Введение к работе
Актуальность работы. Полувековой путь развития ядерной энергетики (ЯЭ) всегда сопровождался риском несанкционированного распространения ядерных делящихся материалов и технологий топливного цикла (ЯТЦ) В последнее десятилетие он стал одним из значимых факторов, определяющим не только настоящее, но и будущее всей ядерной технологии Это особенно очевидно с учетом возрастания угрозы ядерного терроризма и расширением сферы приложения ядерной техники Недопущение распространения ныне является более актуальным, чем когда-либо ранее Соответственно возросла актуальность комплексного количественного анализа проблем нераспространения, которому в создавшихся условиях не видно альтернативы
В связи с этим в настоящий момент значительное внимание уделяется разработке расчетных средств обоснования облика функционирования ядерно-энергетических систем, препятствующих распространению делящихся материалов и технологий ядерного топливного цикла Такие инструментальные средства, основанные на аппарате математического моделирования развивающихся систем ЯЭ, используются для решения задач оптимизации стратегий обращения с делящимися материалами в ЯТЦ и обоснования технологических и организационных мер поддержки режима нераспространения
К сожалению, пока широкий арсенал методов, подходов, программных средств прогнозирования развития ЯЭ к фактору нераспространения остается нечувствительным Отчасти это связано с отсутствием общепринятой методологии оценки риска несанкционированного распространения и методик учета фактора нераспространения в моделях энергетического планирования
Степень разработанности проблемы исследования. К наиболее видным представителям системного анализа развивающихся систем ЯЭ, исследования которых посвящены прогнозированию ее развития, в том числе с учетом неэкономических факторов, следует отнести Я В Шевелева, П Силвенноинена, Р Краковски
Разработке математических моделей развивающихся систем ЯЭ для анализа вопросов топливообеспечения и экономики посвящены работы таких отечественных ученых как А В Клименко, С Я Чернавский, В Л Локшин, В В Орлов, В Б Лыткин, В С Каграманян, Ю П Елагин, В 3 Беленький, А М Белостоцкий и др.
Различным аспектам анализа проблемы ядерного нераспространения с помощью математических моделей посвящены работы в России В И Усанова, В В Коробейникова, А Н Чебескова, А Н Шмелева, В Ф Цибульского, С А Субботина, А Н Румянцева, В К Сухоручкина, В М Шмелева и за рубежом Р Брогли, В Чарльтона, Р Рочау, К Хейсинга, И Сараггоси, А Папазаглоу, С Ахмада, А Хуссейна, Д Беллера, Д Хассбергера, Ч Батке, Д Сентелла, Д Дайера, Д Вира
Однако в работах указанных авторов недостаточно рассматривались проблемы поиска компромиссов между конфликтующими системными факторами, определяющими развитие ЯЭ, одним из которых является фактор нераспространения, влияние региональной неравномерности развития ЯЭ на весь спектр рис-
ков распространения, оценка вклада альтернативных делящихся материалов в риски, связанные с хищением делящихся материалов, сопоставление различных критериев учета фактора нераспространения, проведение с использованием единого расчетного инструментария сравнительного анализа по фактору нераспространения вариантов развития ЯЭ с учетом неравновесной динамики развития, особенностей структуры и организации ЯТЦ и наиболее значимых системных ограничений
Объектом исследования являются развивающиеся системы ЯЭ Предмет исследования - модели и математические методы анализа развивающихся систем ЯЭ, а также подходы к оценке риска несанкционированного распространения
Цель и задачи исследования. Целью работы является развитие и совершенствование методов, инструментальных средств моделирования развивающихся ядерно-энергетических систем, методологии оценки систем ЯЭ по фактору нераспространения, анализ и обоснование на этой основе подходов к укреплению режима нераспространения В соответствии с целью задачами исследования стали
совершенствование методологии системного анализа развивающихся систем ЯЭ и разработка имитационно-динамического подхода к моделированию их развития,
развитие методологии учета фактора нераспространения в моделях энергетического планирования и совершенствование инструментальных средств прогнозирования развития ЯЭ,
сопоставление ядерных топливных циклов с точки зрения возможности несанкционированного распространения и определение направлений по повышению устойчивости системы ЯЭ к фактору нераспространения
Информационной базой исследования послужили аналитические, статистические материалы и базы данных по энергетическим реакторам и технологиям ЯТЦ авторитетных международных организаций, в частности, Международного агентства по атомной энергии, Агентства по ядерной энергии, Всемирной ядерной ассоциации и др Другим важным источником информации явились отчетные данные компаний и консалтинговых фирм, работающих на рынке товаров и услуг ЯТЦ (Ux consulting, WISE, NAC и др), аналитические публикации известных некоммерческих организаций, занимающихся вопросами нераспространения (ISIS, IPFM и др ), размещенные на интернет-сайтах
На защиту выносятся
разработанный имитационно-динамический подход к моделированию развивающихся ядерно-энергетических систем,
разработанные в среде оптимизационного программного комплекса энергетического планирования MESSAGE модели ЯТЦ,
результаты сопоставления ядерных топливных циклов с точки зрения возможности несанкционированного распространения и определение направлений по
повышению устойчивости системы ЯЭ к несанкционированному распространению,
- рекомендации по развитию методологии учета фактора нераспространения в
моделях энергетического планирования
Научная новизна работы
Разработан имитационно-динамический подход к моделированию развития ЯЭ, включающий ряд факторов, недостаточно учитываемых в известных аналитических моделях развития ЯЭ
Созданы модели ядерных топливных циклов в среде MESSAGE, подробно отражающие структуру и организацию ЯТЦ, позволяющие их пополнение дополнительными элементами, объединение для прогнозирования развития взаимосвязанных систем ЯЭ и проведение многокритериальной оптимизации с учетом неэкономических факторов
На основе соединения расчетов по оптимизационным и имитационным моделям уточнены количества делящихся материалов и мощности чувствительных предприятий ЯТЦ в различных структурах ЯЭ на глобальном, региональном и национальном уровнях
Предложено использование подхода множеств Парето для учета фактора нераспространения в моделях энергетического планирования, позволяющее определить стратегии обращения с делящимися материалами, снижающие риски их распространения при минимальных дополнительных затратах
Проведена оптимизация структуры отечественной ЯЭ с включением в ее состав реакторов типа БН и объектов замкнутого ЯТЦ с учетом сооружения АЭС за рубежом при соблюдении требования нераспространения свежее топливо поставляется, ОЯТ возвращается обратно.
Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные модели позволяют повысить точность прогнозов развития ЯЭ в национальном, региональном и глобальном масштабах Полученные результаты могут быть использованы для обоснования позиции России в международных проектах по поиску и реализации стратегий развития ЯЭ, обеспечивающих эффективность по всему спектру системных факторов, в том числе, включая фактор нераспространения, а также в аналитических и прогнозных исследованиях при обосновании среднесрочных и перспективных прогнозов развития атомного энергопромышленного комплекса России
Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы, поскольку достоверность разработанных моделей подтверждена проведением верификационных расчетов по широкораспростра-ненным программным средствам, сравнением с данными, опубликованными в известных международных источниках, а также тем обстоятельством, что информационной базой исследования послужили аналитические, статистические материалы и базы данных авторитетных международных организаций
Личный вклад соискателя заключается в том, что он разработал имитационно-динамический подход к моделированию развивающихся систем ЯЭ, адаптировал разработанные им в среде программного комплекса MESSAGE модели ЯТЦ для задач прогнозирования развития ЯЭ с учетом требований ядерного нераспространения, сопоставил различные методики учета фактора нераспространения и предложил способ его учета на основе подхода множеств Парето, провел расчетный сравнительный анализ вариантов развития ЯЭ в глобальном, региональном и национальном масштабах с учетом требований ядерного нераспространения
Апробация результатов диссертации. Результаты работы докладывались на рабочих совещаниях МАГАТЭ, посвященных инструментам энергетического планирования для поддержки проекта ИНПРО (Вена, Австрия, 2005, 2006), на IX и X Международных конференциях «Безопасность АЭС и подготовка кадров» (Обнинск, 2005, 2007), на рабочих совещаниях МАГАТЭ по обмену опытом использования программных комплексов энергетического планирования (Сеул, Корея, 2006, Загреб, Хорватия, 2007), на III Международной конференции «Математические идеи П Л Чебышева и их приложения к современным проблемам естествознания» (Обнинск, 2006), на 47 ежегодной конференции Института обращения с ядерными материалами (Нэшвил, США, 2006), на 18 ежегодном семинаре по науке и международным отношениям (Триест, Италия, 2006), на XIV семинаре по проблемам физики реакторов «Волга-2006» (Москва, 2006)
Опубликованность результатов диссертации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 4 статьи в научных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, 4 - в материалах конференций, 7 - в тезисах докладов на конференциях, 1 - в сборнике научных трудов
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, библиографического списка, включающего в себя 105 наименований Работа изложена на 148 страницах с 67 иллюстрациями и 17 таблицами
