Михаил Зизин: доклад на Нейтронике-2022 Михаил Зизин, ОПУБЛИКОВАНО 15.06.2022 Конференция "Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики" - "Нейтроника-2022" прошла в Обнинске с 31 мая по 3 июня 2022 года. По сложившейся традиции мы публикуем с любезного разрешения автора доклад, который подготовил и представил на "Нейтронике" наш давний автор Михаил Николаевич ЗИЗИН (НИЦ "Курчатовский институт"). Полное название доклада: "Расчётный анализ возможного расположения ионизационных камер в быстрых реакторах". Текст доклада в формате MS Word доступен также по этой ссылке. Пользуясь случаем, рады сообщить, что у Михаила Николаевича вышла очередная книга: "Опыты присвоения чужого ума. Выписки и записи. Часть 3". Желаем научного долголетия Вам, Михаил Николаевич, и новых встреч на "Нейтронике"! ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО Михаил Зизин, фото AtomInfo.Ru Аннотация Разработаны алгоритмы и программы, помогающие выбирать местоположения ионизационных камер, регистрирующих изменение мощности реактора. Для каждого шага по времени решается нестационарное уравнение переноса нейтронов и с помощью обращённого решения уравнения кинетики в точечном приближении находятся изменения реактивности. На каждом шаге определяется набор лучших для этого момента времени точек в модели реактора с минимальными отклонениями реактивности от эталона. В конце всего расчёта производится отбор таких точек с максимальной суммарной встречаемостью. Затем с выбранными с учётом конструкторских ограничений вариантами расположения ионизационных камер проводятся исследования с разными сценариями движения органов регулирования. Работа основана на предположении, что на действующих установках при обработке показаний ионизационных камер используются уравнения точечной кинетики. Ограничивающими факторами использования данной методики являются неприменимость точечной кинетики при больших реактивностях и потенциальная невозможность согласования противоречивых результатов, получаемых при моделировании разных сценариев движения органов регулирования. Компромиссные решения должны приниматься экспертами. Разработанные и проверенные на тестовой модели БН-600 алгоритмы и программы могут быть применены как для реакторов БН-1200 и БРЕСТ, так и для реакторов других типов.
you can’t improve it. Введение Проблема выбора местоположения ионизационных камер (ИК), регистрирующих изменение мощности реактора, остро стоит (1) при проектировании реакторных установок, (2) при измерениях реактивности на критсборках и (3) при пусковых исследованиях на реакторах, когда есть возможность выбирать расположение ИК. Значения реактивности, оцениваемые с помощью ИК, расположенных в разных точках установки, могут отличаться в несколько раз. До сих пор в большинстве случаев выбор положения ИК осуществляется на основе экспертных оценок. Отсутствие числовых критериев при оценке эффективности ИК не даёт уверенности в оптимальности принимаемых решений. В настоящей работе рассматривается один из возможных подходов к решению этой проблемы. Предлагается при движении органов регулирования (ОР) сравнивать расчётные значения реактивности, оценённые с помощью показаний имитаторов ИК, с эталонными и на основе этих сравнений выбирать лучшие положения ИК. Эталоном может служить вычисляемая на каждом временном шаге реактивность из прямых расчётов эффективных коэффициентов размножения или реактивность, вычисленная с одним из пространственных вариантов обращённого решения уравнения (ОРУК) с использованием интегрального функционала. Предполагается, что на действующих установках при обработке показаний ИК используются уравнения точечной кинетики. Разработаны алгоритмы и программы, помогающие выбирать местоположения ИК. Программы реализованы в среде интеллектуальной программной системы ShIPR [1] в виде вычислительных модулей, которые встраиваются в стандартные пути расчёта, моделирующие изменение реактивности в процессе движения органов регулирования (ОР) в быстрых реакторах. Идея использования для выбора местоположения ИК программ расчёта реактивности с подстановкой в ОРУК локальных функционалов появилась после реализации в системе ShIPR оценок отклонений рассчитанных с помощью разных вариантов ОРУК значений реактивности от эталонных значений. На начальном этапе исследований для каждого шага по времени решается нестационарное уравнение переноса нейтронов и с помощью ОРУК находятся изменения реактивности. На каждом шаге определяется набор лучших для этого момента времени точек в модели реактора, в которых отклонения реактивности от эталона минимальны. В конце всего расчёта производится отбор таких точек с максимальной суммарной встречаемостью - оптимальных для всего переходного процесса. На этом этапе можно ограничиться самым проблемным сценарием движения ОР, в котором хуже всего работает точечная кинетика. Затем с выбранными на основе предварительных расчётов вариантами расположения ИК с учётом конструкторских ограничений проводятся дополнительные исследования с разными сценариями движения органов регулирования. Общие соображения
Реализованный алгоритм поиска рекомендованного расположения ИК сначала опишем в общем случае, когда сначала нет выделенных плоскостей и кассет. Этот подход использовался на первом этапе расчётных исследований.
Уравнения точечной кинетики
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра Тестовая модель BN600_IAEA_T Предложенные алгоритмы поиска оптимального положения ИК отрабатывались при моделировании движения органов регулирования на тестовой гексагональной 3D-модели BN600_IAEA_T реактора типа БН-600 с гибридной активной зоной [7]. Модель BN600_IAEA была модифицирована автором для её применимости в пространственно-временных расчётах при моделировании движения органов регулирования и далее обозначается как BN600_IAEA_T. Для облегчения выбора временного шага при моделировании движения органов регулирования были введены равномерные интервалы по высоте расчётной модели выше нижнего торцового экрана (шаг 2,61 см). Это разбиение пригодно для гексагональной и треугольной модели. В настоящей работе в тесте BN600_IAEA_T использовалась полномасштабная 3D-модель в гексагональной геометрии. Шаг решётки 9,902 см. Граничные условия соответствуют равенству нулю плотности потока на границе реактора. Шаг по времени Δt 0,0261 с при опускании ОР и Δt 0,261 с при подъёме ОР. Составы всех зон, описанных в Таблице 1, можно найти в [8, с. 115], где описана стационарная модель с 63 точками по высоте. Использовались заранее рассчитанные сечения, полученные по CONSYST Ver.0601 [9] с константами БНАБ-93 [10]. Они были записаны в файлы, переведены в наборы данных системы ShIPR и затем готовились в качестве входной информации из NAMELIST'ов. На Рис. 1 и 2 приведены 2D-модели с выделенными номерами кассет, в которых на разной высоте могут располагаться имитаторы ионизационных камер блоками по 4 и по 6. Все расчёты делались с одинаковыми для всех зон кинетическими параметрами с шестью группами запаздывающих нейтронов. Использовались точечные уравнения кинетики с βeff(t=0). Расчёты с предварительно отобранными положениями ионизационных камер Моделировалось несколько сценариев движения органов регулирования: 1. Опускание всех стержней аварийной защиты Scram Rods - SCR7 + SCR11 (Рис.1). Δt 0,0261 с. 2. Медленный подъём центрального ОР из рабочего положения (W) в верхнее (UP). Δt 0,261 с. 3. Опускание ОР SCR7 с застреванием одиночного ОР SCR11. Δt 0,0261 с. 4. Падение одиночного ОР SCR11. Δt 0,0261 с. При опускании ОР перемещались из верхнего положения (UP) в нижнее (DOWN) - см. Таблицу 1. Рис. 1. Рис. 2. На основании достаточно больших и трудоёмких подготовительных расчётов были отобраны четыре варианта расположения "четвёрок ИК" в плоскости с одинаковым для каждой из них радиусом (Рис. 1). Затем к ним было добавлено три варианта расположения "шестёрок ИК". Из этих "шестёрок ИК" были выбраны ещё три варианта "четвёрок ИК" (Рис.2 и Таблица 2). Заметим, что на этом этапе было бы достаточно расчётов опускания SCR7 + SCR11, в которых определялись варианты местоположения ионизационных камер. Таблица 1. Таблица 2. Также были заданы четыре возможных положения ИК по высоте сборки: (1) в верхнем расчётном слое активной зоны и (2-4) на расстоянии 25, 50 и 91 см от верхнего края активной зоны. Это позволило найти варианты расположения ИК, в которых существенно улучшилась точность расчёта реактивности по сравнению с ранее рассмотренными вариантами. Результаты расчётов отображены в Таблицах 3-10. Для уменьшения объёмов таблиц часть информации представлена только в виде отклонения средних значений реактивности ρAV от эталонов dK. Усреднение реактивностей для всех "четвёрок" и "шестёрок" ИК проводилось с весом плотности локальных потоков нейтронов, имитирующих токи ионизационных камер. Таблица 3. Ввиду симметричности картограммы для сценария с одновременным опусканием ОР SCR7 и SCR11 результаты привязываются к номерам кассет с ИК, расположенными в секторе от 11 до 3 часов. Фиолетовым цветом выделен вариант, использовавшийся ранее для анализа точности расчёта реактивности с помощью имитации показаний ИК. Местоположение ИК в нём было выбрано на краю активной зоны по аналогии с тестовой моделью реактора БН-1200 [11]. Красный цвет использован для выделения лучших вариантов из исследованных. Таблица 4. Выводы к Таблицам 3-4.
Таблица 5. Таблица 6. Таблица 7. Таблица 8. Выводы к Таблицам 5-8.
Таблица 9. Таблица 10. Выводы к Таблицам 9-10.
По результатам расчётов, приведённых в Таблицах 3-10, можно сделать следующие выводы.
Заключение Сформулирован подход к решению проблемы выбора местоположения ионизационных камер в реакторах и критсборках на основе численной оценки погрешностей их работы с использованием точечной кинетики. Разработан пакет программ, реализующих описанную методику. Предварительные расчётные исследования подтвердили работоспособность алгоритма выбора местоположения ионизационных камер в пределах применимости точечной кинетики. Ограничивающими факторами использования данной методики являются неприменимость точечной кинетики при больших реактивностях и потенциальная невозможность алгоритмически согласовать противоречивые результаты, получаемые при моделировании разных сценариев движения органов регулирования. Необходимые компромиссные решения должны приниматься экспертами. Дальнейшие исследования целесообразно проводить после уточнения критериев и ограничений на алгоритм. По мере накопления опыта расчётов критерии отбора приемлемых вариантов постепенно усложняются. Разработанные алгоритмы и программы могут быть применены и для реакторов других типов. Список литературы 1. Зизин М.Н. Интеллектуальная программная система ShIPR для математического моделирования ядерных реакторов. Препринт ИАЭ-6354/5. - М.: 2005. 2. Чернова И.С. Создание и использование программ полномасштабной пространственной кинетики для расчётов реакторов на быстрых нейтронах. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.:ИБРАЭ, 2017 г. 3. Жуков А.М. Минимизация влияния пространственных эффектов на измерения реактивности в быстрых реакторах нового поколения // Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Обнинск. ГНЦ РФ-ФЭИ, 2012. 118 с. 4. Томилин А.А. Разработка алгоритмов определения оптимального положения блоков детектирования аппаратуры контроля нейтронного потока по высоте канала ионизационных камер реакторов типа ВВЭР. // Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Подольск, АО ОКБ "ГИДРОПРЕСС", 2021. 109 с. 5. Белл Д., Глесстон С. Теория ядерных реакторов. - М. Атомиздат, 1974. 6. Селезнёв Е.Ф. Кинетика реакторов на быстрых нейтронах. - М.: Наука, 2013. 7. BN-600 Hybrid Core Benchmark Analyses. Results from a Coordinated Research Project on Updated Codes and Methods to Reduce the Calculational Uncertainties of the LMFR Reactivity Effects. IAEA-TECDOC-1623. February 2010. http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/te_1623_web.pdf. BN-600 MOX Core Benchmark Analysis. Results from Phases 4 and 6 of a Coordinated Research Project on Updated Codes and Methods to Reduce the Calculational Uncertainties of the LMFR Reactivity Effects. IAEA-TECDOC-1700, IAEA, Vienna, 2013. http://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/TE-1700_web.pdf. 8. Зизин М.Н. Методы расчёта нейтронно-физических характеристик быстрых реакторов. - М.: НИЦ "Курчатовский институт", 2014. 9. Мантуров Г.Н., Николаев М.Н., Цибуля А.М. Программа подготовки констант CONSYST. Описание применения. Препринт ФЭИ-2828. Обнинск, 2000. 10. Мантуров Г.Н., Николаев М.Н., Цибуля А.М. Система групповых констант БНАБ-93. Часть 1: Ядерные константы для расчёта нейтронных и фотонных полей излучений. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерные константы, вып. 1, 1996, - с. 59. 11. Анализ результатов расчёта нейтронно-физических характеристик реактора БН 1200 на базе тестовой модели активной зоны. Авт. С.Б. Белов, В.Ф. Бояринов, М.Н. Зизин, Е.В. Марова, В.А. Невиница, А.А. Радионычева, М.Р. Фаракшин, П.А. Фомиченко, В.М. Фролов. - "Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики (НЕЙТРОНИКА)". Сборник докладов ежегодных межведомственных семинаров 2009-2011 гг., т. 2, сc. 433-442. Ключевые слова: Нейтронно-физические расчёты реакторов, Статьи, Михаил Зизин Другие новости: На площадке Курской АЭС-2 установлен корпус реактора ВВЭР-ТОИ От этого события ведётся отсчёт до начала пусконаладочных работ. На первом энергоблоке Курской АЭС-2 завершился монтаж парогенераторов Далее - монтаж корпуса реактора. Вода Фукусимы - вопросы Китая и России Китай и Россия передали список из 36 вопросов в МАГАТЭ. |
Герой дня Владимир Троянов: беседа на полях Нейтроники После того, как выделение младших актинидов начнётся в России в промышленных масштабах, их накапливаемое количество превзойдёт любые, самые фантастические потребности как космонавтов, так и других возможных потребителей ритэгов на 238Pu и другой продукции, которые мы могли бы производить, используя миноры как сырьё. ИНТЕРВЬЮ
Андрей Гулевич МНЕНИЕ
Хо Синкай |