ПУБЛИКАЦИИ В СМИ

 

За день проблемы не решаются

Евгений Фёдорович, на семинаре "Нейтроника-2011" Вы рассказывали о состоянии работ по нейтронно-физическим проблемам быстрых реакторов и создании элементов сквозной системы кодов. Хотелось бы услышать Ваш комментарий - что делается в этом направлении и что достигнуто за последние годы?

Эта работа ведётся в рамках ФЦП, срок действия которой - до 2020 года. Фактически, мы по реализации этой программы проработали только первый год. Я попытался рассказать на "Нейтронике" о том, что за этот год было сделано в рамках поставленных перед отраслью больших задач. Поставленных перед отраслью вообще и перед ИБРАЭ в частности, как организацией, ответственной за создание сквозных кодов.

Наша цель, как я вам уже говорил раньше - разработка комплексных кодов. В Обнинске я касался только нейтроники, как составной части. Но, естественно, в комплексные коды будут входить коды по гидравлике, термомеханике и многим другим направлениям. Не исключено даже, что о каких-то важных аспектах комплексных кодов мы сегодня и не подозреваем.

После Фукусимы общественность требует тяжёлых аварий. Но почему-то о кодах для их расчёта мы на конференции расчётчиков практически ничего не услышали (имеем в виду быстрые реакторы).

В своём докладе я тематику тяжёлых аварий намеренно оставил в стороне. Работы по таким кодам ведутся. Но это отдельная большая задача, я и не хотел на ней останавливаться. У нейтроники быстрых реакторов есть масса других проблем. По мере их решения получаемые "кубики" будут передаваться для включения в общие сквозные коды.

Мы не можем за день решить все задачи. Помните, как в советское время объявили о плане строительства коммунизма за 20 лет? Представьте, что план сверстали на 20 лет, а уже на следующий день люди начали бы спрашивать: "Ну и где этот коммунизм?". В нашем случае ситуация подобная.

Я говорил в своём докладе на "Нейтронике", что планы по быстрым реакторам у нас есть лет на 10 вперёд. Но эти планы предусматривают строительство блоков до 2020 года. Значит, проекты блоков должны быть сделаны раньше. Для того, чтобы сделать проект, нужны инструменты для проектной организации. Что это за инструменты? Это коды.

Поэтому если в 2013 году кодов не будет, то перспективы проектов станут туманными. Из этого следует, что мы, расчётчики, должны делать одновременно что-то для задач сегодняшнего дня, а что-то с перспективой на будущее.

Казалось бы, задача сложная и неоднозначная. Но, на самом деле, правильно, что жизнь такие задачи перед нами ставит.

Возвращаясь к ситуации с кодами для быстрых реакторов. По нейтронике нам надо идти вперёд, отталкиваясь от того, что есть.

А что, собственно, есть? Монте-Карло и диффузия?

А есть, на самом деле, всё. Причём уже давно. Мы, в основном, используем диффузионные программы. Прекрасно! Зачем их выкидывать, отказываться от них?

В проектных организациях есть возрастной персонал, который переучиваться на новые "современные" коды не будет. И не надо ему переучиваться! Он очень много знает, чувствует многие вещи на пальцах. Максимум, что мы можем сделать - это предложить ему другую диффузионную программу, с расширенными возможностями и учётом каких-то дополнительных эффектов. Такую замену он воспримет хорошо и будет с ней работать.

На самом деле, все расчётные методы уже давно придуманы. Всем им уже лет по 50, и методу Монте-Карло в том числе. Можно только говорить об их совершенствовании. Например, мы немного изменили диффузионный подход и попытались учесть те аспекты, где диффузия работает плохо - гетерогенные эффекты и угловая зависимость потока нейтронов.

Такой расчётный модуль мы написали. Его можно брать и пользоваться. Для получения опыта эксплуатации мы передали его на Белоярскую АЭС. Посмотрим, как он будет работать. Если результаты окажутся хорошими, мы будем его аттестовывать и внедрять в жизнь. Я называю это одним из первых практических результатов выполнения федеральной программы в части расчётных кодов.

Какие методические трудности Вы видите при разработке кодов?

Цель всей нашей работы - в конечном итоге, создаваемые комплексные коды должны уметь хорошо рассчитывать безопасность. Считать все переходные режимы, аварийные режимы, вплоть до расплавления. Значит, мы должны решать нестационарные задачи.

В этом плане я предвижу ряд трудностей. Все привыкли считать в простейшем приближении, через использование квазикритических задач. Если вы откроете любой проект, то обязательно натолкнётесь в нём на понятие "реактивность". Из песни слов не выкинешь. Переучивать людей можно, но с ними долго ещё придётся говорить на этом языке, до тех пор, пока в массовую расчётную практику не войдут полные нестационарные расчёты с определением измеряемых параметров, а не существующего лишь в головах исследователей собственного числа условно-критической задачи, лежащего в основе понятия "реактивность". Сам реактор об этом числе ничего не знает, и знать не хочет, а вот о сигналах, формируемых в его утробе, он знает всё.

Ещё одно направление для работ - задачи с угловой зависимостью. По сути, это задачи, которые должны бы решаться кинетическими методами. Мы долго к ним присматривались, определялись, куда мы должны двигаться.

В конце концов, мы договорились с ИПМ, с группой Александра Васильевича Воронкова. У них по данному направлению есть программы с 50-летней историей. Последние лет десять группа Воронкова сотрудничала с ОКБ "Гидропресс", наращивала возможности своих кодов - одномерное приближение, двухмерное, сегодня уже трёхмерное. Подольчане активно ими пользуются при проектировании СВБР-100.

Но мы хотим добиться большего. Мы поставили перед собой задачу сделать следующий шаг и перейти к неравномерному шагу по расчётной сетке. Тяжёлая задача, я бы сказал. Что у нас получится? Я не знаю. Но задача такая поставлена, работа началась. Думаю, что если нас не станут теребить и спрашивать каждый день о полученных результатах, то мы своего в итоге добьёмся. Если кто-то хочет присоединиться, то никаких запретов не наложено.

БН-800

Евгений Фёдорович, разрешите Вас всё-таки потеребить. На БН-800 нет ли желания попытаться применить хотя бы в минимальном варианте разрабатываемую сквозную систему кодов?

Я специально опускаю обычно тему о БН-800, хотя, естественно, в курсе, что там делается.

Сегодня ситуация такова. БН-800 должен иметь физпуск в 2013 году. Это означает, что к концу 2012 года у него должна быть программа, на которой непосредственно на станции можно обосновывать безопасную загрузку. Иначе говоря, такая программа должна быть эксплуатационной.

Станция такую задачу поставила. Мы заинтересованы в ней и принимаем участие в этой работе. ФЭИ - научный руководитель по созданию этой программы, а помогать обнинцам станут ИБРАЭ, ОКБМ и ВНИИАЭС.

Конкретно данную программу для восьмисотника в моём представлении нужно сделать очень быстро. Раз быстро - значит, делать по максимуму из готового. Это первое.

Самое главное, что я здесь вижу - расчётный комплекс должен быть в программной оболочке. Оболочка такая есть. Её поставляет ВНИИАЭС на базе оболочек, которые делают для тренажёров.

Отвлекаясь в сторону, скажу, что довольно высоко оцениваю попытки создания подобных оболочек в нашей стране. Они есть, их делают для учебных тренажеров вплоть до одномашинных. Специально по моей просьбе была написана такая оболочка для комплекса ДЖОКЕР. Она прекрасно работает.

Конечно, для БН-800 потребуются определённые переделки. Тренажёрная оболочка не в полной мере отвечает всем задачам эксплуатации. В качестве примера - эксплуатации нужны большие архивы, чего нет у тренажёрщиков.

Второй момент - нужно будет быстро вставить в оболочку все привлекаемые расчётные коды. Я считаю это очень тяжёлой задачей. Потом работать будет легко и удобно, но сначала придётся потрудиться, вставить коды, архивы, библиотеки констант и так далее.

Что делать с точностью расчётов? На БН-800 официально заявлена гибридная зона. Насколько хорошо мы в состоянии считать такие композиции?

Во-первых, в рамках ФЦП запланирована такая работа, как оценка результатов расчётов. Мы одновременно с расчётом должны выдавать его погрешность. И мы начали заниматься этим направлением.

На БН-800 должен быть поставлен расчётный код MMK. Я не знаю, войдёт ли, в конце концов, он в общий комплекс программ для блока. Но вся связанная с MMK методика, которая имеется у ФЭИ для оценки неопределённостей расчётных результатов, на блоке будет реализована. По крайней мере, так планируется.

В этом смысле я считаю, что работа по БН-800 хоть и не входит напрямую в планы ФЦП, но вобрала в себя все ключевые проблемы. Мы их сможем увидеть, и заодно лучше будем представлять для себя, что от нас требуется в плане расчётных кодов для реализации ФЦП.

По идее, БН-800 даст большое количество данных для отладки сквозной системы кодов.

Это автоматически произойдёт, потому что физпуск - это эксперименты. Там есть и другие приятные моменты. Например, ионизационные камеры в БН-800 расположены намного выгоднее, чем на БН-600. Если на шестисотнике камеры стоят в одной точке, то на БН-800 они есть ещё и сверху. А во время физпуска их вообще будут опускать по бокам реактора.

Кстати, точки расположения ионизационных камер - тема отдельного большого разговора. Мы обсуждаем с ФЭИ, с Игорем Павловичем Матвеенко, возможность проведения экспериментов для поиска оптимальной расстановки.

Раньше, как правило, о камерах говорили мало, и конструктор сам решал - куда их можно засунуть, чтобы они никому не мешали. А для расчётчиков камеры очень важны. Я в прошлом году делал доклад по этой теме на конференции PHYSOR-2010 в Питтсбурге (США), так интерес к нему оказался очень большим. То есть, проблема оптимальной расстановки камер общемировая, и однозначного ответа на неё пока нет. Решить её можно, и хороший инструмент для этого - критстенд БФС.

Кто готовит эксплуатационную документацию для БН-800, включая те части, что связаны с аварийными режимами?

Совершенно точно - это не я.

По идее, этим должна заниматься проектная организация. И многое из того, что они получили, описано в ТОБ. Можно говорить о том, что там можно больше детализировать, углубляться в подробности. Работают они с теми программными инструментами, которые есть и которые дают нормальные результаты. Наука на месте не стоит, и мы им будем стараться помогать в решении этой задачи, особенно после создания в рамках ФЦП новых расчётных инструментов.

Перспективы развития

Хотел бы вернуться к теме сквозных кодов и ещё раз поговорить о перспективах кинетических программ. Планируется, что они будут разрабатываться на базе разных приближений, не только S_N-метода. Например, есть подходы, основанные на решении интегрального уравнения Пайерлса.

Ещё раз скажу, что методы эти старые и давно известные. Опыты использования таких методов были и в нашей стране, и за рубежом. По ним писались статьи, защищались диссертации. Только где эти программы - я не знаю. Не вошли в практику.

Но есть попытки продолжать эти работы. Есть живые люди, которые говорят - я хочу сделать вот это и вот это. Да, это интересно. Конечно, нужно идти навстречу. Но нужно учиться находить общий язык, понимать, что в работу вовлечены разные организации, и между ними требуется восстанавливать или налаживать взаимодействие.

Ещё возможности для таких работ связаны с финансированием, которое уж точно не от меня зависит.

Организовывать работу можно по-разному. Если что-то не получается осуществить в этом году, то можно попробовать вернуться к этой идее в следующем году или через год. В целом я за то, чтобы привлекать к задаче создания сквозной системы кодов интересные идеи. Может быть, даже не опробованные. Я считаю, что федеральная программа была создана, в том числе, и для поиска и создания новых и суперновых расчётных продуктов.

Мы находимся в постоянном поиске. В частности, привлекли Алексея Владимировича Морякова. У него есть реализация S_N-приближения на очень маленьких ячейках для суперкомпьютера. Шаг сетки на реактор где-то порядка 0,3 мм. Если считать на суперкомпьютере, то можно описывать весь реактор.

Это очень интересно, но он разрабатывал свою методику для защитных задач. Условно-критические задачи для активной зоны - это другая математика, другие процессы сходимости. Могут быть проблемы. Сейчас мы сотрудничаем с Моряковым на предмет реализации его методики для решения задач в зоне. Начали, естественно, с тестовых задач, с элементарной ячейки.

Следующая большая работа связана с методами Монте-Карло. Начинаем её не с нуля. В России есть две известные программы - MМK и MCU. Напомню ещё и о саровских кодах, но из-за всяких условностей пока не получается наладить взаимодействие с их разработчиками. Хотя они сами очень хотят сотрудничать. И я тоже этого хочу.

Но пока мы говорим о двух программах. За 2011 год MMK была распараллелена. Для MCU есть договорённость сделать непрерывную энергетическую зависимость. Пока ещё не получилось, но в итоге будет сделано. Как пойдёт дальше, не могу сказать. Например, ФЭИ может предпочесть одну из двух программ, а ОКБМ или НИКИЭТ - другую. Это дело вкуса. В любом случае, поддерживать хотелось бы оба кода.

Программы нуклидной кинетики. Это то, что требуется для большой задачи решения, обоснования и радиационной и ядерной безопасности замкнутого топливного цикла. По данному направлению у нас ведётся тесное сотрудничество с ВНИИТФ, в котором поставлена простая и приземлённая задача. Мы должны считать все нуклиды в каждой ванне, в каждой бочке, в каждом переделе.

Зачем? Потому что нужно иметь такую программу, которая бы нам показывала всё, что происходит. Для того чтобы мы могли топливо из быстрого реактора протаскивать расчётно по всему топливному циклу. Чтобы мы знали, что вот из этой конкретной выгруженной сборки мы можем получить такой-то материал, и этого материала хватит или не хватит для формирования новой сборки.

Разве такого нет? Паспортизация сборок должна проводиться…

Паспортизация есть - на заводе. Конечно, есть паспорт. И на быстром реакторе то же самое. Поезд привозит сборки с паспортами, данные паспорта заносятся в станционный топливный архив и эксплуатационная программа с ними работает.

На Белоярской АЭС эта работа ведётся только на станции, вплоть до отгрузки отработавших ТВС в вагон. Последнее, что они делают - расчёт активности каждой сборки. Это считается. Но дальше? Дальше у нас не видно в расчётах завода по переработке этих ТВС. Поэтому мы говорим о том, чтобы и завод облагородить, включить его в наши расчёты.

В конце концов, мы должны увидеть, что такое коэффициент воспроизводства. Мы все говорим: "Быстрый реактор, КВ такой-то"… А я думаю, что КВ должен быть материальным. Вот мы загрузили 100 кг плутония, вот они прошли через реактор, вышли и были переработаны. Из полученного плутония сделали сборку следующего поколения. А в ней сколько плутония? Удалось ли нам из исходной сотни сделать столько же плутония и ещё несколько килограмм на сторону? Вот тогда это будет КВ. Не физический, к которому мы привыкли и который определяется на бумаге, а настоящий, из металла, материальный.

В старых учебниках так и предлагали определять КВ - по балансу материалов.

Расчётный инструмент нуклидной кинетики, о котором я говорил, поможет нам достичь этой цели. Сейчас по его созданию сделаны первые шаги. Группа разработчиков на первых порах была нацелена немного на другое. Зато теперь задачу они осознали и оценили в полной мере. Тем более, что им и карты в руки, они географически находятся рядом с промышленностью.

Как видите, на выходе всей нашей деятельности по ФЦП у нас в распоряжении получится комплекс или комплексы программ, описывающих всё хозяйство, а не только реактор. Аналогов этой системы в мире нет.

Ну да, даже у американцев такого нет при всём их внимании к расчётным кодам.

Извините, а где у американцев быстрый реактор? Да, они решают уравнения методом Монте-Карло или другими методами. А на самом деле… Да, огромный интерес у них к реальной практической работе. А её нет.

Я рассказывал вам, как американцы накинулись на мой доклад про ионизационные камеры. Это им нравится, этим они хотели бы заниматься, а негде!

У них, как и во всём мире, идет смена поколений. Посмотрите на состав участников их семинаров по тому же Монте-Карло - крайне мало физиков, а те, кто приходит, относятся к старшему поколению. Как только начинаешь про эксперименты, интерес огромный. Но, к сожалению, людей, способных оценить важность эксперимента, осталось мало.

Надо понимать, что не в одних расчётных цифрах дело! Давайте, я вам посчитаю и скажу: "Восемь". А сосед мой посчитает и скажет: "Семь с половиной". И что дальше?

Код - это инструмент, как у хирурга скальпель. Инструментов должно быть много. Задача человека, специалиста-расчётчика, определить, что ему надо в данный момент. Так было, есть и будет всегда.

PHYSOR-2012

Мы продолжили беседу с Евгением Селезнёвым в мае этого года и попросили его рассказать о другом крупном событии в мире расчётчиков - международной конференции "PHYSOR-2012".

По своей тематике конференция PHYSOR очень близка к "Нейтронике". Поэтому интересно "по горячим следам" сопоставить обсуждаемое и там и там, как говорится "сверить часы". Совсем не для того, чтобы "посыпать голову пеплом", даже если по каким-то направлениям работ мы и отстаём от мирового, а для понимания "где мы" и для решения извечного русского вопроса "Что делать?".

Про всё рассказать невозможно. Я коснусь лишь поднятой в интервью кодовой темы для реакторов на быстрых нейтронах, не останавливаясь на ядерных данных и непосредственно исследованиях по физике реакторов.

В докладах были обозначены исследования по всем известным методам решения уравнения переноса нейтронов. Большая часть из них касалась использования метода Монте-Карло, в основном программы MCNP и её модификациям. Причём новым разработкам в рамках этой программы было посвящено не так уж и много работ. Группы исследователей, не имеющих доступа к этой программе или её новым версиям, вынуждены развивать свои коды на основе метода Монте-Карло.

Второе большое представленное направление работ по кодам связано с использованием S_N-приближения с попытками учёта гетерогенности и достижения результатов, сопоставимых с кодом MCNP. Например, это касается кода ATTILA.

Несколько докладов были посвящены работам по кодам на основе метода характеристик, в том числе и на неструктурированных ячейках. Это направление работ в нашей стране также присутствует в работах ГНЦ РФ-ФЭИ.

Не осталось в тени и диффузионное приближение. Коды с его использованием решают проблемы гомогенизации, то есть учёта гетерогенности, и учёта угловой зависимости, в том числе и с введением факторов разрывности потока нейтронов на границах ячеек. Последнее, правда, рассматривается лишь для реакторов на тепловых нейтронах, хотя мы реализуем этот учёт для быстрых реакторов.

Диффузионное приближение, наряду с S_N-приближением, используется для потвэльных (pin-by-pin) расчётов реакторов, что можно было увидеть в достаточно большом количестве докладов. Такие коды разработаны для реакторов на тепловых нейтронах. Аналогичная работа для быстрых реакторов у нас начата с готовностью первой версии кода в этом году, но была изъята из планов работ по ФЦП на этот год. Однако мы её оставлять не намерены, так как жизнь диктует её востребованность.

Для себя я отметил направление по объединению в едином комплексе нескольких одно- или разнотипных программ (составные коды).

Например, объединение нескольких (до трёх) программ на основе метода Монте-Карло, или сведение в комплекс программ на основе метода Монте-Карло и кодов на базе S_N-приближения или даже диффузионных.

Такое объединение обеспечивает проведение оценки неопределённости расчётных параметров. Аналогом у нас может служить объединение кодов ММК (Монте-Карло) с кодом TRIGEX (диффузионное приближение), сделанное в ГНЦ РФ-ФЭИ, о чём я говорил ранее.

Был даже один доклад по расчёту гомогенных диффузионных констант на базе решения задачи переноса методом Монте-Карло. Объединение нескольких программ на основе метода Монте-Карло тоже понятно, так как в одной из программ может быть хорошо разработан геометрический блок, в другой может использоваться упрощённая геометрия, обеспечивающая получение высокой скорости решения для моделей в простых геометриях, и так далее.

Сведение нескольких кодов в составные коды обеспечивает возможность использования решения по одному из них, как начального приближения для другого, возможно более сложного и более точного, но требующего большего времени для достижения решения, или как определение внешнего источника, например, в задачах защиты.

Указанное направление вводит новое понятие по оценке кода. Если раньше мы пользовались понятием "V&V" (Verification and Validation, верификация+валидация), то сейчас в практику оценки кодов вводится понятие "V&V&UQ"(Verification and Validation, and Uncertainty Qualification, верификация+валидация+оценка неопределённостей).

Учёт энергетической зависимости был представлен широким спектром возможностей от малогруппового приближения для реакторов на тепловых нейтронах, до мульти- и ультратонких групп (до 14767) и вплоть до непрерывной энергетической зависимости.

Были доклады с решением задачи определения оптимального расположения, как внутри-, так и внереакторных детекторов. Почему-то не на основе использования нестационарных решений, хотя и с одновременным определением полей нейтронов и гамма-квантов.

Несколько докладов было посвящено проблемам решения задачи нуклидной кинетики, как для реактора, так и вне его. Так, была отмечена необходимость улучшения алгоритма решения, используемого в коде ORIGEN.

Коды по расчёту нестационарных процессов были представлены в основном в квазистатическом приближении (главным образом при использовании в расчётных комплексах с решением множественности задач: нейтронной физики; теплогидравлики; термомеханики и пр.).

Докладывались попытки прямого решения пространственной кинетической задачи на основе метода Монте-Карло (один доклад) и S_N-метода (один доклад).

Коды по решению последней задачи используют в основном диффузионное приближение и вызывают интерес у слушателей, скорей всего, возможностью анализа решения с более значительным влиянием на него запаздывающих нейтронов и возможностью увидеть новые задачи, которые можно решать при использовании таких кодов.

Однако в широкую практику расчётов коды с решением прямой пространственной нестационарной задачи, похоже, пока ещё не вошли. Так, в докладе японских специалистов по анализу линейки энергетических быстрых реакторов мощностью 100, 300, 750 и 1500 МВт(эл.) оценивались лишь величины эффектов реактивности с использованием экспериментальных данных по существующим реакторам JOYO и MONJU, без непосредственной оценки нестационарных процессов, хотя уплощение активной зоны для этой цепочки реакторов изменятся сильно, от 1 для первого и до 5 для последнего реактора.

Конечно, PHYSOR отличается от "Нейтроники" большим разнообразием обсуждаемых тем, но основные темы совпадают, и сопоставление докладов свидетельствует, что мы находимся на правильном пути создания кодов нового поколения.

Источник: ATOMINFO.RU, опубликовано 03.05.2012