Введение к работе
Актуальность тоны. Развитие термоядерной энергетики относится с теп направления!! научно-технического прогресса, которые позволяют обеспечить глубокие качественные изменения в производительных силах общества. В настоящее время уясе решены многие физико-технические проблемы создания первых действующих термоядерных установок - токомаков, однако остается еще достаточно широкий круг теоретических и экспериментальных исследований, прежде чем будет введен в действие первый промышленный термоядерный реактор.
Обеспечение гидотной радиационной защити относится к разряду
ключевых и до конца еше не решенных проблем конструирования
термоядерных установок. Обращение к этой проблеме требует
практического решения целого ряда новых задач для физики зашиты.
Особенно важное значение среди лих имеет расчет и оптимизация
трехмерных реальных защит. Отличительной особенностью этой
проблемы является наличие большого количества, характерных только
для зашит ТЯР, разнообразных и геометрически сложных
неодпородностэи в защитах бо,ъи:ой тодаипы (15-20 д.с.п.). Прострел
высокоэнергстического нейтронного излучения плазмы через
неоднородности бланкета и защиты токомаков приводит к локальному дополнптелнону увеличению поля излучения в Ю2-^)'3 раз по сравнению с участками зашиты без г.содчородностей. Этот эффект приводит к следующим отрицательным последствиям:
-
интенсивной активации защитных материалов, что уселччиезет биологическую дозу облучения персонала і: затрудняет доступ к реактору после его остановки;
-
радиационным повреждениям и повышенному тепловыделению в системах и узлах токомаков;
-
реакциям нейтронов с материалами защиты, которые дают высокий выход вторичного фотонного излучения. Вторичное фотонное излучение значительно увеличивает тепловыделение ;: поглоязшіу;в дозу в катушках тороидального магнитного поля и оказывает влияние на конструкта установки в целом.
Таким образом, влияние пеоднородностсП _ необходимо учитывать при оценке важнейших проектных критериев токамзков. Особенность:;, влияния неодпородностси из распределение поля излучения за зашитої; является наличие возмущенного поля не только па выходе неоднородности, 'но и на некотором расстоянии от нее. Снижение
этого эффекта требует оптимизации геометрических параметров пэодиоролностси и разработки локальных защит. Гаоаркты защиты при этом сказывают существенное слияние т экономические показатели установки.
Для решения такого рода задач могут сыть использованы два
метода: метод дискретных ординат и метод Коїпе-КаргЛ. Преимущество
"метода дискретных ординат - -возможность получения решения в лобоИ
точке фазового пространства, но поштки ого применения в
трехмерной геометрии и при наличии больших градиентов поля
излучеиил встречаются с серьезными трудностями. Метод Монте-Карло
аффективен при репепии задач переноса в трехмерной геометрии с
пеоднородпостями, но требует специальных методик иеаналогового
моделирования для получения достоверных оценок в задачах глубокого
проникновения. Такие методики еще недостаточно разработаны и
елгасшл в. применении. Полгу теп специфика задач переноса в защитных
конфигурациях ТЯР (сцепка возмущения поля, гетерогенность)
затрудняет использование известных" методик, хорошо
зарекомендовавших себя в расчетах прострела излучения через неоднородности (например альбедной методики).
В отечественной литературе практически отсутствует информация об исследованиях полей излучении в трехмерных геометриях ТЯР с учетом их возмущении пеоднородпостями. Основная причина этого -недостаточная разработанность современных программ, реализующих метод Монте-Карло, а таїске константного обеспечения, обладающих достаточными возможностями для решения задач переноса в конструкциях ТЯР.
Поэтому задача создания и применения программно-константного комплекса, используїздего метод Монте-Карло длл исследования характеристик полей излучении в трехмерной геометрии защит ТЯР с пеоднородпостями представляется важной и актуальної!.
Особенностями задач расчета неодномерных защит ТЯР, определяющими требования к соответствующему программному и константному обеспечению являются:
1. Тороидальная или цилиндрическая геометрия с разнообразными
сложными пеоднородпостями.
2. Необходимость расчета возмущенного поля за защитой.
3. Геометрически сложный объемный источник нейтронов с
жестким энергетическим спектром (до 14 МэВ).
4. Композиционно слзлвзя гетс-рогс+ліял структура залиты.
5. -Мі'озхоціі'ості, -учета вклел? зтернчлоио фотонного нзлучзния
і лозовые сл/пхиноігліі и э перго?! щелепне при оцєігло проеилчілх
{рИТОЗИЗЗ І ІЗ МЭГПНТНЫ? КЗїулЛи.
6. Власная сіепаиз- зни:етрспич упругого и кзупругого
г-азалліия нс-.їтрсі:^с в с?л ,'„т:;-І' І.'оВ.
;(еЛЪ_Га<ЗОЛГГЦ -
І. нозор н аг'-'і.і'ггл oji-opi^;;:, кл:к'о;їсо тгпії'ігмх лля рул.-.ї гор::о:іг.-г::'-.ч .угталозсх. глл. '; :-. о-меродчостс-л.
?. Глззрзоо'Л'л ггсгл-г !і созлзши: расчетного аглл^зта л." усталл;-! ззлзчм норзі.оез ' к.'лучог;;М с "ірехлерялх залнтах ТЯ? с гнімчііул; кеслиапогнозтили.
3. Рсслотаанг.? возиолностс:' развитых и і!р."'гр:л;;ч:о
лхілигевзглпл; логоаил, слжллиллх мз иатолз Уса .о-У-'рло. лчл
зценип ларамтериети;-: нолей излучении" в медалях з: :--,т ІГі? с
чоплноролпз-стлнп с узтои глуСолого нрсиикнозеиил о наксил^іпоН
"рнеплзлеи стчігисти'.ес! о-і лзгрілгазтзм лз зі'';.
4, Гіол-ченяе сизіьлзїичзсиой iii:'J.op лнии о лозлуленнлх поле'ї
чентронпого излучении ^игичніллі - пеолн<>ролно<лпг:н Є 33'ЛИТОХ Tm .
0. Анализ со'лнрлол рзсчетпоН иигерилл'лі. совлсізачанке ге с
зезулатагами расчетов другими метс.з;..' лля Сорипрезелчя
зскоивиалцнп по проектпровзнкл оаліпьі.
Научная новизна: В робото впервые:
1. !їз селззапни анализа литературных лелпзіх спрзлоленл
ЭСПОВНЫе расчетные МОЛОЛИ ТИПИЧИЬ'Х ІЮСЛПОрОЛЛОСїеГі -101-,343403.
2. Ка базе зарубежной программы korse-cg реализована
люгогрупповэл програм;.;:) РЛЗ-4 ллл расчетов трехмерных ззлчг i'fiP
чеапзлоговьлш метолами Монте-Карло. К послолиим относится:
а) автоматическая генерация параметрез весового слил в
геометрических зонах, осуществляемая па основании фупкці-1
темности, получаемых в процессе полного расчета;
б) смешение д.ліллі пройегз с цечыз увеличении плотности
:тол;:::сг-змиП вблизи неояноролности;
в) смешение направления рассеяния частицы в область
ієолноролпсстп;
г) смешение пространственгого рзелрелелзнил плоского
хточника лля увеличения взролтностм пласта частин в неолнорзх-
ность.
-
Из файлов endf/b-iv создана библиотека нейтронных и фотонных сечений в точечном представлении . для .йдагоцеяевоИ программы ыснр, реализующей метод Монте-Карло.
-
Исследованы возможности' применения вышеуказанных методик неаналогового моделирования для расчетов характеристик полей нейтронного излучения в. трехмерных геометриях ТЯР с пеоднородностями с учетом глубокого проникновения.
5. Проведаны расчеты полей нейтронного излучения в трехмерны?
защитах ТЯР с основными расчетными моделями типичны?
неоднородностей: каналов диагностики плазмы и канала инжекции;
ксслэдовано поведение возмущения пеПтронпого поля в зависимости от
геометрических и энергетических характеристик источнике
термоядерных нейтронов, а таїае от геометрического єида канала,
положения и геометрических размеров его секций; рассчитань
характеристики нейтронного поля в трехмерной геометрии установю
ТСП с каналом диагностики плазмы; проведено сопоставление
полученных результатов с результатами расчетов по другиг
программам, другими методами.
Достоверность полученных результатов обосновываете) сравнением с имеющимися в литературе данными экспериментальны; исследований и сопоставлением с расчетами по другим хороші тестированным программам.
Практическая значимость. Разработанное программное і константное обеспечение поставлено в РЩ "Курчатовский институт"- і используется для расчета переноса излучения в сложны; геометрических моделях ТЯР с. пеоднородностями. Полученные данньк по распределению полей нейтронного излучения могут бЫТ! использованы при проектировании защит токанзков типа ітен, ОТР, : также при планировании экспериментов на установке ТСП.
На зашиту выносятся следующие положения:
1. Основные расчетные модели неоднородностей в защитах ТЯР
2. Разработанная па базе morse-cg, программа FH3-4 дл:
расчета полей излучений в трехмерных . геометриях ТЯР 'і
пеоднородностями. . ' -
3. Константное обеспечение для программы iicnp.
4. Исследованное поведение возмущения плотности поток
быстрых нейтронов диагностическими каналами в ікелезоводііой защит
ТЯР в зависимости от геометрической формы источника, его энергетического распределения, расположения и геометрических размеров отдельных секций. Оцененные характеристики возмущения поля нейтронного излучения каналом ишсекцни в трехмерной геометрии установки iter. Характеристики нейтронного поля в трехмерной геометрии установки теп с ісаналои. диагностики плазмы.
5. Анализ использования методов уменьшения дисперснії для расчетов возмущения поля-; излучения в защитах ТЯР с неоднородностями.
Структура и объем диссертации:
