Beam dynamics simulation in high power driver linac using BEAMDULAC-SCL code

Abstract

A number of superconducting linear accelerators-drivers of high-power proton beams are discussed at present. Such accelerators are necessary for accelerating driven systems (ADS) and spallation neutron sources (SNS). The successful development of the conventional nuclear power plants based on reactors utilizing fissile isotope as ²³⁵U, ²³⁹Pu completely satisfied available requirements both civil nuclear power engineering and nuclear weapon complex for a long time. But last time the safety requirements for traditional nuclear reactors based on the uranium (or uranium-plutonium) fuel are hardening, impossibility of receiving necessary amount of uranium of some countries and large amount of accumulated radioactive waste leads to R&D of fast reactors and subcritical nuclear systems. Waste processing can be also done using ADS with external source of neutrons − a proton accelerator with a beam power of 1…10 MW. The parameters of an accelerator-driver obtained by numerical simulation in the updated BEAMDULAC-SCL code are presented in this report.

В последнее время в мире обсуждается несколько проектов сверхпроводящих линейных укорителейдрайверов мощных протонных пучков. Такие ускорители необходимы для подкритических ядерных систем и мощных нейтронных генераторов. Успешное развитие традиционной ядерной энергетики на основе реакторов, использующих делящиеся изотопы ²³⁵U, ²³⁹Pu, долгое время полностью удовлетворяло имеющиеся потребности как гражданской ядерной энергетики, так и ядерно-оружейного комплекса. Однако в последнее время ситуация стала меняться. Ужесточение требований безопасности традиционных ядерных реакторов на урановом (или уран-плутониевом) топливе, невозможность получения необходимого количества урана некоторыми странами, а также большое количество накопленных радиоактивных отходов привело к активизации работ по развитию реакторов на быстрых нейтронах и подкритических ядерных установок. Подкритическая ядерная установка, использующая внешний источник нейтронов – ускоритель протонов с мощностью пучка 1…10 МВт, может служить и для переработки радиоактивных отходов. Приводятся параметры ускорителядрайвера, полученные с помощью моделирования в усовершенствованной программе BEAMDULAC-SCL.

Останнім часом у світі обговорюється декілька проектів надпровідних лінійних прискорювачівдрайверов потужних протонних пучків. Такі прискорювачі потрібні для підкритичних ядерних систем і потужних нейтронних генераторів. Успішний розвиток традиційної ядерної енергетики на основі реакторів, що використовують ізотопи, що діляться – ²³⁵U, ²³⁹Pu, довгий час повністю задовольняло наявні потреби як цивільної ядерної енергетики, так і ядерно-збройового комплексу. Проте останнім часом ситуація стала мінятися. Посилення вимог безпеки традиційних ядерних реакторів на урановому (чи уран-плутонієвим) паливі, неможливість отримання необхідної кількості урану деякими країнами, а також велика кількість накопичених радіоактивних відходів привело до активізації робіт по розвитку реакторів на швидких нейтронах і підкритичних ядерних установок. Підкритична ядерна установка, що використовує зовнішнє джерело нейтронів – прискорювач протонів з потужністю пучка 1…10 МВт, може служити і для переробки радіоактивних відходів. Наводяться параметри прискорювача-драйвера, отримані за допомогою моделювання у вдосконаленій програмі BEAMDULAC-SCL.