EQWMSW
Авторы
Белоусов В.И., Гомин Е.А., Гуревич М.И., Давиденко В.Д., Дудкин К.О., Дьячков И.И., Иоаннисиан М.В., Малков М.Р., Писарев А.Н., Чернов К.Г.
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия
Белоусов В.И. – начальник лаборатории, доцент, кандидат физико-математических наук. Контакты: 123182, Россия, Москва, пл. Академика Курчатова, д. 1. Тел.: (985) 982-82-14, (499) 196-98-20; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Гомин Е.А. – ведущий эксперт.
Гуревич М.И. – главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук.
Давиденко В.Д. – руководитель отделения, доктор технических наук.
Дудкин К.О. – лаборант-исследователь.
Дьячков И.И. – старший научный сотрудник, кандидат технических наук.
Иоаннисиан М.В. – начальник лаборатории, кандидат физико-математических наук.
Малков М.Р. – старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук.
Писарев А.Н. – старший научный сотрудник.
Чернов К.Г. – старший научный сотрудник.
Аннотация
Рассматривается программный комплекс КИР (версия С), предназначенный для моделирования нейтронно-физических стационарных и нестационарных процессов на основе метода Монте-Карло в системах с трёхмерной геометрией в однородной и неоднородной среде. Расчёт нестационарных процессов осуществляется на основе приближенных методов и прямого метода Монте-Карло с учётом запаздывающих нейтронов. Последний позволяет проводить прецизионные расчёты нейтронной кинетики без каких-либо приближений, связанных с дискретизацией по времени, энергии и пространству, а история нейтрона моделируется на основе файлов оценённых ядерных данных, взятых из соответствующих международных библиотек.
Программный комплекс существенно расширяет область применения метода Монте-Карло в проектной практике и может быть использован в задачах моделирования быстропротекающих переходных процессов при нормальной эксплуатации и в аварийных режимах работы реактора, вызванных движением органов регулирования или изменением плотности теплоносителя в отдельных областях реактора и других ЯЭУ. Кроме того, комплекс может быть применён для создания математических бенчмарков при верификации программ инженерного и иного класса.
В статье представлено краткое описание комплекса КИР-С, его ключевых возможностей и особенностей архитектуры. Коротко представлено описание модулей программы и средство отображения входных и выходных данных «Визуализатор КИР-С». Наряду с этим показан демонстрационный расчёт твэла ВВЭР-1000, выполненный совместно с CFD-кодом OpenFOAM. Также приводятся примеры решений стационарных и нестационарных задач, показывающих широкий спектр возможностей применения данного программного комплекса, в том числе с применением непрерывных функций, задающих неоднородную плотность материала.
Ключевые слова
уравнение переноса нейтронов, метод Монте-Карло, прецизионные расчёты, нейтронно-физические коды, программа КИР-С, архитектура КИР-С, оценённые ядерные данные, нейтронно-физические расчёты, ядерные реакторы, нейтронная кинетика, нестационарный расчёт, математические бенчмарки
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Давиденко В.Д., Зинченко А.С., Харченко И.К. Интегральные нестационарные уравнения переноса нейтронов для расчётов кинетики ядерных реакторов методом Монте-Карло. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов, 2015, вып. 1, с. 11–16.
- Гомин Е.А., Давиденко В.Д., Зинченко А.С., Харченко И.К. Расчёт функции ценности и эффективной доли запаздывающих нейтронов методом Монте-Карло. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов, 2016, вып. 3, с. 22–30.
- Гомин Е.А., Давиденко В.Д., Зинченко А.С., Харченко И.К. К определению времени жизни мгновенных нейтронов деления методом Монте-Карло. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов, 2016, вып. 3, с. 16–21.
- Гомин Е.А., Давиденко В.Д., Зинченко А.С., Харченко И.К. Моделирование кинетики ядерного реактора методом Монте-Карло. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов, 2016, вып. 5, с. 4–16.
- Белл Д., Глесстон С. Теория ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1974. 494 с.
- Михайлов Г.А., Медведев И.Н.Оптимизация весовых алгоритмов статистического моделирования. Новосибирск: Омега Принт, 2011. 304 с.
- Leppänen Jaakko, Pusa Maria, Viitanen Tuomas, Valtavirta Ville, Kaltiaisenaho Toni. The Serpent Monte Carlo code: Status, development and applications in 2013. Annals of Nuclear Energy, 2015, vol. 82, pp. 142–150. DOI: 10.1016/j.anucene.2014.08.024.
- Sjenitzer B.L. The Dynamic Monte Carlo Method for Transient Analysis of Nuclear Reactors. Delft: TUDelf, 2013. 178 p.
- Иоаннисиан М.В. Определение потока нейтронов на основе метода многоточечной кинетики. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов, 2018, вып. 1, с. 10–23.
- The HDF5® Library & File Format. Доступно на: https://www.hdfgroup.org/solutions/hdf5/ (дата обращения 13.04.2025).
- Gurevich M.I., Pryanichnikov A.V. Algorithms of NCG geometrical module. Physics of Atomic Nuclei, 2012, vol. 75(14), pp. 1661–1668.
- Brown F.B., Booth T.E. et al. MCNP – a General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5. LA-UR-03-1987, LANL, 2003.
- Leppänen J., Aufiero M., Fridman E., Rachamin R., Marck S. Calculation of effective point kinetics parameters in the Serpent 2 Monte Carlo code. Annals of Nuclear Energy, 2014, vol. 65, pp. 272–279.
- Conlin J.N. A Compact ENDF (ACE) Format Specification. Report LA UR-19-29016, Los Alamos National Laboratory, 2021.
- Кощеев В.Н., Перегудов А.А., Рожихин Е.В., Семенов М.Ю., Якунин А.А. Использование методики температурно-пропорциональных концентраций для расчёта моделей быстрых реакторных установок. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2019, вып. 2, с. 68–76.
- Mattes M., Keinert J. Thermal Neutron Scattering Data for the Moderator Materials H2O, D2O, and ZrHx in ENDF-6 Format and as ACE Library for MCNP(X) Codes. Report INDC (NDS)-0470. Vienna: IAEA, April 2005.
- Chadwick M.B., Obložinský P., Herman M., Greene N.M. et al. ENDF/B-VII.0: next generation evaluated nuclear data library for nuclear science and technology. Nuclear Data Sheets, 2006, vol. 107, p. 2931.
- Николаев М.Н. РОСФОНД – российская национальная библиотека оценённых нейтронных данных. В мире науки, 2006, № 9, с. 78–81.
- Забродская С.В., Игнатюк А.В., Кощеев В.Н., Манохин В.Н., Николаев М.Н., Проняев В.Г. РОСФОНД – российская национальная библиотека оценённых нейтронных данных. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерные константы, 2007, № 1–2, с. 3–21.
- РОСФОНД – РОСсийская библиотека Файлов Оценённых Нейтронных Данных. Доступно на: https://www.ippe.ru/reactors/reactor-constants-datacenter/rosfond-neutron-database (дата обращения 13.04.2025).
- Brown D.A., Chadwick M.B., Capote R., Kahler A.C. et al. ENDF/B-VIII.0: the 8th major release of the nuclear reaction data library with CIELO-project cross sections, new standards and thermal scattering data. Nuclear Data Sheets, 2018, vol. 148, pp. 1–142.
- The Joint Evaluated Fission and Fusion File (JEFF, NEA). Доступно на: https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_20182/jeff (дата обращения 13.04.2025).
- Nakagawa T., Shibata K., Chiba S., Fukahori T., Nakajima Y., Kikuchi Y., Kawano T., Kanda Y., Ohsawa T., Matsunobu H., Kawai M., Zukeran A., Watanabe T., Igarasi S., Kosako K., T. Asami. Japanese evaluated nuclear data library. Version 3. Revision-2: JENDL-3.2. J. Nucl. Sci. Technol., 1995, vol. 32, p. 1259.
- MacFarlane R.E., Muir D.W., Boicourt R.M, Kahler A.C. The NJOY Nuclear Data Processing System, Version 2012. Theoretical Division Los Alamos National Laboratory. LA-UR-12-27079, 2012.
- Синица В.В. Пакет процессинговых программ GRUCON-D, версия 2019-12. Свидетельство о государственной регистрации № 2014663246. Доступно на: https://www-nds.iaea.org/grucon/ (дата обращения 13.04.2025).
- Белоусов В.И., Гуревич М.И., Давиденко В.Д., Иоаннисиан М.В., Раскач К.Ф. Разработка и реализация в программе КИР-С метода учёта непрерывности распределения плотности материалов. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов, 2024, вып. 1, с. 11–18.
- Белоусов Н.И., Давиденко В.Д., Цибульский В.Ф. Программа UNK для детального расчёта спектра в ячейке ядерного реактора. Препринт ИАЭ-6083/4. Москва, 1998.
- Davidenko V.D., Tsibulsky V.F. Detailed calculation of neutron spectrum in cell of a nuclear reactor. Proc.of the Intern. Conf. on the Physics of Nuclear Science and Technology. Long Island, New York, USA, Oct. 5–8, 1998, pp. 1755–1760.
- Давиденко В.Д. Разработка детерминированных моделей повышенной точности и программных комплексов для прямого моделирования физических процессов в ядерных реакторах. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.13.18. Москва, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», 2017.
- Белоусов В.И., Гуревич М.И., Давиденко В.Д., Иоаннисиан М.В., Раскач К.Ф., Чернов К.Г. Модификация алгоритма Франк-Каменецкого для параллельных вычислений. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов, 2024, вып. 2, с. 25–37.
- Белоусов В.И., Гомин Е.А., Давиденко В.Д., Дьячков И.И., Иоаннисиан М.В., Раскач К.Ф., Писарев А.Н. Алгоритмы расчёта эффективных параметров уравнения точечной кинетики на основе метода Монте-Карло, их верификация и валидация. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов, 2024, вып. 1, с. 9–31.
- Иоаннисиан М.В., Гомин Е.А., В.Д. Давиденко, Дьячков И.И. О моделировании начального источника мгновенных нейтронов для решения нестационарных задач методом Монте-Карло. Доклад на научно-технической конференции «Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики». Обнинск, 27–29 ноября 2019. Доступно на: https://www.ippe.ru/images/science_info/conference/ neutron2019/presentation/section5/Ioannisian-Monte-Carlo-modeling-initial-prompt-neutron-source.pdf (дата обращения 13.04.2025).
- Moukalled F., Mangani L., Darwish M. The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics. An Advanced Introduction with OpenFOAM® and Matlab®. Springer, 2015. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-16874-6.
- OpenFOAM and the OpenFOAM Foundation. Доступно на: https://openfoam.org/ (дата обращения 13.04.2025).
- Белоусов В.И., Давиденко В.Д., Дьячков И.И., Елкин Н.Н., Малков М.Р., Иоаннисиан М.В., Чернецкий М.Г., Черницкая А.А., Зборовский В.Г., Лиханский В.В., Хоружий О.В. Код КИР-С-ТГ для тестового взаимосвязанного теплогидравлического и нейтронно-физического расчёта реактора типа ВВЭР-СКД. Атомная энергия, 2023, том 134, № 5–6, с. 226–230.
- Chaudat J.P., Darrouzet M., Fisher E.A. Experiment in Pure Uranium Lattices with Unit K∞. Assemblies: SNEAK818Z, UK1 and UK5 in ERMINE and HARMONIE. Preprint KFK-1865 (CEA-R-4552). Karlsruhe: Institut für Angewandte Systemtechnik und Reaktorphysik, 1974. DOI: 10.5445/IR/270007511.
- Гомин Е.А., Давиденко В.Д., Широков Р.В. Тестирование программы КИР-С на критических экспериментах с растворным топливом. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2020, вып. 4, с. 26–32.
- International Criticality Safety Benchmark Evaluation Project (ICSBEP). Доступно на: https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_24498/international-criticality-safety-benchmark-evaluation-project-icsbep (дата обращения 13.04.2025).
- NEA (2019). IRPhe Handbook 2017. International Reactor Physics Evaluation Project Handbook (database). NEA, 2019. Доступно на: https://doi.org/10.1787/fa47762a-en (дата обращения 13.04.2025).
- Dugone J. Spert III Reactor Facility: E-Core Revision. U.S. Atomic Energy Commission, 1965.
- Alex Levinsky, Ville Valtavirta, Frederick P. Adams, Vinicius N.P. Anghel. Modeling of the SPERT transients using Serpent 2 with time-dependent capabilities. Annals of Nuclear Energy, 2019, vol. 125, pp. 80–98.
- Белоусов В.И., Дьячков И.И., Иоаннисиан М.В., Писарев А.Н. Моделирование нейтронной кинетики в активной зоне реактора SPERT III в программе КИР. Доклад на научно-технической конференции «Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики (Нейтроника-24)». Обнинск, 8–31 мая 2024. Доступно на: https://www.ippe.ru/images/science_info/conference/neutron2024/presentation/s7-15.pdf (дата обращения 13.04.2025).
- Белоусов В.И., Бояринов В.Ф., Давиденко В.Д., Дьячков И.И., Иоаннисиан М.В., Чернов К.Г. Результаты расчётов кинетического бенчмарка C5G7-TD методом Монте-Карло. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2023, вып. 3, с. 18–32.
- Бояринов В.Ф., Давиденко В.Д., Моряков А.В. Транспортный вариант нестационарного диффузионного теста BSS-6. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2019, вып. 2, с. 49–63.
УДК 621.039.51.17, 539.125.523.4
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2025, № 2, c. 66–79
