математическая модель процессов переноса примесей в сильно неупорядоченных средах, обладающих фрактальными свойствами. Модель основана на новых эффективных численных методах решения одномерных и многомерных прямых задач дробной диффузии с дробными дисперсионными потоками и дробной производной по времени, а также использовании искусственных нейронных сетей для решения обратной задачи дробной диффузии при определении неизвестных параметров оператора дробной диффузии, характеризующих фундаментальные свойства среды захоронения, по данным натурных измерений, получаемых из трассерных экспериментов. (ИБРАЭ РАН)
Проведены исследования и конструкторские разработки по созданию перспективных блоков АЭС мощностью 1500 Мвт с числом оборотов ротора 3000 об./ мин. Определены возможности значительного увеличения размеров лопаток последних ступеней цилиндра низкого давления из титанового сплава, а также использование совмещенного цилиндра высокого и среднего давления с промежуточной сепарацией пара. Работа направлена на создание высокоэкономичной и надежной турбины большой мощности. (ВНИИАМ, ЛМЗ)
Предложена конструкция реакторной установки и технические решения по энергоблоку, обеспечивающие возможность создания конкурентоспособного быстрого натриевого реактора-размножителя для крупномасштабной ядерной энергетики, отвечающего требованиям высокой безопасности. Определены работы по совершенствованию активной зоны реактора типа БН-1800 и по созданию корпусного парогенератора с закритическими параметрами пара. (ФГУП ОКБ Машиностроения)
Разработаны критерии оценки эффективности, повышения безопасности АЭС на основе учёта удельной стоимости снижения риска. При этом учтены следующие виды риска: материальный, экономический, социальный и политический риск, а также снижение полного системного риска АЭС с ВВЭР. Разработаны методики для обоснования повышения безопасности и структурной надёжности АЭС с ВВЭР. Получена методика, позволяющая определять оптимальные параметры системы теплоснабжения от АЭС. Проведены исследования различных схем теплоснабжения с учетом удаленности теплоисточника, надежности и экологической безопасности теплоснабжения от АЭС. Выполнена оценка системной и социальной эффективности теплоснабжения от АЭС. (ОЭП СНЦ РАН)
Электрофизика
Получены новые данные по свойствам криогенной плазмы. Выполнено пионерское экспериментальное исследование неидеальной «пылевой» плазмы с температурой 5-10 K и обнаружены плазменно-пылевые объекты макроскопических размеров со свободной границей, характерные для фазовых переходов с образованием конденсированной фазы. Впервые для криогенной плазмы получены данные о зависимости частоты ионизации и скорости дрейфа электронов от поля в молекулярной жидкости в сильном электрическом поле. (ИВТ РАН)
Выполнено комплексное экспериментальное исследование динамики макрочастиц в плазме высокочастотного емкостного разряда и тлеющего разряда постоянного тока. Эксперименты в пылевой плазме тлеющего разряда проводились на земле и в условиях микрогравитации (орбитальный комплекс «Мир» и Международная космическая станция). Измерены парные корреляционные функции, температуры и коэффициенты диффузии макрочастиц в широком диапазоне параметров пылевой плазмы.
Выполнен комплекс расчетно-теоретических и экспериментальных исследований с целью моделирования воздействия внешних электромагнитных полей, создаваемых естественными (молнии) и искусственными (диверсионные устройства) источниками сильных нестационарных токов. На основе взрывомагнитного генератора создан мобильный имитатор токов молнии, испытанный на заземляющих опорах линий электропередач (ЛЭП) и молниеотводах. С помощью малогабаритного наносекундного генератора импульсных напряжений смоделированы условия несанкционированного внешнего воздействия на высоковольтные изоляторы мощной ЛЭП, исследована деградация изоляторов и их разрушение. (ИТЭС ОИВТ РАН)
Проведены исследования особых свойств электродинамических систем из материалов с отрицательными значениями диэлектрической и магнитной проницаемостей. Исследованы эффекты отрицательного преломления, прохождения потоков энергии и особенности фокусировки. Рассмотрены источники в виде нитей электрического тока, расположенных вблизи фокусирующей пластины. Впервые экспериментально и теоретически получено изображение источников, расстояние между которыми существенно меньше длины волны. Таким образом, удалось на практике преодолеть ограничение на степень детализации изображения, известное как «дифракционный предел». Это в перспективе может стать основой технологического прорыва в микроэлектронике и в технологии производства фокусирующих систем, антенн, специальных материалов. (ИТПЭ ОИВТ РАН)
В совместной работе с японскими учёными (Университет г. Осака) в 2002-2003 годах изучен механизм действия допирующих добавок фуллерена, приводящий к тушению люминесценции и значительному увеличению квантового выхода образования свободных носителей заряда и являющийся важным, в частности для фотовольтаических преобразователей солнечной энергии в электрическую. Использование нового двухимпульсного лазерного метода, предложенного в ИНЭПХФ РАН, позволило разрешить во времени процесс образования свободных носителей заряда, измерить времена жизни предшествующих стадий в области пикосекунд и показать высокую эффективность разделения зарядов в допированных полимерах. Получены экспериментальные доказательства проявления поляронных пар в кинетике фотопроводимости в области пикосекунд, регистрируемой двухимпульсным лазерным методом.
В рамках диффузионной модели возбуждения одноатомного газа электронным ударом в электрическом поле большой напряженности удалось объяснить связь между дрейфовой скоростью избыточных электронов, скоростью возбуждения атомов и напряженностью электрического поля для инертных газов. Показано, что при напряженности электрического поля выше порога люминесценции неупругие соударения с атомами инертного газа становятся основным механизмом потерь энергии для электронов. Полученные закономерности хорошо описывают особенности электролюминесценции и электронного дрейфа в сильном электрическом поле в газообразном ксеноне. (ИНЭПХФ РАН)
Впервые выполнен комплекс широкомасштабных исследований свойств импульсных дуг мегаамперного диапазона в сверхплотных газовых средах (в водороде и воздухе). В результате измерений электрических и оптических характеристик дуг определены основные параметры плазмы в канале разряда и обнаружены новые физические явления, характерные для импульсных разрядов в водороде при начальной концентрации выше 1022 см -3. Главными из них являются: рост напряженности поля в канале разряда при увеличении начальной плотности газа и амплитуды разрядного тока, уменьшение диаметра канала дуги по мере роста давления окружающего газа, повышение температуры столба дуги ( до 30 эВ при амплитуде разрядного тока 250 - 300 кА). Результаты исследований излучательных характеристик дуги позволят создать источники ультрафиолетового и рентгеновского излучения с большим энергетическим выходом.
На основе исследований импульсных дуг мегаамперного диапазона создана конструкция гиперскоросного ускорителя сочетающего адиабатическое сжатие водорода с последующим дуговым нагревом, имеющая значительные преимущества по сравнению с другими типами ускорителей. Результаты исследований являются основой для создания новых типов мощных плазмотронов и на их базе новых технологий. (ИПЭФ РАН)
Впервые реализован сверхбыстрый механизм коммутации тока в полупроводниках на основе туннельно-ударного ионизационного фронта. При подаче на прибор, содержащий 20 последовательно соединенных кремниевых структур, обратного напряжения величиной 200 кВ за время 1 нс происходит заполнение структур плазмой и коммутация тока в нагрузку за время около 200 пс. Фронт импульса напряжения лежит в диапазоне 200-250 пс, а максимальные скорости роста тока и напряжения составляют 10 кА/нс и 500 кВ/нс соответственно. (ИЭФ УрО РАН)