Русский / English 
?php echo $word_institute;?>
ИНСТИТУТИССЛЕДОВАНИЯПРОЕКТЫНАУКА И ОБРАЗОВАНИЕНОВОСТИКОНТАКТЫ
 

ТОПЛИВНЫЙ КОД SFPR


Актуальность разработки

Для моделирования термомеханических и физико-химических процессов на уровне твэла — основного элемента энергетического реактора — используются топливные коды. В отличие от интегральных кодов их применение не требует сложных расчетов поведения активной зоны реактора, что позволяет сфокусировать внимание на детальном описании функционирования отдельных твэлов в различных режимах работы РУ. Однако физические модели, используемые в существующих топливных кодах, упрощены и содержат целый ряд подгоночных параметров и эмпирических корреляций, что значительно снижает предсказательные возможности этих кодов и их применимость для описания новых видов топлива. Поэтому решение многих практических задач в сфере обеспечения безопасности ЯЭУ требует создания топливных кодов нового поколения, свободных от указанных недостатков.

В настоящее время в ИБРАЭ РАН завершается разработка топливного кода нового поколения SFPR, который предназначен для детального описания и прогнозирования термомеханического и физико-химического поведения топливных элементов при нормальных условиях эксплуатации, при нарушении нормальных условий эксплуатации и при проектных и запроектных авариях водо-водяных реакторов.

Повышенная предсказательная способность применяемых в топливном коде SFPR вычислительных алгоритмов обусловлена тем, что в его основе лежат физические модели, изначально разработанные для описания тяжелых аварий на АЭС и характеризующиеся высокой степенью детализации сложно протекающих процессов в РУ (многие из этих моделей используются также в интегральном расчетном комплексе СОКРАТ). Впоследствии эти модели были расширены в область проектных аварий и нормальной эксплуатации топлива, сохранив, однако, возможность детального описания взаимосвязанных физических процессов в твэлах.

Механистический подход, основанный на применении в коде SFPR усовершенствованных физических моделей, позволяет адекватно моделировать маломасштабные тесты и эксперименты, проводимые в рамках реакторных испытаний различных видов топлива (МОКС, нитридного, карбидного, металлического), а также использовать результаты моделирования при анализе поведения твэлов в течение топливной кампании или же в условиях проектных и запроектных аварий, в том числе и для реакторов на быстрых нейтронах.

Возможности современных компьютерных систем позволяют отказаться от применения полуэмпирических моделей микроструктурного анализа топлива с большим количеством неявных параметров и перейти к гораздо более эффективному способу непосредственных расчетно-теоретических (ab initio) вычислений этих параметров, исходя из основных принципов квантовой механики и молекулярной динамики. Поэтому в ИБРАЭ РАН особое внимание уделяется созданию физических моделей ab initio в кооперации с ОИВТ РАН и использованию их в топливных кодах нового поколения (в том числе SFPR) с целью выполнения поддерживающих расчетов, особенно в применении к новым видам топлива, для которых еще не наработана достаточно подробная экспериментальная база данных. Аналогичным образом для выполнения поддерживающих расчетов при определении ключевых параметров моделей, составляющих основу термомеханического топливного кода, могут быть применены наиболее эффективные расчетные методики (в частности, метод конечных элементов).

Полученные результаты

Конечным результатом разработки и модификации (в применении к новым видам топлива для реакторов на быстрых нейтронах) указанных физических моделей является обеспечение в рамках топливного кода SFPR адекватного описания основных физических явлений, характеризующих поведение тепловыделяющих элементов в различных (в том числе аварийных) режимах работы ядерного реактора. Моделирование термомеханических, физико-химических (включая взаимодействие материалов твэлов и их теплообмен с теплоносителем), нейтронно-физических процессов в топливе и расчет выхода продуктов деления осуществляется с использованием вычислительных возможностей современных суперкомпьютеров.

Топливный код SFPR совместим с другими разработанными в ИБРАЭ РАН программными средствами и может быть интегрирован в сквозную систему расчетных кодов, обеспечивающую анализ и обоснование безопасности АЭС с реакторными установками различных типов. Достоверность и высокая надежность предсказаний кода SFPR для оксидного топлива была подтверждена путем его верификации в рамках участия ИБРАЭ РАН в ряде международных проектов по развитию и применению топливных кодов в научных исследованиях (4th—6th Framework Programme of Euroatom, SAMANTHA, МНТЦ), а также в ходе практического применения российскими профильными организациями (ИБРАЭ РАН, ОАО «ГНЦ НИИАР», ОАО «Машиностроительный завод» и ряд других).


ИБРАЭ РАН © 2013 Карта сайта | Связаться с нами