Программа MCU-REA/1

Абагян Л.П., Алексеев Н.И., Брызгалов В.И., Глушков А.Е., Гомин Е.А., Городков С.С., Гуревич М.И., Калугин М.А., Майоров Л.В., Марин С.В., Шкаровский Д.А., Юдкевич М.С.

Свидетельство о регистрации программы N2010613418.

Аттестационный паспорт программного средства N192.

Аттестационный паспорт программного средства N224.

Программа MCU-REA/1 предназначена для расчета нейтронно-физических характеристик (НФХ) ядерных реакторов различного типа. Уравнение переноса нейтронов решается методом Монте-Карло на основе оценённых ядерных данных для систем с произвольной трёхмерной геометрией.

MCU-REA/1 является развитием программы MCU-REA.

Возможность проводить расчёт НФХ с учетом изменения изотопного состава материалов реактора - важнейшее отличие программы от всех предыдущих программ семейства MCU.

Основные области применения программы:

  • оценка ядерной безопасности;

  • верификация нейтронных констант;

  • оценка различных “тонких” эффектов;

  • верификация инженерных программ расчёта нейтронно-физических характеристик ядерных реакторов.

Точность решения уравнения переноса нейтронов методом Монте-Карло определяется, в основном, точностью используемых библиотек ядерных данных.

Константное обеспечение программы

Константное обеспечение программы составляет банк ядерно-физических данных DLC/MCUDAT-2.2, в который входят следующие разделы, которые могут использоваться в расчётах.

  • ACE - библиотека поточечно представленных нейтронно-физических констант, получаемых при помощи программы NJOY из файлов оценённых ядерных данных;

  • БНАБ/MCU - расширенная и модифицированная версия 26-групповой системы констант БНАБ-93;

  • MULTIC   301-групповая библиотека, содержащая, в частности, данные по температурной зависимости подгрупповых параметров в области неразрешённых резонансов (разработка ГНЦ РФ ФЭИ);

  • LIPAR - резонансные параметры в области полностью разрешённых резонансов;

  • KORT - библиотека поточечно представленных нейтронно-физических констант в области низких энергий (верхняя граница – 5 эВ),

  • ТЕПКОН - многогрупповые сечения в области термализации;

  • ВЕСТА - библиотека для моделирования рассеяния нейтронов на ядрах с учётом непрерывного изменения энергии нейтронов в области термализации, заданная в форме вероятностных таблиц, полученных из законов рассеяния S(alfa,beta);

  • DOSIM - библиотека активационных сечений в поточечном представлении;

  • ABBNL – 40 групповые сечения; используется для получения сечений «суммарного изотопа»;

  • BURN-3 - содержат информацию для задач по выгоранию: периоды полураспада ядер, выходы осколков деления, цепочки радиоактивных превращений и т.д.

Кроме того, программа ORIMCU, которая может использоваться в расчётах как альтернативный модуль выгорания, имеет свою внутреннюю библиотеку констант.

Для модификации библиотек констант тепловых нейтронов ТЕПКОН и ВЕСТА используются разработанные в рамках проекта MCU программы TERMAC и СТЕНЬ.

Моделирование переноса нейтронов

Программа позволяет учитывать эффекты непрерывного изменения энергии частицы при столкновениях, а также как непрерывную, так и ступенчатую зависимость сечений от энергии.

При моделировании переноса нейтронов учитываются следующие эффекты.

При генерации нейтронов деления допускается использование спектра деления мгновенных и запаздывающих нейтронов.

В быстрой энергетической области учитывается анизотропия упругого рассеяния в системе центра масс, имеется возможность проводить моделирование неупругих столкновений с учётом законов, содержащихся в файлах оценённых ядерных данных.

В области неразрешённых резонансов сечения вычисляются по подгрупповым параметрам или с использованием f-факторов Бондаренко, в обоих случаях с учётом температурной зависимости используемых параметров.

В области разрешённых резонансов допускается как подгрупповое, так и поточечное описание сечений. Сечения наиболее важных нуклидов описываются “бесконечным” числом точек, так как при моделировании в каждой энергетической точке они вычисляются по резонансным параметрам. Такая схема позволяет проводить расчёты непосредственно с использованием данных по резонансным параметрам без предварительной подготовки таблиц сечений и оценивать температурные эффекты через аналитические зависимости сечений от температуры.

Моделирование столкновений в области термализации проводится либо в многогрупповом транспортном приближении, либо по модели непрерывного изменения энергии с учётом корреляций между изменением энергии и угла при рассеянии. В обоих случаях учитываются химические связи, тепловое движение ядер и когерентные эффекты для упругого рассеяния.

Геометрия моделируемых систем

Программа позволяет рассчитывать трёхмерные системы практически любой сложности.

Система представляется как объединение однородных геометрических зон, каждая из которых описывается как булевская комбинация набора простых тел (метод комбинаторной геометрии). В распоряжении пользователя имеются 19 типов тел (цилиндры, конус, шар, параллелепипеды и т.д.). Описание геометрии систем, содержащих регулярно повторяющиеся элементы, облегчается использованием методов размножения, позволяющих задать повторяющийся элемент только один раз. Для систем, содержащих элементы со сложной внутренней структурой, существует возможность их многоуровневого иерархического описания. Иерархичность задания геометрии уменьшает объём задаваемой информации и снижает требования к объёму оперативной памяти компьютера. Правильный учёт симметрии и краевых условий также облегчает задание геометрии.

Метод комбинаторной геометрии позволяет описать системы, границы которых состоят из кусков плоскостей или квадратичных поверхностей,

Метод выровненных сечений, также реализованный в программе, позволяет снять это ограничение.

Специальный алгоритм даёт возможность учитывать эффекты двойной гетерогенности, когда тепловыделяющие элементы содержат десятки тысяч микротвэлов.

Каждой геометрической зоне пользователь приписывает ряд атрибутов: номер материала, номер регистрационной зоны (произвольное объединение геометрических зон из одинаковых материалов), номер регистрационного объекта (например, ячейка или кассета) и пр. Эти атрибуты могут генерироваться автоматически с использованием минимальной информации, задаваемой пользователем.

Для проверки входных данных, описывающих геометрию моделируемой системы, можно просмотреть изображение заданной системы в виде плоских сечений с последовательным изображением материальных зон, регистрационных зон и объектов. Возможна генерация цветных и чёрно-белых изображений. Выбор сечений, типов областей, числа цветов и места рисунка (экран или файл на диске) устанавливаются пользователем в интерактивном режиме.

Область применения программы

Программа позволяет рассчитывать системы с внешним источником нейтронов и без него (задача критичности).

Возможен учёт следующих граничных условий: утечка через внешнюю поверхность, белое и зеркальное отражение, трансляционная симметрия. Программа позволяет вычислять функционалы потока нейтронов для бесконечных однородных гетерогенных решёток с трансляционной симметрией с утечкой, заданной вектором баклинга.

Обеспечена возможность расчётного предсказания изотопного состава реактора и его размножающих свойств в зависимости от длительности кампании. Выгорающие материалы могут содержать делящиеся изотопы или выгорающие поглотители.

Вычисляются различные функционалы нейтронного потока, определённые как интегралы потока с заданными весовыми функциями в регистрационных зонах, регистрационных объектах и в системе в целом. Оценка функционалов возможна по длине пробега и по точкам столкновений.

Рассчитываются следующие величины:

  • коэффициент размножения нейтронов (по числу столкновений, по числу поглощений, комбинированные оценки);

  • эффективная доля запаздывающих нейтронов;

  • поток нейтронов и скорости ядерных реакций для отдельных нуклидов и их смесей в заданных пространственно-энергетических интервалах;

  • набор малогрупповых констант для регистрационных объектов, включая коэффициенты диффузии на основе различных определений;

  • изотопный состав системы в процессе компании.

Технические особенности реализации программы

Программа написана на языке Фортран-77. Относится к классу машинонезависимых. Принципиальных ограничений по объёму памяти программа не имеет.