Struktūra

Atgal

Branduolinių tyrimų skyrius

Skyriaus vadovas prof., habil. dr. Vidmantas Remeikis
tel. +370 5 266 1640

Branduolinių tyrimų skyriaus veiklos tikslas -  plėtoti visuomenei ir verslui aktualias  mokslines ir technologines galimybes ir ugdyti kompetenciją branduolio fizikos ir branduolio bei masių spektroskopijos srityse, plėtoti pažangias aplinkotyrines ir aplinką tausojančias branduolinio kuro ciklo technologijas, diegti naujus medžiagų analizės ir modifikavimo metodus.
Veiklos sritys:

  • Plėtoti teorinio modeliavimo bei eksperimentinius metodus, vystyti naujas technologijas branduolinės energetikos saugumo gerinimo bei radioaktyviųjų atliekų tvarkymo kryptyse. Pavojingų ir radioaktyviųjų atliekų pakuočių ir atliekynų inžinerinių barjerų degradavimo teorinis ir eksperimentinis tyrimas, radionuklidų sklaidos ir kaupimosi aplinkos sanduose tyrimai.
  • Masių spektrometrijos, chromatografijos metodų plėtra medžiagotyroje, biologijoje ir aplinkotyroje. Atmosferos mikropriemaišų cheminės ir izotopinės sudėties tyrimų taikymas bei naujų technologijų ir metodikų kūrimas, tiriant fizikinius ir cheminius vyksmus atmosferoje.
  • Didelės energijos šviesos impulsų sąveikos su medžiaga procesų tyrimai, naujų jonizuojančiąją spinduliuotę detektuojančių medžiagų paieška ir tyrimai.
  • Jonų pluoštelių analizės metodų plėtra, medžiagų analizė (RBS, PIXE) ir modifikavimas jonų pluošteliu, jų taikymas kuriant plonasluoksnes technologijas.
  • Greitintuvo masių spektrometrijos (AMS) anglies izotopinio santykio matavimo medžiagose taikymai archeologiniam datavimui, aplinkotyroje, biologijoje ir technologijose.

Laboratorijos:

SKYRIAUS DARBUOTOJAI

habil.dr. V.Remeikis 
  

įranga
Eksperimentinės branduolio fizikos laboratorija  
Du identiški GC2520 serijos HPGe detektoriai kartu su daugiakanaliais analizatoriais DSA1000 analizei naudojama Genie 2000 gama spektroskopijos įranga (Canberra). Koaksialinio gryno Ge jutiklio santykinis efektyvumas 26.2%, energinė skyra 2,0 keV ties 1,33 MeV energija.  
  
Jonų greitintuvas TANDENTRON 4110A (General Ionex Corp.) skirtas sunkiųjų jonų implantavimui, helio ar protonų atgalinės sklaidos, dalelėmis indukuotai rentgeno spinduliuotei (PIXE) ir kitoms analitinėms technikoms.
  
Alfa dalelių spektrometras „Octete Plus“. Elektrochemiškai nusodintų alfa bandinių aktyvumai spektrometre nustatomi 8 kamerose  naudojant AlphaVision ir Maestro analizės įrangą (Ortec). Alfa smailių energinė skyra spektruose yra 24 keV- 4-6 MeV regione.
  
Rentgeno spindulių spektrometras
  
FHT 770 T6 α, β skaitiklis 
  
4 neutronų šaltiniai 239PuBe, kurių bendras aktyvumas lygus 5,7·107 n.s-1. Neutronų šaltinių saugojimo įrenginys.
  
240 kV vienos pakopos greitintuvo masių spektrometras (SSAMS, NEC, USA) 14C/12C santykio nustatymui.
  
Elementinis analizatorius (EA, Vario Isotope Select, Elementar, GmbH), sujungtas su grafitizavimo sistema AGE 3 (IonPlus AG).
  
Masių spektrometrijos laboratorija
Indukcinės plazmos masių spektrometras „Element 2“ (Thermo Fischer Scientific) - cheminių elementų koncentracijų ir medžiagos izotopinės sudėties nustatymui plačiose aptikimo ribose (nuo įprastų iki ypač mažų – 10-15 g/g siekiančių – koncentracijų).
  
Izotopų santykio masių spektrometrai Delta plus Advantage ir Delta V Advantage su mėginių įvedimo įrenginiais: 
  
  • dujų chromatografas Trace GC Ultra δ13C, δ15N, δ34S santykių nustatymuiskystuose ir dujiniuose mėginiuose. Amino- ir riebiųjų rūgščių  matavimai.
 
  
  • elementinis analizatorius Thermo Flash EA1112 δ13C, δ15N, δ34S santykių nustatymui kietuose mėginiuose;
  
  • dujų padavimo sistema Gas Bench II δ13C and δ18O santykio nustatymuikarbonatuose, CO2,  vandenyje;
 
  
  • auštatemperatūris degintuvas Thermo TC/EA δ18O ir D/H santykio nustatymui organiniuose junginiuose ir vandenyje.
  
Branduolinio gama rezonanso laboratorija
Mesbauerio spektrometras (Wissenschaftliche elektronik GMBH) (įskaitant konversijos elektronų detektorių)
  
Uždaro ciklo helio kriostatas (Advanced Research Systems, Inc) (6-300 K)
  
Vakuuminė krosnelė (300 – 1000 K)
  
Rutulinis malūnas
Programinė įranga ir metodai
Programinė įranga  

FTMC eksperimentinėje branduolio fizikos laboratorijoje įvairiems dalelių sąveikos su medžiaga  uždaviniams spręsti  naudojami MCNP6, MCNPX, SCALE 6.2, GEANT4 programiniai paketai.
Deterministiniai metodai  (SCALE 6.2) naudojami  atliekant branduolinės saugos (kritiškumo, ekranavimo, šilumos pernašos, nuklidų sudėties analizės) vertinimo uždavinius sertifikuotiems kritiniams reaktoriams (RBMK, PWR, VVER) bei naudoto branduolinio kuro konteinerių analizei. Monte Karlo kodai (MCNP6, MCNPX, GEANT4) naudojami įvairių kritinių ir iki-kritinių sistemų modeliavimui: IV kartos reaktorių (GT-MHR) (pav. a), hibridinių sistemų (branduolinės sintezės–dalijimosi sistema), dalelių greitintuvų (EURISOL) bei energetinių reaktorių (VVER, RBMK) (pav. b).   MCNP rezultatų tikslumą riboja ÖN ( N - modeliuotų dalelių skaičius), todėl nepaisant plačių taikymo galimybių, kartais naudingiau taikyti deterministinius kodus. Naujausia SCALE6.2 programinė sekos versija gali panaudoti MCNP neutronų srautus bei gauti medžiagų aktyvacijos rezultatus toli nuo šaltinio/ už ekranuojančios medžiagos ir kt.  Praktikoje, modeliai turi būti validuoti eksperimentais. MCNP6 bei GEANT4 kodai naudojami ir įvairių tipų detektorių sąveikos su spinduliuote modeliavimui (pav. c)

Sukurtos programos kelių nukleonų surištų sistemų parametrams apskaičiuoti:  paralelinė programa 3-5 dalelių sistemos harmoninio osciliatoriaus koeficientams apskaičiuoti skirta kelių fermionų sistemų aprašymui, bei programa 3-6 nukleonų surištų sistemų lengviausiųjų atomo branduolių ryšio energijų bei kitų parametrų apskaičiavimui.
Atominių elektrinių įrangos, patalpų, atliekų  bei aplinkos taršos radionuklidais vertinimo kompiuterinės programos:

  • LIETDOS kompiuterinių programų paketas radionuklidų sklaidai aplinkoje modeliuoti ir žmonių bei biotos apšvitos dozėms vertinti.
  • Kompiuterinė programa OSCAR (CEA, Prancūzija) - reaktoriaus pirminio cirkuliacinio kontūro radioaktyviosios taršos vertinimas, orientuojantis į eksploatacijos nutraukimui svarbų radiologinį charakterizavimą.
  • THYROID kompiuterinių programų paketas gyventojų skydliaukės apšvitos  dozių nustatymui radioaktyvių teršalų patekimo į atmosferą po avarijų atveju.

 

Pav. a GT-MHR reaktoriaus modelis (MCNP)


Pav. b MCNP RBMK reaktoriaus modelis ir neutronų srautas reaktoriaus konstrukcijose

Pav. c Didelės energijos fotonų sąveikos su medžiaga modeliavimas kodais GEANT4 ir MCNP6

 

 

Metodai

Radioaktyviųjų atliekų nuklidinės sudėties nustatymas panaudojant proporcingumo daugiklių (nuklidinio vektoriaus) metodą.
Radioaktyviųjų atliekų apibūdinimui reikalingi teoriniu modeliavimu paremti metodai. Tuo tikslu mūsų laboratorijoje plėtojamas pusiau empirinis nuklidinio vektoriaus metodas, kuris įgalina, atlikus lengvai matuojamų didelės energijos gama spinduolių, tokių kaip 60Co ar/ir 137Cs, pigius matavimus ir panaudojus radionuklidų susidarymo branduoliniame reaktoriuje ir jų sklaidos AE teorinį modelį, patikimai įvertinti visas radioaktyviąsias atliekas, t. y. apskaičiuoti, kokie yra sunkiai matuojamų spinduolių savitieji aktyvumai pagal teoriškai nustatytus ir nedideliame kiekyje specialiai atrinktų bandinių išmatuotus šių radionuklidų ir lengvai matuojamų radionuklidų savitųjų aktyvumų santykius.
Pav. d 3D PWR reaktoriaus modelis, aktyviosios zonos kuro užkrovimas, santykinis neuatronų srautas reaktoriaus aktyviojoje zonoje, eksperimentiniai duomenys, eksperiemntinių/modeliavimo duomenų analizės pavyzdys, radioaktyviųjų atliekų nuklidinis vektorius.

Pav. d

   
Аnalitinis oro teršalų sklaidos modelis, kai teršalai išmetami iš taškinio šaltinio ir sklaidos metu vyksta pirminio teršalo skilimas į antrinį (dėl foto-, cheminių, radioaktyviojo skilimo ir kt. reakcijų), atsižvelgiant į atmosferos stabilumo ir vėjo sąlygas bei naudojant plačiai paplitusius Gauso dispersijos parametrus σx  ir σy sklaidai apibūdinti. Teršalų nusėdimui panaudotas sausojo nusėdimo greitis. Inovatyvumas: šis modelis yra unikalus ir leidžia analitiškai tiksliai išspręsti teršalų grandinėlės (pirminis ir antrinis teršalas) sklaidos uždavinį minėtomis sąlygomis. Jis gali būti taikomas kaip kalibravimo įrankis sudėtingų skaitmeninių modelių patikrai arba modeliavimo algoritmas teršalų sklaidai modeliuoti.
 
Radionuklidų migracijos branduolinio reaktoriaus technologinėmis grandimis modelis sunkiai matuojamų radionuklidų (I-129, Cs-135) aktyvumo vertinimui branduolinės jėgainės technologinėse grandyse ir susidarančiose radioaktyviosiose atliekose.
 
Radiocheminiai metodai plutonio (238Pu, 239,240Pu), cezio (134Cs, 137Cs), americio (241Am, 243Am), stroncio (89Sr, 90Sr), technecio (99Tc), geležies (55Fe), nikelio (63Ni) ir švino (210Pb) izotopų nustatymui įvairiose terpėse.
 
Laboratoriniais eksperimentais pagrįsta ir praktiškai išbandyta fiksuoto tūrio biosorbento kolonėlė, leidžianti sukoncentruoti ir nustatyti plutonį gėlo vandens telkinuose mažesnėmis laiko, darbo ir cheminių reagentų sąnaudomis.
Vykdomi projektai
  • Pieno produktų kilmės nustatymas. Vad. dr. A. Garbaras (kartu su IAEA). Kuriama metodika pieno produktų kilmei nustatyti naudojan izotopų santykio masių spektrometrinius metodus. 
  • 2200-U12 JOPRAD – EC projektas  (Contract Number: 653951), skirtas panaudoto branduolinio kuro laidojimo geologinėse saugyklose problemoms spręsti (2016-2017). 
  •  Apšvitinto grafito apdorojimo būdai (GRAPA) (2016-2019), Vadovas FTMC: G. Duškesas
    Šiame projekte, kurį organizavo Tarptautinės atominės energijos agentūra, organizacijos iš daugiau negu 20-ies šalių plėtoja praktinius metodus tinkamus tvarkyti atominių elektrinių eksploatavimo nutraukimo metu susidariusias apšvitinto grafito atliekas. FTMC mokslininkų darbas apima radionuklidų susidarymo Ignalinos AE RBMK-1500 branduolinio reaktoriaus grafite modeliavimo tobulinimą, 3D modelio skirto skaičiuoti radiacinę taršą Magnox reaktoriaus Latina AE (Italija) grafito konstrukcijose kūrimą, radionuklidų išplovimo iš Ignalinos AE RBMK-1500 branduoliniame reaktoriuje apšvitinto grafito tyrimus, 14C izotopo savitojo aktyvumo apšvitintame grafite greito matavimo prietaiso konstravimą. 
  • Valstybinių TSO techninė parama IAE radiologinės charakterizacijos srityje. Projekto Nr. 1A.14/01/TSO.0. Vadovas: Laurynas Juodis. Trukmė: nuo 2016.03.22 iki 2017.12.31(planuojama). Projekto biudžetas: 430 000 Eurų.
    Projekto tikslas – Ignalinos atominės elektrinės A1 bloko reaktoriaus ir susijusių technologinių sistemų radioaktyviojo užterštumo įvertinimas, panaudojant kompiuterinio modeliavimo aktyvacijos vertinimui, proporcingumo daugiklių, tiesioginių spektrometrinių matavimų metodus.
  • BRILLIANT (Baltijos mokslinių tyrimų iniciatyva ilgalaikėms branduolinėms technologijoms; Baltic Research Initiative for Long Lasting Nuclear Technologies), EURATOM HORIZON 2020 (EK), projekto Nr. 662167. Trukmė: 2015.07.01 – 2018.07.01. Projekto biudžetas: 1,2 mln. Eurų; FTMC dalis – 107 537 Eurai.
    Projekto tikslas – identifikuoti branduolinės energetikos plėtros kliūtis Baltijos jūros regiono šalyse ir sudaryti sąlygas joms įveikti. BRILLIANT projektas skirtas padėti keistis mokslinėmins žiniomis ir kompetencija tarp regione pirmaujančių institucijų branduolinės energetikos srityje. Bendradarbiaujama infrastruktūros,  kompetencijos ir bendrų tyrimų identifikavimo, branduolinio kuro ciklo ir radioaktyviųjų atliekų tvarkymo, branduolinės energetikos poveikio ilgalaikėje energijos tiekimo perspektyvoje srityse.

svarbiausios publikacijos
  1. Masalaite, A., Holzinger, R., Remeikis, V., Röckmann, T., and Dusek, U.: Characteristics, sources and evolution of fine aerosol (PM 1) at urban, coastal and forest background sites in Lithuania, Atmospheric Environment, 148, 62-76, 2017.
  2. Darius Ceburnis, Agne Masalaite, Jurgita Ovadnevaite, Andrius Garbaras,Vidmantas Remeikis,Willy Maenhaut,Magda Claeys,Jean Sciare,Dominique Baisnée,Colin D. O’Dowd Stable isotopes measurements reveal dual carbon pools contributing to organic matter enrichment in marine aerosol. Scientific Reports. 6, 36675; doi: 10.1038/srep36675 (2016).
  3. Plukienė R., Plukis A., Puzas A., Gvozdaitė R., Barkauskas V., Duškesas G., Cizdziel J.V., Bussan D., Remeikis V.: Actinides Input to the Dose in the Irradiated Graphite of RBMK-1500 Reactor. Nucl. Eng. Des., 300, pp. 530-535 (2016) 
  4. Šalkus T., Kazakevičius E., Reklaitis J., Venckutė V., Daugėla S., Davidonis R., Baltrūnas D., Dindune A. , Valdniece D. , Orliukas A.F.: Study of the Li3Fe1.2Sc0.75Y0.05(PO4)3 NASICON type materials by impedance and Mössbauer spectroscopy, Solid state Ionics,  302, 30–34, 2017. 
  5. L.Juodis, V. Filistovic, E.Maceika, V.Remeikis, Analytical dispersion model for the chain of primary and secondary air pollutants released from point source, Atmospheric Environment,128 (2016) 216-226.
  6. Konstantinova M., Lukšienė B., Tarasiuk N., Maceika E.: Estimation of Cs isotope accumulation by litter, moss and grass in Lithuania attributed to the Fukushima Daiichi NPP accident. Journal of Geochemical Exploration, 174 (2017), 159-163.