Введение к работе
Аюуалнывюсть работы
Реакторы РБМК вырабатывают около половины ядерной электроэнергии России После аварии на 4-м блоке Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986г были приняты кардинальные меры по повышению их безопасности, позволившие продолжить эксплуатацию РБМК Эти меры вызвали ухудшение экономических характеристик АЭС с РБМК
Для поиска более экономичных путей повышения безопасности требовалась разработка более совершенных математических моделей реактора и программ для расчета нейтронно-физических характеристик Среди первоочередных оказалась проблема разработки инструментов для решения нестационарных задач, возникающих в физике реактора
Полномасштабные 3-х мерные модели и программы отсутствовали в трех областях динамики
быстрые переходные и аварийные процессы с характерными временами порядка секунд,
ксеноновые процессы с характерными временами порядка часов,
процессы выгорания и перегрузок топлива с характерными временами, порядка нескольких лет,
Данные математические модели и программы были необходимы при обосновании мероприятий по повышению безопасности РБМК, для продолжения эксплуатации реакторов после аварии Поэтому разработка и внедрение математических моделей и программ для решения указанных выше задач является актуальной проблемой
Щжлм работы.
1 Разработка комплекса математических моделей реактора и программ,
обеспечивающих решение следующих задач
- стационарный 3-х мерный полномасштабный расчет нейтронно-
физических характеристик РБМК, включая расчеты коэффициентов и
эффектов реактивности во всем диапазоне по мощности от нулевой до
номинальной Для программы, реализующей этот расчет, необходимо
разработать библиотеки малогрупповых нейтронных макроскопических
сечений с параметрами, охватывающими весь указанный диапазон
моделирование быстрых переходных и аварийных процессов
моделирование ксеноновых переходных процессов
- моделирование процессов медленной динамики выгорания и
непрерывных перегрузок топлива
2 Проведение верификации разработанных программ, включая
специальный анализ экспериментальных данных, используемых для
верификации, с помощью прямого моделирования процедур измерений
3 Обоснование и расчетное сопровождение внедрения Мероприятий по
повышению безопасности и экономичности действующих реакторов РБМК
Иаучташ птпяшзка работы
Разработана стационарная 3-х мерная полномасштабная программа STEFAN, учитывающая при расчете обратную связь по теплогидравлическим параметрам и снабженная библиотекой двухгрупповых нейтронных сечений, охватывающей все состояния реактора за исключением состояний с изменением геометрии элементов активной зоны (т е разрушений)
Разработана 3-х мерная нестационарная программа STEPAN/KOBRA для анализа быстрых переходных и аварийных процессов в РБМК Программы STEFAN и STEPAN/KOBRA аттестованы в ГАН РФ Программа STEPAN/KOBRA является первой в РФ программой, аттестованной для анализа аварий в РБМК
Разработана программа STEPAN-X для моделирования ксеноновых переходных процессов
Разработаны программы вТЕРАІЧ-Щдвумерная геометрия) и STEPAN-R3 (трехмерная геометрия) медленной динамики выгорания и перегрузок топлива
С помощью прямого нестационарного моделирования проведен анализ экспериментальных методик определения ряда нейтронно-физических характеристик на реакторах РБМК Определена роль пространственных эффектов при экспериментальном определении «весов» стержней СУЗ
Разработан усовершенствованный вариант программы STEFAN, использующий гетерогенный подход метода поверхностных гармоник
Практическая щемшюсть работы.
С помощью программ STEFAN, STEPAN-X, STEP AN-R и STEPAN/KOBRA проведено обоснование Мероприятий по повышению безопасности и экономичности действующих реакторов РБМК
Программа STEFAN внедрена для расчетного контроля коэффициентов и эффектов реактивности на Игналинской, Ленинградской, Смоленской АЭС и во ВНИИАЭС Программа STEPAN-R внедрена на Игналинской АЭС для планирования перегрузок топлива
Программы STEPAN-X.STEPAN-R ,STEPAN-R3 и STEFAN используются при обосновании перевода РБМК на уран-эрбиевое топливо
Программа STEPAN/KOBRA интенсивно используется для анализа аварий при подготовке отчетов по Углубленной Оценке Безопасности энергоблоков с РБМК Программа также использовалась как основа при разработке моделей для тренажеров ЛАЭС
Программы STEPAN-R и STEPAN-R3 используются для оптимизации схем планирования перегрузок топлива на действующих реакторах РБМК
Большинство результатов диссертации представлялось в виде докладов на семинарах
МИФИ «Волга» в 1989, 1991, 1993, 1995, 1997, 2000, 2002, 2004, 200бгг,
Первая международная рабочая группа по тяжелым авариям, Дагомыс, октябрь 1989г, М Наука 199
Международная конференция ЕЯО «Ядерные аварии и будущее ядерной энергетики» Париж, апрель 1991г
Международная конференция МАГАТЭ «Чернобыльская авария- 10 лет спустя» Вена, Австрия, 1-3 апреля 199бг
секции динамика «Безопасность и системы управления установками с ядерными реакторами» Гатчина, ПИЯФ, 1995г,
1994 RELAP5 INTERNATIONAL USERS SEMINAR, August 29-September 1 1994, Baltimore Manland
на семинаре МАГАТЭ в 1995г в Москве «VOID REACTIVITY FEEDBACK IN RBMK NUCLEAR POWER PLANTS"
на семинаре МАГАТЭ в Мюнхене в 1996г »ЗВ COMPUTER CODES FOR RBMK CORE AND SYSTEM ANALYSIS»
Третья и пятая международная научно-техническая конференция
«БЕЗОПАСНОСТЬ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭКОНОМИКА АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ», Москва, 2002 и 2006гг
и опубликованы в виде статей в научных журналах и сборниках докладов на конференциях
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, двух приложений и списка литературы Обший объем диссертации составляет около 280 страниц, содержит 120 рисунков и 74 таблицы Список литературы содержит 140 ссылок
1 Математические модели и программы
- STEFAN - 3-х мерного стационарного расчета РБМК,
- STEPAN/KOBRA - 3-х мерного нестационарного расчета быстрых
переходных процессов и анализа аварий в РБМК,
STEPAN-X - моделирования ксеноновых переходных процессов,
STEPAN-R и STEPAN-R3 - моделирования выгорания и перегрузок топлива
Гетерогенный вариант программы STEFAN, использующий метод поверхностных гармоник
Результаты расчетного анализа методик измерения нейтронно-физических характеристик на РБМК
Результаты обоснования Мероприятий по изменению характеристик активной зоны для повышения безопасности и экономичности РБМК после Чернобыльской аварии
Результаты оптимизации схем планирования перегрузок топлива
В работе представлены основные результаты исследований проблем физики РБМК, проведенных автором и под его руководством Дано описание разработанных для проведения этих исследований математических моделей, реализованных в комплексе трехмерных полномасштабных программ для решения нестационарных задач
Лично автором выполнена разработка математических моделей для решения стационарной и нестационарной задач в программе STEFAN и реализация моделей в программе Осуществлена постановка задач по разработке библиотеки малогрупповых нейтронных сечений, по верификации программы STEFAN, по верификации теплогидравлического модуля KOBRA по расчетному анализу методик экспериментов на критическом стенде и реакторах РБМК Выполнена часть исследований по верификации и по анализу методик экспериментов Проведена разработка версии программы, использующей метод поверхностных гармоник Проведена разработка трехмерного варианта программы для моделирования выгорания и перегрузок топлива STEPAN-R3 Решена задача об оптимальном распределении выгорания по радиусу реактора Выполнена часть исследований по оптимизации схем перегрузок топлива
