Нейтроника-2022: доклад-победитель молодёжной секции

Конференция "Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики" - "Нейтроника-2022" прошла в Обнинске с 31 мая по 3 июня 2022 года. В программу конференции была включена молодёжная научно-историческая секция (докладчик и не менее 50% соавторов в возрасте до 35 лет). С любезного разрешения организаторов мы публикуем доклад, признанный победителем молодёжной секции. Название доклада: "Разработка тестовых задач активной зоны исследовательского ядерного реактора ИВВ-2М для нейтронно-физических расчётов". Авторы - Ю.В.Метелева, А.А.Зырянова (Акционерное общество "Институт реакторных материалов", Заречный, Россия). Основной докладчик - Юлия МЕТЕЛЕВА. Исследовательские ядерные реакторы широко используются для исследований в области фундаментальной физики, материаловедения, а также для производства радиоизотопов. Одной из проблем в области математического моделирования исследовательских реакторов является верификация расчётных кодов, используемых для расчётного определения нейтронно-физических параметров. Для верификации используется сопоставление расчётных результатов с экспериментальными данными (результаты так называемых benchmark- экспериментов, реакторные экспериментальные данные) и с результатами, полученными при использовании других верифицированных прецизионных расчётных кодов. Верифицированная модель позволит производить прогнозные оценки нейтронно-физических характеристик и обосновывать безопасность различных режимов работы реактора. В докладе представлена разработка комплекса тестовых задач с применением математической модели исследовательского ядерного реактора ИВВ-2М. Полученные результаты использовались для верификации расчётного кода MCU-PTR, разработанного НИЦ "Курчатовский институт" для проведения нейтронно-физических расчётов реактора ИВВ-2М. Программное средство MCU-PTR ориентировано на расчёты исследовательских реакторов бассейнового и бакового типа и предназначено для расчёта нейтронно-физических характеристик реакторов в процессе кампании с учётом изменения нуклидного состава топлива, выгорающих поглотителей и отравления бериллиевого отражателя с использованием многопроцессорной вычислительной техники. В исходных данных задан материальный состав, геометрия используемых в задаче элементов. Модели рабочих участков элементов активной зоны построены в соответствии с конструкторской документацией на исследовательский ядерный реактор ИВВ-2М. В докладе приводится набор тестовых задач для исследовательского ядерного реактора ИВВ-2М мощностью 15 МВт, его основные характеристики, а также результаты расчётов. Как было отмечено на конференции, эффективный коэффициент размножения нейтронов, являющийся одним из важнейших характеристик делящихся систем, нельзя измерить, его можно только посчитать. Этим и занимались. Откуда брать результаты экспериментов для создания тестовых задач? Из архивных данных, в первую очередь. Поэтому, для разработки первой серии таких тестов выбраны результаты физического пуска реактора ИВВ-2М после глубокой модернизации, завершившейся в 1976 году. (Рисунок 1). Рисунок 1.
Экспериментальные данные.
Щёлкните левой клавишей мыши. Далее следовал ряд экспериментов по определению нейтронно-физических характеристик активной зоны реактора, таких как плотность потока нейтронов в ячейках активной зоны, распределение энерговыделения по ТВС, эффективность органов регулирования. Соответственно, имеющиеся данные переведены в расчётную модель (Рисунок 2) и расчётным путем определены указанные выше характеристики. Программа MCU-PTR и модель реактора ИВВ-2М, созданная в ней, показали хорошую сходимость с экспериментом. На Рисунке 3 представлена часть результатов верификации модели ИЯР ИВВ-2М. Рисунок 2.
Модель активной зоны ИЯР ИВВ-2М в ПС MCU-PTR.
Щёлкните левой клавишей мыши. Рисунок 3.
Результаты верификации ПС MCU-PTR.
Щёлкните левой клавишей мыши. Также в докладе представлены данные, полученные при выполнении расчёта с применением прецизионного расчётного кода MCNP. В перспективе тестовые задачи для реактора ИВВ-2М будут также содержать моделирование отравления бериллия, оценку радиационного энерговыделения, оценку активности радиоизотопов, производимых на ИЯР. Итогом работы является получение авторским коллективом аттестационного паспорта программы для электронных вычислительных машин "MCU-PTR с банком данных MDBPT50" применительно к расчётам реактора ИВВ-2М сроком на 10 лет. Опыт проведения процедуры верификации расчётного кода MCU-PTR на исследовательском ядерном реакторе ИВВ-2М может быть применен специалистами других организаций, деятельность которых подразумевает проведение верификации программных средств, в том числе с целью приведения деятельности организации в соответствие с нормативно- правовыми актами, устанавливающими требования к безопасному использованию атомной энергии.