О проекте CREMLINplus


Проект CREMLINplus (грантовое соглашение № 871072) направлен на развитие российско-европейского научно-технического сотрудничества в области исследовательских инфраструктур. Проект является развитием выполнявшегося ранее проекта CREMLIN (программа Horizon 2020). В проекте реализуются рекомендации, выработанные в тесном российско-европейском сотрудничестве в течение трех лет реализации проекта CREMLIN. CREMLINplus - это крупный проект, имеющий целью максимально возможную реализацию совместно разработанных планов российско-европейского сотрудничества, обеспечение постоянного развития и гармонизации условий и системы взаимодействия.

Работы по проекту будут идти в двух основных направлениях:

  • Проект CREMLINplus призван способствовать развитию пяти российских мегапроектов в тесном российско-европейском сотрудничестве. Это относится к технической подготовке научных мегапроектов для европейского и международного использования. Проект позволит ведущим совместным европейским и российским командам разрабатывать лучшие, передовые технологии как для российских мегапроектов, так и для их европейских коллег по исследовательской инфраструктуре.
  • В рамках проекта CREMLINplus должен быть организован доступ к российской исследовательской инфраструктуре, размещенной в одиннадцати лабораториях, не только для российских, но и для международных исследователей, в первую очередь, европейских. Для этого планируется разработать и внедрить соответствующие рамочные условия доступа к этим российским объектам. Будет создана комплексная база знаний и опыта для руководителей объектов исследовательской инфраструктуры, а также ученых различных уровней.

35 европейских и российских участников проекта объединились для создания широкого и сбалансированного консорциума, связанного историей доверительного сотрудничества. Данные организации имеют большой опыт в эксплуатации и разработке объектов исследовательской инфраструктуры в Европе и России и, таким образом, обладают ресурсами и опытом планов проекта.

Подтемы рабочих пакетов WP3 и WP7 - российско-европейское сотрудничество по вопросам создания Международного центра нейтронных исследований на базе реактора ПИК.

Срок выполнения работ - 28.02.2024.

Достижение целей проекта осуществляется:

Тема WP3 «Создание Международного центра нейтронных исследований на базе реактора ПИК»

Подтема 1. Источник холодных нейтронов высокой яркости

Нейтронные инструменты на реакторе ПИК требуют эффективных замедлителей нейтронов, в частности источников холодных нейтронов. Второй источник холодных нейтронов на реакторе ПИК планируется установить в канале ГЭК-2 в 2024 году. В рамках этой подтемы будет проведено исследование и оптимизация концептуального проекта. Эта научно- исследовательская деятельность в рамках проекта CREMLINplus дополняется запланированными инвестициями в масштабе 2 млрд. рублей на создание источника холодных нейтронов.

Этот замедлитель будет спроектирован как низкоразмерный источник на холодныйх нейтронов основе недавних разработок в ESS и позволит утроить яркость пучков холодных нейтронов, которые будут использоваться такими требовательными к яркости приборами, как SANS, GISANS и рефлектометры. Партнеры разработают концепцию источника холодных нейтронов с высокой яркостью, соответствующего геометрии нейтроноводного зала ПИК, изготовят модель замедлителя и проверит его нейтронные характеристики на выведенном нейтронном пучке МТА ЕК (Будапештский нейтронный центр BNC) при нулевой мощности охлаждения.

Подтема 2. Биспектральная система вывода нейтронов

Особое внимание будет уделено биспектральному выведению нейтронных пучков, позволяющему значительно обогатить спектры холодных нейтронов тепловыми нейтронами и, следовательно, привести к увеличению Q-диапазона доступного в одном измерении. Партнеры разработают нейтронно-оптическую систему и проведут численное моделирование ее работы в сочетании с высокоярким источником холодных нейтронов (задача 3.1). Результаты этого моделирования будут использованы для дальнейшей оптимизации нейтронно-оптической системы. Будет проведено окончательное моделирование, обеспечивающее исходные данные для проектирования этой части нейтроноводной системы ПИК.

Подтема 3. Разработка высокотехнологичного источника очень холодных нейтронов

В последние годы возобновился интерес основных нейтронных центров (J-PARC, ОИЯИ, SNS, ESS, FZJ) к источникам очень холодных нейтронов (ОХН). Они оптимально обеспечили бы большие коэффициенты усиления для длинноволновых нейтронов по сравнению с существующими холодными источниками, тем самым расширив возможности различных методов рассеяния нейтронов и научный охват экспериментов по физике элементарных частиц, использующих пучки медленных нейтронов. Инновационные концепции для источника ОХН включают среду модератора для эффективного производства ОХН, окруженную отражателем для усиления потоков ОХН, извлекаемых из модератора. В начале проекта будут исследованы перспективные конвертерные материалы, такие как пара-водород, твердый дейтерий, дейтерированный метан и клатраты кислорода, с использованием численных методов и кодов переноса нейтронов (MCNP и / или GEANT4) для модельных расчетов на основе доступного абсолютного неупругого сечения рассеяния нейтронов (S (q, со)). Жидкий пара-водород, который используется в современных холодных источниках, будет использоваться в качестве эталона. Также будет оптимизирована геометрия отражателя с учетом последних достижений в производстве наноалмазов. Предшествующая работа в ILL и ОИЯИ уже показала очень многообещающий прирост количества производства этого материала для использования при отражении ОХН в источнике. Совещание с участием экспертов из нейтронных центров, внешних по отношению к консорциуму, поможет сделать выбор материалов конвертера, которые будут экспериментально исследованы в прототипе. Будет разработано, изготовлено и испытано маломощное криогенное устройство, способное вмещать и охлаждать небольшой объем конвертера до необходимой базовой температуры. Параллельно будет построен отражатель из оптимизированного наноалмазного материала. Комбинация обоих компонентов образует прототип источника ОХН, который будет использоваться на последнем этапе проекта в экспериментах в ILL и / или ОИЯИ. Внутриканальные эксперименты могут быть проведены, если возникнет такая необходимость, возможно, также в других центрах. Эти измерения должны предоставить спектральную информацию для демонстрации осуществимости полноразмерного источника ОХН и для оценки его параметров.

Подтема 4. Нейтроноводная система для установок Международного Центра Нейтронных Исследований в нейтроноводном зале реактора ПИК

На основании результатов проекта CREMLIN было решено, что в дополнение к национальным российским приборам, 5 новых нейтронных приборов будут разработаны и изготовлены в Германии, а затем установлены на реакторе ПИК. Партнеры проведут обширную работу по моделированию, чтобы определить оптимальное расположение российских и немецких приборов на нейтронных пучках и создадут концептуальный дизайн нейтроноводной системы, учитывающий особенности холодных источников. Эта работа будет проводиться под наблюдением инструментальных подкомитетов ПИК-НКК (см. задачу 3.6), которые предоставят рекомендации, направленные на максимальную взаимодополняемость российских и международных нейтронных приборов.

Подтема 5. Прототип высокотехнологичного дифрактометра поляризованных нейтронов в зале ГЭК реактора ПИК

Целью подтемы является создание рабочего прототипа монокристаллического дифрактометра на реакторе ПИК. Прототип будет недорогим, будет содержать все основные элементы, необходимые для проведения дифракционных экспериментов, и будет иметь модульную структуру. Таким образом, прототип может быть модернизирован и преобразован в высокопроизводительный дифрактометр по мере эго эксплуатации. CEA-LLB участвует в создании 5 приборов на ESS, в том числе поляризованного нейтронного дифрактометра MAGIC. LLB проведет расчеты и оптимизацию и обеспечит разработку вторичного спектрометра для поляризованного монокристаллического дифрактометра (узел образца, блок детектора и блок окружения образца), а также программного обеспечения, необходимого для анализа данных, адаптированного для позиционночувствительного детектора. LLB будет проектировать и создавать прототипы нейтронно-поляризующих устройств, устройств спиновой манипуляции, флиппера и монохроматоров. По окончании задания прототип дифрактометра будет доставлен для установки и ввода в эксплуатацию на реакторе ПИК.

Подтема 6. Формирование научной инфраструктуры МЦНИ: НКК (SAC), 6 специализированных подкомитетов

Управление и организация международной крупномасштабной исследовательской инфраструктуры в значительной степени зависит от международного сотрудничества и обмена знаниями и передовым опытом. Мы создадим международный научно-консультативный комитет (НКК) для стратегических рекомендаций в отношении приоритетов, которые должны быть определены при разработке набора нейтронных станций после анализа ситуации в европейском ландшафте нейтронного приборостроения. НКК будет поддерживаться подкомитетами по следующим инструментальным направлениям: спектроскопия, атомная и магнитная структура, крупномасштабные структуры и фундаментальная физика. Они должны будут предоставить конкретные рекомендации по конструкции и компоновке приборов. Они будут дополнены техническими подкомитетами для конкретных рекомендаций по модераторам, нейтронной оптике, детекторам и окружению образцов, используемых в приборах.

Эта задача также положит начало диалогу с LENS (Лигой европейских нейтронных источников) в тесном сотрудничестве с WP10 LTS, Задача 10.2.

НКК и его подкомитеты будут укомплектованы признанными международными экспертами в соответствующих областях рассеяния нейтронов и нейтронного приборостроения из Европы и России. НКК будет собираться один раз в год, а подкомитеты - два раза в год.

Подтема 7. Специализированное образование и программы обучения для инженеров и ученых

Проектирование нейтронной приборной базы для ПИК требует специальной программы обучения для молодых российских инженеров и ученых. Она будет организована в виде ряда семинаров, школ и учебных курсов в связи с существующими хорошо известными международными нейтронными школами и курсами, а также в дополнение, например, школа по физике поляризованных нейтронов, специализированные семинары по нейтронографии, рефлектометрии, современным методам моделирования приборов и т. д. с участием международных экспертов. Это будет сделано в тесном сотрудничестве с задачей 9.1 WP9. Будут приняты во внимание лучшие практики и опыт регулярных совещаний DENIM (Совещание по проектированию и разработке нейтронных приборов). Будут установлены прочные связи между научными сообществами СПбГУ, обеспечивающими образование в области нейтронного рассеяния, и НИЦ КИ-ПИЯФ в качестве будущего работодателя для студентов.

Подтема 8. Создание системы распределения пучкового времени в МЦНИ на реакторе ПИК

Для управления и администрирования международных (в частности) пользователей во время работы ПИК будет разработана концепция пользовательской системы, основанная на подробном анализе отечественных требований к доступу на реакторный комплекс. Она будет охватывать всю цепочку предоставления доступа, от подачи заявки, ее оценки и переписки с пользователем до планирования эксперимента и статистического анализа работы прибора, а также дополнительные пользовательские услуги, такие как заявления на получение жилья и виз. Это будет сделано в тесном сотрудничестве с TNA WP8.

Подтема 9. Координирование деятельности Рабочего Пакета WP3

WP3 (ПИК) - это масштабный проект, требующий не только внимательного управления проектом и координации между всеми задачами, выходящими за рамки данной темы, а также со всеми заинтересованными в сотрудничестве с ПИК сторонами. В рамках CREM LINplus будут организованы встречи, чтобы регулярно обсуждать общее планирование проекта работы WP3 (ПИК) и технические вопросы с международными экспертами, например, в соседние даты с ежегодными встречами CREMLINplus. Таким образом, CREMLINplus окажет поддержку стратегической координации проекта ПИК, включая управление рисками развития проекта ПИК.

Тема WP7 «Совместная разработка технологий детектирования»

Подтема 10. Нейтронные детекторы нового поколения.

Существует острая потребность в развитии детекторных технологий в области исследований с пучками тепловых и холодных нейтронов, в частности, с целью создания крупномасштабных приборов для материаловедения, физики твердого тела и биологии. Развитие детекторных технологий для установок по рассеянию нейтронов, таких как МЦНИ ПИК НИЦ КИ, ИБР-2 в ОИЯИ и Европейский Импульсный Источник ESS, - это Подтемы 10 цель рабочего пакета WP7 (задача 7.3).

Основным направлением деятельности в рамках этой задачи является совместная разработка и создание детектора высокого разрешения для прототипа одного из приборов МЦНИ на базе ПИКа. Эта задача поможет закрыть критический технологический пробел для инструментов в мегапроекте МЦНИ ПИК и существенно увеличит потенциал в области поставок детекторов и человеческого опыта. Ключевым результатом этой деятельности станет предоставление усовершенствованной технологии детекторов для российских и европейских нейтронных исследовательских институтов.

Типичное современное разрешение положения для «золотого стандарта» нейтронных детекторов, детекторов на основе гелия-3, составляет 8 мм для трубчатых детекторов и несколько мм для многопроволочных пропорциональных детекторов. Из-за физических ограничений трудно значительно снизить это разрешение. Некоторые недавние разработки, в которых используются методы камеры Anger или новая конструкция детектора Gd-GEM с проекционной камерой с микровременной проекцией, позволили преодолеть барьер миллиметрового разрешения. Однако эти улучшения в разрешающей способности имеют гораздо более высокую стоимость, а также имеют компромисы в других параметрах производительности.

Напротив, если посмотреть на планируемые к строительству инструменты как в МЦНИ ПИК, так и в ESS, существует общая тенденция к улучшению разрешения для многих инструментов и классов инструментов, которые в основном не удовлетворяются детекторами гелия-3. Типичные начальные инструменты в ESS и PIK требуют пространственного разрешения в диапазоне нескольких миллиметров. Это улучшенное разрешение является прямым следствием более высоких доступных потоков - большее количество доступных нейтронов позволяет разработчикам прибора распределять его по большему количеству пикселей - отсюда тенденция к лучшему разрешению положения, вытекающая из конструкции прибора.

Scroll To Top