Введение к работе
Актуальность темы
Актуальность темы определяется потребностью обеспечить возможность проведения надёжных расчетов характеристик ядерной и радиационной безопасности о, реалистичной оценкой погрешности результатов.
Оценка погрешности особо важна при расчётах критичности, так как с ней связан уровень ядерной безопасности всего ядерно-энергетического цикла.
Требования к точности при оценке радиационной безопасности гораздо ниже, однако и источников погрешностей таких расчётов намного больше. Поэтому чрезвычайно важно, чтобы расчёты источников излучений опирались на надёжную информационную базу, а при расчёте радиационных полей использовались современные высокоточные методы.
На современном этапе развития ядерной энергетики интерес к повышению надёжности расчётов, возможности оценки точности результатов ещё более увеличивается в связи с переходом на инновационный тип развития, в том числе в связи с развертыванием работ по совершенствованию ядерного топливного цикла.
Можно предположить, что актуальность, выносимой на защиту работы, будет повышаться по мере развертывания работ по замыканию ядерного топливного цикла, необходимого для устойчивого и безопасного развития ядерной энергетики.
Цель работы
Целью создания выносимых на защиту профилей CRITICALITY и DOSE-FIELDS системы СКАЛА являлось обеспечение возможности максимально надёжной оценки условий ядерной и радиационной безопасности при обращении со свежим и отработавшим ядерным топливом во внешнем топливном цикле атомной энергетики. Для достижения этой цели требовалось обеспечить:
возможность проведения расчётов в обоснование ядерной безопасности с использованием различных высокоточных методов, реализованных в независимо разработанных программных кодах на основе единой константной базы (для выявления методических погрешностей и ошибок);
возможность применения различных методов учёта гетерогенных эффектов (включая метод подгрупп и детальное описание структуры нейтронных сечений);
автоматизированную оценку погрешностей расчётного предсказания критичности за счёт неточности используемых нейтронных данных и ядерных концентраций;
оценку радиационной безопасности с применением расширенной библиотеки распадных данных путём расчёта на её основе интенсивности проникающих излучений, испускаемых радионуклидным источником произвольного состава;
основательную верификацию вычислительной системы.
Разумеется, поставленная цель могла быть достигнута только при широком использовании уже разработанных программных средств и константного обеспечения. Задача автора диссертации заключалась в объединении этих средств для решения поставленной задачи и во внесении в используемые элементы системы необходимых усовершенствований и дополнений.
Научная новизна
Научная новизна определяется, главным образом, тем, что впервые разработана вычислительная система, позволяющая комплексно решать задачи ядерной и радиационной безопасности. Зарубежным аналогом системы СКАЛА является система SCALE, в последних версиях которой также предусмотрена оценка константной составляющей расчета критичности с использованием рассчитанных коэффициентов чувствительности и ковариационных матриц погрешностей констант, однако статистического анализа расчетно-экспериментальных расхождений для набора бенчмарк-экспериментов при этом не проводится. Существенно различаются и методики расчета коэффициентов чувствительности.
Программа SUBGRAN-2 впервые обеспечила возможность проведения мультигрупповых расчетов гетерогенных быстрых критсборок, в частности, критсборок БФС, с подгрупповым учетом эффекта резонансной самоэкранировки. До этого подгрупповые расчеты реализовывались в нашей стране только на уровне 26-групповых констант. За рубежом при расчете гетерогенных ячеек давно уже используется метод вероятностных таблиц -аналог метода подгрупп, однако программы, его реализующие (например, программа WIMS-6), являются коммерческим продуктом и в нашей стране до сих пор не использовались.
Впервые обеспечена возможность расчёта источников проникающих излучений на основе современной полной машинной библиотеки оцененных характеристик распада радионуклидов.
Модификация программы WIMS/D4 открыла возможность проведения инженерных проработок гетерогенных реакторов на тепловых нейтронов со смешанным уран-плутониевым топливом, с уран-ториевым топливом и др. на основе современных нейтронных данных с достаточно корректным учетом резонансных эффектов.
Практическая значимость
Практическая значимость состоит, прежде всего, в том, что система обеспечивает возможность проведения расчетов ядерной и радиационной безопасности с реалистичной оценкой погрешности расчетных результатов.
Выполненная модернизация программы WIMS открыла возможность её использования для расчетов тепловых реакторов с МОХ-топливом, что необходимо для решения проблемы вовлечения плутония в ядерный топливный цикл.
Авторская оценка практической значимости подтверждается:
использованием профиля CRITICALITY в ряде лабораторий и в отраслевом отделе ядерной безопасности ФЭИ;
передачей профилей CRITICALITY и DOSE-FIELDS во ВНИИНМ;
использованием программы WIMS/ABBN в НИИАР, НИТИ и ОКБМ;
депонированием и сдачей системы СКАЛА на аттестацию НТЦ ЯРБ.
На защиту выносятся:
1. Усовершенствования системы константного обеспечения,
выразившиеся:
в разработке программ, обеспечивших возможность проведения расчетов с учетом резонансной самоэкранировки сечений в подгрупповом приближении (программа- SUBGRAN-2);
во включении в систему константного обеспечения ковариационных матриц погрешностей групповых констант (библиотека МАКОВКА);
в существенном расширении, по сравнению с БНАБ-90, библиотеки данных о характеристиках радиоактивных распадов (увеличено число нуклидов, включены данные о спектрах испускаемых излучений);
в расширении возможностей программы подготовки констант WIMS/D4 и включении усовершенствованной программы -WIMS/ABBN - в константное обеспечение системы СКАЛА.
Профиль CRITICALITY, позволяющий рассчитывать критические параметры размножающих систем с одновременной оценкой константной составляющей погрешности коэффициента размножения, благодаря включению в профиль программ расчёта чувствительностей к константам и подсоединению к библиотеке ковариационных матриц погрешностей констант, а также благодаря выполнению обширных верификационных и валидационных исследований.
Профиль DOSE-FIELDS, позволяющий рассчитывать параметры, необходимые, для оценки радиационной обстановки вокруг установок химической переработки ядерного топлива, его транспортировки и пр., благодаря использованию современной расширенной (по отношению к БНАБ-
90) версии библиотеки распадных данных и расчету источников нейтронов и гамма-квантов с учетом различных путей образования этих излучений, а также верификации результатов в сравнительных расчётах и валидации на доступном экспериментальном материале.
Личный вклад автора состоял в следующем.
Разработка и реализация вычислительной системы СКАЛА.
Организация библиотеки ковариационных матриц погрешностей констант и обеспечение ее использования при оценке погрешностей расчетных предсказаний критичности.
Создание программ расчета основных функционалов нейтронных полей.
Разработка программы SUBGRAN-2 для проведения расчетов нейтронных полей с помощью обычных многогрупповых программ.
Разработка комплекса программ SOURCE для расчёта интенсивности излучений, испускаемых радионуклидным источником, включая участие в создании и верификации расширенной версии библиотеки распадных данных БНАБ-93.
Модернизация программы WIMS/D4, обеспечившая возможность ее применения для расчетов ячеек гетерогенных решеток с МОХ-топливом, с уран-ториевым топливом и т.п. на основе современных нейтронных констант.
Выполнение большого числа верификационных расчетов с использованием системы СКАЛА.
Публикации.
Основные результаты диссертации опубликованы в 22 работах, в том числе в 8 статьях в реферируемых российских журналах и международных изданиях [1-8], в 4 докладах, опубликованных в материалах международных и российских конференций [9-12], в трёх препринтах ФЭИ [13-15], в 6 тезисах докладов на российских и международных семинарах и совещаниях [16-21], в многотомном верификационном отчете по системе СКАЛА, переданном в Центр Организации Экспертиз Программ при НТЦ ЯРБ [22], а также в целом ряде отчётов ФЭИ.
Структура и объем диссертации.
