Ваш браузер безнадежно устарел, для работы с порталом его необходимо обновить или установить любой другой современный браузер.
iexplorerfirefoxoperachromesafari

Совершенствование технологий обеспечения ядерной и радиационной безопасности при выводе из эксплуатации объектов использования ядерной энергии на основе данных с АЭС Фукусима-1

Выполнение работ по теме:

«Совершенствование технологий обеспечения ядерной и радиационной безопасности при выводе из эксплуатации объектов использования ядерной энергии на основе данных с АЭС Фукусима-1»

выполняемый по Соглашению № 075-15-2019-1609 от 21октября 2019 г. с Министерством науки и высшего образования Российской Федерации

В ходе выполнения проекта по Соглашению с Министерством науки и высшего образования Российской Федерациио предоставлении субсидии от «21» октября 2019 г. №075-15-2019-1609 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» на этапе №1 в период с 21.10.2019 г. по 31.12.2019 г.за счет средств субсидий выполнялись следующие работы:

  • Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно- техническую проблему исследования.
  • Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96. 1.3.

За счет внебюджетных средств выполнялись следующие работы:

  • Проведено детализированное моделирование кориума.

При этом были получены следующие результаты:

  1. Аналитический обзор научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к процессу вывода из эксплуатации атомных электростанций, методикам определения источников радиоактивного загрязнения, моделированию кориума и расчетам нейтронно-физических характеристик с целью обоснования и выбора оптимального варианта исследования по теме «Совершенствование технологий обеспечения ядерной и радиационной безопасности при выводе из эксплуатации объектов использования ядерной энергии на основе данных с АЭС Фукусима-1».
  2. Аналитический обзор данных по существующим оценкам изотопного состава затвердевшего кориума, а также основные характеристики реакторов, пострадавших в аварии на АЭС «Фукусима-дайити». Представлены данные по истории работы реакторов, изотопный состав используемого топлива и другие характеристики в дальнейшем будут использованы при нейтронно-физических расчетах.
  3. Обзор существующих методик определения геометрических конфигураций источника гамма-излучения. Анализ используемых в настоящее время методик показалнеобходимость разработки такой методики, которая позволила бы проводить анализисточников радиоактивного загрязнения с приемлемой скоростью и безнепосредственного контакта с загрязненными поверхностями, гарантируя при этомдостаточную точность анализа распределения радионуклидов.
  4. Аналитический обзорданных по робототехническим системам для мониторинга ихарактеризации ядерных загрязнений окружающей среды радиоактивными веществами врезультате ядерных аварий. Обзор показал, что для детального определения дозовой нагрузки иизотопного состава радиоактивных источников на современные робототехническиесистемы устанавливаются гамма-спектрометрические комплексы, одним из которыхможет быть ксеноновый гамма-спектрометр.
  5. Представлен обзор патентных исследований в соответствии сГОСТ Р 15.011-96.1.3, исключающих возможность повторения существующих методик итехнологий. Проведенные патентные исследования показали актуальностьрассматриваемой темы исследования, а также выявили несовершенство используемых внастоящее время методик и технологий, тем самым подтвердив широкие возможности иперспективы выполняемой работы.
  6. Результатами работы Иностранного партнера являются переданные данныепо составу и структуре кориума и топливных фрагментов АЭС «Фукусима-дайити».Представлены геометрические модели частиц кориума для детализированногомоделирования, показаны форма, структура и состав частиц кориума. Полученныерезультаты работы в дальнейшем будут использованы для верификации иусовершенствования методики определения характеристик распределенных источниковрадиоактивного загрязнения и создания совместного бенчмарка с прототипом АЭС«Фукусима-дайити».

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом. Все работы Этапа 1 проекта выполнены в полном объеме.

Информация о выполнении проекта от 21.10.2019 г. № 05.614.21.0003

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 21.10.2019 г. № 05.614.21.0003 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01.01.2020 г. по 30.09.2020 г. выполнялись следующие работы:

  1. проводилась разработка методики определения изотопного состава кориума АЭС с легководным реактором на основании характеристик активной зоны;
  2. разрабатывалась программа ЭВМ для расчёта изотопного состава кориума АЭС с легководным реактором, а также прилагающаяся к ней программная документация;
  3. проводилась подготовка описания бенчмарка с прототипом АЭС Фукусима-1 по ядерной и радиационной безопасности при протекании аварии с разрушением активной зоны и извлечением кориума;
  4. проводилась разработка методики определения геометрического типа источника радиоактивного загрязнения по соотношению пика полного поглощения и рассеянной части аппаратурного спектрометра;
  5. разрабатывалась программа ЭВМ для расчёта спектрально-угловых характеристик поля излучения в воздухе вблизи поверхностных и распределенных по глубине вещества радиоактивных источников гамма-излучения,а также прилагающаяся к ней программная документация;
  6. проводился анализ применимости ксеноновых гамма-спектрометров в рамках реализации разрабатываемой методики определения геометрического типа источника радиоактивного загрязнения по соотношению пика полного поглощения и рассеянной части аппаратурного спектра спектрометра;
  7. выполнялось представление результатов разработки автоматизированного и роботизированного комплекса с детектирующей аппаратурой на основе ксенонового гамма-спектрометра (КГС), рассмотрение основных эксплуатационных характеристик создаваемого комплекса, а также проведение анализа эффективности его использования в работах по выводу из эксплуатации ядерных радиоционно-опасных объектов.

При этом были получены следующие результаты

  1. Была разработана методика анализа нейтронно-физических и радиационных характеристик систем с кориумом, учитывающая его изотопный состав, структуру и геометрическое распределение. Методика основывается на известном методе расчета изотопного состава с использованием матричной экспоненты и методе Эйлера, которые в настоящей работе впервые распространены на новую задачу расчета кориума после произошедшего аварийного процесса расплава топлива и конструкционных материалов.
  2. Разработана программа ЭВМ CPRIUMSITY для расчета изотопного состава кориума АЭС с легководным реактором и определения изотопного состава и радиационных характеристик систем с кориумом, учитывающая структуру кориума и обладающая программными возможностями для проведения совместных расчетов с современными прецизионными нейтронно-физическими кодами. В работе показана возможность успешного использования данной программы для реализации новой методики определения изотопного состава кориума АЭС с легководным реактором на основании характеристик активной зоны. Разработанный код CORIUMSITY может быть задействован в задачах оценки структуры и свойств кориума, образовавшегося в результате аварии на АЭС Фукусима-1, а также в задачах обеспечения ядерной безопасности при аварии на подобных объектах (легководные реакторы типа ВВЭР и PWR).
  3. Разработана система тестовых задач для расчетов систем с частицами кориума и водой с явным образом заданными геометрическими параметрами системы, полученными из высокоточного гидродинамического моделирования. Сформулирован бенчмарк с прототипом АЭС Фукусима-1 по ядерной и радиационной безопасности при протекании аварии с разрушением активной зоны и извлечением кориума. Разработанный бенчмарк является уникальным в своем роде и затрагивает процессы и ситуации, редко рассматриваемые научным сообществом. Задача извлечения расплава активной зоны ядерного реактора в таких масштабах решается впервые, и данный бенчмарк может стать хорошим заделом для будущих работ в данном направлении. Представлены результаты исследования по поиску методов оптимизации расчетов с целью сократить вычислительное время без потери в точности результатов расчетов.
  4. Разработаная методика определения геометрического типа источника радиоактивного загрязнения по соотношению пика полного поглощения и рассеянной части аппаратурного спектра спектрометра основывается на известном методе пик/долина, с использованием перспективного типа газового спектрометра, отличающийся высокой разрешающей способностью, широким диапазоном чувствительности, хорошими эксплуатационными характеристиками и обладающий преимуществом при измерениях на местности перед другими используемыми для этой цели детекторами (LaBr3(Ce), NaI(Tl), CdZnTe, HPG). Показана возможность успешного использования данной методики для загрязнений смесью нуклидов 137Cs и 134Cs.
  5. Основная функция разработанной программы ЭВМ для расчета спектрально-угловых характеристик поля излучения в воздухе вблизи поверхностных и распределенных по глубине вещества радиоактивных источников гамма-излучения – обеспечить моделирование полей излучения и условий измерения радиоактивного загрязнения на местности, образованного вследствие ядерной аварии.
  6. Создан опытный образец блока цифровой электроники, предназначенный для отработки отдельных модулей дистанционного управления КГС. Разработано программное обеспечение для первичной обработки экспериментальных данных. Проведены различные эксперименты для определения эксплуатационных характеристик прототипа КГС. Выполнены экспериментальные измерения и моделирование.
  7. Иностранным партнером проведены расчеты разработанных тестовых задач по программе ЭВМ MVP из разработанного бенчмарка с прототипом АЭС Фукусима-1 по ядерной и радиационной безопасности при протекании аварии с разрушением активной зоны и извлечением кориума. По полученным результатам расчетов проведена кроссверификация кодов MVP, SERPENT, MCU, реализующие метод Монте-Карло. Проведенная работа показывает хорошую сходимость результатов, посчитанных по трем кодам.

Научной новизной результатов работ на данном этапе являются:

  1. Метод расчета изотопного состава с использованием матричной экспоненты и метод Эйлера, которые используются в разработанной методике определения изотопного состава кориума АЭС с легководным реактором на основании характеристик активной зоны, впервые распространены на новую задачу расчета кориума после произошедшего аварийного процесса расплава топлива и конструкционных материалов.
  2. Метод пик/долина, который используется в разработанной методике определения геометрического типа источника радиоактивного загрязнения по соотношению пика полного поглощения и рассеянной части аппаратурного спектра спектрометра впервые распространен на перспективный тип газового спектрометра.

 

Полученные результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту и свидетельствуют о целесообразности перехода проекта в стадию опытно-конструкторских и технологических работ.

 
126