Saint-petersburg state university russian academy of sciences joint institute for nuclear research

THE S
3 
AS AN AUXILIARY DETECTOR FOR NEUTRINO 
MONITORING OF A NUCLEAR REACTOR 
 
Egorov V.G.
1
, Ponomarev D.V.
1
, Rozova I.E.
1
, Fomina M.V.
1
,  
Kuznetsov A.S.
1
, Zhitnikov I.V.
1
, Belov V.V.
1
, Štekl I.
2
, Špavorová M.
2
,  
Fajt L.
2
, Vlášek J.
2
, Přidal P.
2
, Hodák R.
2
, Mamedov F.
2
, Burešova H.
3
 
1 
Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia; 
2 
Institute of Experimental and Applied Physics, CTU, Prague, Czech Republic; 
3 
Envinet a. s., Třebíč, Czech Republic 
E-mail: [e-mail] 
 
One  of  the  prospective  methods  of  industrial  nuclear  reactor  monitoring 
could be done by means of neutrino detection. 
In  order  to  realize  this  idea  it  is  necessary  to  have  some  relatively  simple 
neutrino  detectors,  which  do  not  contain  any  flammable  or  other  dangerous 
liquids  and  may  therefore  be  located  very  close  to  the  core  of  an  industrial 
nuclear reactor. 
In this work we describe design of the S
3 
detector developed in JINR. The S
3
 
is very similar to the big DANSS detector, but has more simple construction and 
smaller dimensions. 
The sensitive volume of the detector (64 l) consists of 80 polysterene-based 
plastic scintillator plates. To collect light signal 8 photomultipliers and 80 multi-
pixel  photon  counters  (MPPCs)  coupled  to  the  plates  via  wavelength-shifting 
fibers are used. 
Each S
3
 detector is expected to register that about 500 neutrino events per day 
with  a  background  less  than  10%;  and  the  system  consisting  of  the  DANSS 
detector and two or three S
3
 detectors renders it possible to determine the center 
of fuel burning in the WWER-1000 reactor with the accuracy of 10–20 cm. 
 
 

 
305 
MODELLING OF THE INTERACTION OF POWERFUL 
RADIATION WITH A CONDENSED MATTER TARGET  
IN A MAGNETIC FIELD 
 
Kuzenov V.V.
1,2
, Ryzhkov S.V.
1
, Shumaev V.V.
1
 
1 
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia; 
2 
Institute for Problems in Mechanics of RAS, Moscow, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
High energy density systems, such as magneto-inertial fusion devices [1, 2] 
can be used for a wide range of applications: as a particle source for disposal of 
radioactive  wastes  and  medical  applications  of  isotopes,  as  part  of  the  fusion-
fission reactor, for experiment with materials and etc. The significant feature of 
these systems is an ultrahigh magnetic field (~10
4
 T during target compression) 
[3, 4]. 
It  is  required  to  consider  the  processes  of  the  target  compression  together 
with equations of state (thermal and thermodynamic) at various stages, including 
maximum  compression,  i.e.  for  a  wide  range  of  density  and  temperature 
(temperatures from a few thousands K to a hundred millions K, densities from 
gas-like up to 10
7
 kg/m
3
). Obtaining the equations of state in such a wide range 
of  parameters  leads  to  the  problem  of  joining  the  solutions.  Relatively  simple 
and  sufficiently  accurate  option  is  to  use  the  Thomas-Fermi  model  at  high 
temperatures and densities (temperature T > 10
5
 K, the density of the order of 
solid  density  and  higher)  [5–7].  One  can  use  the  ionization  equilibrium  model 
(Saha model) [5, 8] for lower temperatures and densities. 
This  paper  describes  the  following  subtasks  arising  from  modeling  of  the 
interaction of powerful radiation with a condensed target in an external magnetic 
field:  physical  context  and  mathematical  formulation  of  the  problem;  the 
calculation of the thermodynamic properties (pressure, specific internal energy 
and  entropy)  of  plasma  on  the  basis  of  wide-range  equation  of  state.  The 
calculation results in the temperature-density coordinates are presented. Criteria 
for the use of each model are obtained. 
This  work  was  supported  by  the  Ministry  of  Education  and  Science  of  the 
Russian Federation (Project № 13.79.2014/K). 
 
1.  O.V.Gotchev, P.Y.Chang, J.P.Knauer 
et al. // Phys. Rev. Lett. 2009. V.103. 215004. 
2.  V.V.Kuzenov, S.V.Ryzhkov // Probl. Atom. Sci. Tech. 2013. № 1 (83). P.12. 
3.  S.V.Ryzhkov // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2014. V.78. P.456. 
4.  D.Nakamura, H.Sawabe, S.Takeyama // Rev. Sci. Instrum. 2014. V.85. 036102. 
5.  Ya.B.Zel’dovich, Yu.P.Raizer. Physics of Shock Waves and High-Temperature 
Hydrodynamic Phenomena. New York: Dover Publications. 2002. P.944. 
6.  A.F.Nikiforov, V.G.Novikov, V.B.Uvarov. Quantum-Statistical Models of Hot Dense 
Matter. Methods for Computation Opacity and Equation of State. Basel: Birkhauser 
Verlag. 2005. P.439. 
7.  V.V.Kuzenov, S.V.Ryzhkov, V.V.Shumaev // Applied Physics. 2014. V.3. P.22. 
8.  N.N.Kalitkin, K.I.Lutskiy // Doklady Akademii Nauk. 2014. V.457. P.157. 
 
 

 
306 
MONITORING SYSTEM OF RADIATION EXPOSURE 
PROTON LINAC 
 
Skorkin V.M.
1
, Belyanski K.L.
1
, Skorkin A.V.
2
  
1 
Institute for Nuclear Research of RAS, Moscow, Russia; 
2 
VERCOM, Moscow, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
A result of the proton beam loss is formed radionuclides, gamma and neutron 
secondary radiation, which represent danger to the personnel and the population. 
The  main  radiation  hazard  to  population  is  short-lived  radionuclides  in 
atmospheric radioactive emissions from the linac. 
The monitoring system online controls the neutron radiation from the beam 
loss,  the  gamma-activity  of  radioactive  gases  and  aerosols  in  the  ventilation 
system of the linac and a dose rate from an external gamma and beta radiation 
near  to  urban  area.  The  system  consists  of  neutron  detectors  in  transport 
channels, gamma detectors in the ventilation system and the distributed network 
DKS-AT1121 dosimeters placed in territory. The detectors are connected to the 
server  through  data  cable.  The  central  server  performs  the  storage  and 
processing of data from the sensors, the display card detectors, the spectra and 
the  measurement  results,  the  presentation  of  the  results  in  text  and  graphical 
form on a Web page. 
 
 

 
307 
EXPERIMENTAL STUDIES OF THE MEDICAL ISOTOPES 
PRODUCTION USING SPALLATION NEUTRONS 
GENERATED IN MASSIVE URANIUM TARGET 
 
Sotnikov V.
1
, Adam J.
2
, Artushenko M.
1
, Solnyshkin A.
3
, 
Tyutyunnikov S.
3
, Voronko V.
1
, Zavorka L.
4
, Zhadan A.
1
 
1 
National Science Centre Kharkov Institute of Physics and Technology, Kharkov, Ukraine; 
2 
Nuclear Physics Institute of the ASCR, Řež, Czech Republic; 
3 
Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia; 
4 
Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University,  
Prague, Czech Republic 
E-mail: [e-mail] 
 
Most  of  the  discussed  or  projected  electronuclear  systems  (Accelerator 
Driven  Systems)  are  a  hybrid  of  the  subcritical  fast  reactor  (sub-critical  core) 
and  external  neutron  source  (spallation  target)  based  on  the  accelerator.  Sub-
critical  core  implemented  neutron  spectra  close  to  moderated  fission  neutron 
spectrum  and  in  these  spectra  one  can  produce  radionuclides  typical  for  fast 
nuclear reactor. Neutron spectrum in the spallation target more hard than fission 
neutron spectrum. This spectrum will allow produce some medical isotopes by 
spectral neutrons with energy > 10 MeV.  
We  investigated  the  production  possibility  of  the  therapeutic  radionuclides 
64,67
Cu  and  alpha  emitter 
225
Ac(
213
Bi)  via 
nat
Zn(n,x)  and 
232
Th(n,x)  reactions 
induced  by  fast  spallation  neutrons  generated  by  1–8  GeV  deuteron  and  
660  MeV  proton  beams.  Experiments  was  performed  on  a  massive  uranium 
target (mass of natural uranium ~ 512 kg) of assembly "QUINTA-M" [1] at the 
accelerators “Nuclotron” and “Phasotron” JINR , Dubna. 
It  was  found  that  all  reaction  rates,  calculated  per  unit  of  beam  power, 
remains  approximately  constant  within  our  statistical  errors  for  all  energies  of 
the deuteron beam in the range from 1 to 8 GeV. During a saturation irradiation, 
it is possible to produce 2.4 GBq of 
67
Cu per gram of natural Zn and per 1 MW 
primary beam power. Saturation yield of 
64 
Cu is 49 GBq/g/MW.  
In  this  work  we  performed  calculation  of  radionuclide  purity  depending  on 
the  degree  of  enrichment  of  the  various  zinc  isotopes  and  depending  on  the 
‘cooling’ time after irradiation.
 
The main disadvantage of this method is a high 
64
Cu/
67
Cu ratio in the final product at EOB. Significantly reduce 
64
Cu/
67
Cu ratio 
is only possible if you use zinc target enriched with 
68
Zn. Satisfactory result can 
be expected for the enrichment starting with 50% 
68
Zn. 
 
1.  J.Adam  
et al. (“E&T–RAW” Collaboration) // JINR Preprint E1-2010-61. Dubna. 
2010. 
 
 

 
308 
THE USE OF THE 120-CM CYCLOTRON FOR THE STUDY 
OF COMBINED EFFECT OF IONIZING RADIATION AND 
HYPOMAGNETIC CONDITIONS ON THE LETTUCE SEEDS 
 
Lebedev V.M.
1
, Platova N.G.
2
, Spassky A.V.
1
, Trukhanov K.A.
2 
1 
Lomonosov Moscow State University Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Moscow, 
Russia; 
2 
State Research Center of the Russian Federation, Institute of Biomedical Problems, 
Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
Study of biological effect of high energy charged particles and hypomagnetic 
conditions (HMC) is an actual interdisciplinary task that is important for human 
activities  and  functioning  of  the  future  bioregenerative  life  support  systems 
(BLSS) for astronauts in deep space and on the Moon. 
Using  the  120-cm  cyclotron  we  studied  the  effect  of 
-particles  under 
conditions  of  normal  and  low  geomagnetic  field  on  chromosomal  damage 
lettuce  seeds  Latuca  sativa  L.,  belonging  to  the  intended  composition  BLSS 
during long distant flights. 
Irradiation of seeds carried out in cells with walls made of thin mylar films. 
The seeds were placed between the two films in a single layer. Irradiation was 
carried  out  sequentially  on  both  sides  of  the  cell.  Energy  of 
-particles 
bombarding seeds was 25.8 MeV. The magnitude of the linear energy transfer 
(LET)  at  the  same  time  close  to  the  value  of  LET  relativistic  nuclei  neon-
magnesium  galactic  cosmic  rays,  which  allows  you  to  simulate  their  effect  on 
biological objects. 
To create HMC conditions used hypomagnetic cylindrical chamber of a soft 
magnetic material with a working volume of 28 liters, in which the geomagnetic 
field has been weakened by more than 1000 times. 
Irradiated seeds with different values of absorbed doses were germinated in a 
different attenuation of the geomagnetic field. The result of exposure to ionizing 
radiation and the HMC was estimated by the number of chromosomal damages 
in first mitosis of seedling root meristem. 
As  a  result  of  the  experiments  there  was  a  trend  to  increased  levels  of 
chromosomal  aberrations  in  irradiated  seeds.  Under  cytogenetic  analysis  after 
germination of irradiated and non-irradiated seeds in HMC there was observed a 
tendency  of  increase  in  the  percentage  of  chromosomal  aberrations,  cells  with 
multiple  aberrations,  as  well  as  the  percentage  of  chromosomal  bridges  in 
comparison with seeds, germinated in the laboratory condition. 
The  work  was  performed  by  using  equipment  purchased  by  "Program  for 
Development of Moscow University." 
 
 

 
309 
SOFTWARE COMPLEX FOR SIMULATION  
OF INTROSCOPY AND TOMOGRAPHY SYSTEMS 
 
Spirin D.O., Berdnikov Ya.A. 
Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University, Saint-Petersburg, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
Present  simulation  software  of  introscopy  and  tomography.  Software 
complex  allows  for  required  mathematical  and  computer  processing  and 
visualization of the results of recognition. 
The report is devoted to development and testing of a program complex for 
an industrial X-ray tomography with application of the dual energy method. The 
purposes  of  the  project  also  include  creation  of  full-scale  realistic  modelling 
(simulator)  of  an  industrial  X-ray  tomography.  It  is  shown,  that  the  analysis, 
development  and  application  of  a  dual-energy  method  of  in  an  industrial 
tomography will give new quality of the restored tomograms and will allow to 
obtain a new information about research object. 
Dual-energy  method  allows  to  obtain  the  atomic  number  and  density  by 
linear attenuation coefficient examination at two different energies [1]. 
The  possibility  of  the  dual-energy  method  application  in  X-ray  CT  was 
examined  with  the  use  of  X-ray  CT  simulating.  The  software  complex  was 
developed for full-scale realistic modeling of the X-ray tomography from a stage 
of reception of projective data till restoration of the image of investigated object 
[2]. 
The  obtained  results  and  the  developed  software  will  be  used  in  researches 
made  on  the  industrial  X-ray  tomography  on  faculty  «Experimental  nuclear 
physics» SPbPU. Also it is possible to use the obtained results in development 
of  other  tomography  systems  for  simulation,  testing  and  data  processing  from 
corresponding facilities. 
 
1.  R.E.Alvarez 
et al. // Phys. Med. Biol. 1976. V.21. P.733. 
2.  S.Agostinelli 
et al. // NIM in Physics Research Section A: Accelerators, 
Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2003. V.506. №3. P.250. 
 
 

 
310 
RECORDING SYSTEM OF MULTICHANNEL TEMPORAL 
DISTRIBUTION SPECTROMETER 
 
Akindinova E.V., Babenko A.G., Vakhtel V.M.,  
Rabotkin V.A., Kharitonova D.D. 
Voronezh State University, Voronezh, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
A system of measurement of temporal properties of radiation fluxes has been 
developed on the basis of a spectrometer consisting of four independent parallel 
measurement channels, including points of time t
i 
of arrival from four radiation 
detectors. 
Each channel of a spectrometer version created has a spectrometric amplifier, 
a differential amplitude discriminator, and a standard signal conditioner. Pulses 
from each channel are received by a multichannel meter-counter recording the 
point of time of arrival of pulse sequences. 
A  software  package  of  buffer  memory  channel  control  for  channels  with 
FIFO  structure  has  been  developed  to  assure  the  optimum  management  of 
accumulation  of  sequences  t
i
  arrays.  The  error  of  time  point  determination 
amounts to 2.5
10
–7
 s. 
The  systems  allows  for  the  off-line  scanning  of  t
i
  arrays  accumulated  and 
forming  of  the  corresponding arrays  of  time  intervals 

i 
= t
i+1 
– t
i
  and  number 
n(
t) of particles during interval t. 
Such approach allows, without losing any information on time characteristics 
of  radiation  fluxes,  the  forming  of  time  series  of  the  required  structure  for 
further statistical analysis. 
 
 

 
311 
THREE-CHANNEL TEMPORAL SPECTROMETRY  
OF RADIATION FLUX 
 
Akindinova E.V., Babenko A.G., Vakhtel V.M., Zyulkov A.V., 
Rabotkin V.A., Kharitonova D.D. 
Voronezh State University, Voronezh, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
Three-channel measurements of sequences of points of time t
i
 of generation 
of semiconductor detector pulses at recording of alpha-radiation from reference 
source 
238
Pu have been carried out.  
The  measurements  were  performed  with  the  help  of  a  three-channel 
spectrometer  of  temporal  distributions  of  t
i
.  The  duration  of  continuous 
measurement amounted up to 18 days. The error of determination of t
i
 did not 
exceed  2.5
10
–7
  s.  The  accumulated  arrays  of  time  sequences  t
i
  were  off-line 
formed into the arrays of time serieses n(
t) of the number of pulses during the 
specified  intervals  of  time 
t>10
–1
  s.  The  stability  of  measurement  conditions, 
i.e. stationary state, was monitored as per the parameters of amplitude spectra of 
alpha particles of each channel. 
Time serieses n(
t) obtained with the volume of up to 1.510
6 
were processed 
with  the  help  of  correlation  analysis  and  spectral  Fourier  analysis.  The 
autocorrelation function was applied as follows: 
)
(
)
,
cov(
)
,
(
n
S
n
n
n
n
R
k
i
i
k
i
i



, 
where
 
)
,
cov(
k
i
i
n
n

 and S – autocorrelation function and dispersion respectively. 
The  correlation  and  spectral  Fourier  analysis  of  functions 
)
,
(
k
i
i
n
n
R

  was 
carried out with several standard windows – weight functions used. Moreover, 
the  cross-correlation  analysis  of  time  serieses  of  all  three  channels  was 
performed. 
No fluctuations of values of n(
t) with periods of 1 min ≤ T ≤ 48 hours have 
been observed for the significance level of 0.95 and 0.99. 
 
 

 
312 
FIELD GENERATED BY THE PASSAGE OF GAMMA RAYS  
THROUGH A LIQUID MEDIUM 
 
Valiev F.F. 
Saint-Petersburg State University, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
The  electromagnetic  field  generated  by  the  interaction  of  hard  gamma 
radiation with the liquid media was studied even in beginning of the last century 
[1, 2]. 
The general approach to calculation of the field in space-time representation 
is presented in [3]. Many works were performed in this approach in the frame of 
the linear current model [4, 5].  
Here  we  calculated  the  components  of  electromagnetic field  produced  with 
gamma radiation passing through the media as liquid as gaseous for comparison. 
We summed the fields of the free electrons resulting from interaction of gamma 
radiation with media.  
There is difference in data for total sources of electromagnetic fields at fixed 
observation’s  angels  in  these  media.  Result  decreases  with  the  increasing  of 
pressure of gaseous medium. 
 
1.  P.A.Cerenkov // Doklady Akad. Nauk SSSR. 1934. V.2. P.451. 
2.  I. M.Frank, I.E.Tamm
 // Doklady Akad. Nauk SSSR. 1937. V.14. P.109. 
3.  V.V.Borisov. The electromagnetic field of the transient currents. 1996. St-Petersbug 
State University Press. St-Petersbug. 
4.  V.V.Borisov, A.B.Utkin // J. Phys. 1993. A. V.26. P.4081. 
5.  F.F.Valiev // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2011. V.75. №7. 
P.1001. 
 
 

 
313 
NEUTRINO EXPERIMENTS DATA BASE
 
 
Brusnitcyn A.A.
1
, Shirokov E.V.
1,2
, Stepanov M.E.
1
, Vladimirova E.V.
1
 
1 
Faculty of Physics,
 
Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; 
2 
Skobeltzyn Institute of Nuclear Physics, Lomonosov Moscow State University, 
Moscow, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
Detection  of  neutrinos  is  one  of  the  highest  priorities  for  the  scientific 
community now. Neutrino carries unique information about important processes 
from  the  depths  of  the  Earth  and  out  from  deep  space.  Meanwhile  there  is  no 
database that accumulates the results of a large number of experiments. 
The  unified  database  for  neutrino  experiments  is  presented.  The  resulting 
database allows to add, store, and search for a variety of data, such as general 
information  about  the  experimental  complex,  parameters  of  the  detector, 
purposes of the experiment, characteristics of the neutrino, experimental points, 
as  well  as  information  about  the  participants  of  the  experiment  and  related 
publications. 
The  adding  data  interface  is  implemented  so  that  the  user  can  quickly  and 
easily edit the stored information. Web database interface also enables a flexible 
search  of  the  stored  data  and  presents  the  result  in  the  most  convenient  form. 
The main tools for implementation of a relational database and control interface 
are  SQL  (structured  query  language),  PHP,  JavaScript,  and  JSON  (JavaScript 
Object Notation). 
The  database  and  control  interface  provides  the  open  internet  access.  The 
database  is  running  at  SINP  MSU  (Skobeltsyn  Institute  of  Nuclear  Physics, 
Lomonosov  Moscow  State  University)  at  present,  and  it  is  in  the  process  of 
loading the experimental data now. 
 
 

 
314