Программа MCU-TR

Алексеев Н.И., Большагин С.Н., Быков В.П.,Гомин Е.А., Городков С.С., Гуревич М.И., Калугин М.А., Кулаков А.С., Марин С.В., Олейник Д.С., Пряничников А.В., Шкаровский Д.А., Юдкевич М.С.

Свидетельство о регистрации программы N2011619384.

Аттестационный паспорт программного средства N336.

1. НАЗВАНИЕ ПРОГРАММЫ

MCU-TR

2. ЭВМ

Программа разработана как машинно-независимая. Она апробирована на персональных и многопроцессорных компьютерах.

3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Программа MCU-TR с банком ядерных данных MDBTR50 предназначена для прецизионного моделирования процессов переноса нейтронов и фотонов в активной зоне транспортного реактора аналоговыми и весовыми (неаналоговыми) методами Монте-Карло на основе оцененных ядерных данных в ядерных реакторах с учетом изменения изотопного состава материалов реактора в процессе его эксплуатации.

Основные области применения программы:

- прецизионные нейтронно-физические расчеты размножающих систем, обладающих сложными пространственно-энергетическими распределениями;

- верификация инженерных программ физических расчетов ядерных реакторов.

Программа, позволяет проводить реперные расчеты нейтронно-физических характеристик двух- и трехмерных фрагментов активных зон транспортных реакторов, а также полномасштабных активных зон этих реакторов. Разработана технология моделирования переноса быстрых нейтронов в околокорпусном пространстве для оценки флюенса быстрых нейтронов на поверхности и в толще корпуса реактора, а также моделирования переноса быстрых и тепловых нейтронов в активном объеме ионизационных камер за корпусом реактора. Разработана технология для расчета изменения изотопного состава материалов реактора и расчета радиационных характеристик облученного ядерного топлива (ОЯТ).

4. МЕТОД РЕШЕНИЯ

В программе MCU-TR моделирование процессов взаимодействия нейтронов с ядрами среды проводится на основе информации, хранящейся в файлах оцененных ядерных данных с точным описанием энергетической зависимости законов взаимодействия нейтронов с ядрами. При этом:

- в быстрой энергетической области при моделировании упругого и неупругого рассеяния нейтронов законы этих взаимодействий, предписываемые файлами оцененных ядерных данных, используются без каких-либо упрощений;

- в области неразрешенных резонансов используется подгрупповое представление сечений взаимодействия нейтронов с ядрами с учетом температурной зависимости подгрупповых параметров;

- в области разрешенных резонансов реализовано описание непрерывных зависимостей резонансных сечений с учетом эффекта Доплера, т. е. расчет сечений производится для любой энергии нейтрона при заданной температуре среды без предварительной табуляции и последующей интерполяции этих сечений;

- в области термализации расчет производится для заданной температуры замедлителя с использованием сечений рассеяния, полученных на основе обобщенных фононных спектров, а не заранее насчитанных для некоторого набора температур законов рассеяния.

При моделировании процессов взаимодействия фотонов с веществом и рождения фотонов в результате реакций нейтронов с ядрами предусмотрено не только групповое представление сечений соответствующих реакций, но и поточечное с использованием всей информации, имеющейся в файлах оцененных ядерных данных.

Банк данных MDBTR50 программы содержит информацию для 375 изотопов.

Геометрия рассматриваемой системы может быть произвольной совокупностью тел, ограниченных поверхностями второго порядка и/или плоскостями; кроме того, реализованы алгоритмы выровненных сечений (метод Вудкока), которые позволят точно моделировать винтообразную форму тепловыделяющих элементов.

Предусмотрена возможность двух- и трехмерной визуализации геометрии всей рассматриваемой системы и ее отдельных конструктивных элементов.

Набор рассчитываемых функционалов обеспечивает возможность верификации инженерных ячеечных (спектральных) и реакторных программ, а именно обеспечена возможность расчета не только эффективного коэффициента размножения нейтронов и скоростей ядерных реакций, но и всех констант, включая коэффициенты диффузии, которые используются в инженерных программах расчета активных зон реактора.

Программа обеспечивает возможность покассетного и потвэльного расчета распределения энерговыделения по объему активной зоны реактора.

Обеспечена возможность решения стационарных однородного и неоднородного уравнений переноса. Последнее необходимо для моделирования пусков реактора с заданным внешним источником нейтронов.

Возможно проводить расчет стартового стационарно отравленного по Хе состояния для заданного значения мощности.

При расчетах изменения изотопного состава материалов в процессе кампании учитываются все изотопы минорных актиноидов, ядра продуктов деления продуктов активации конструкционных материалов, кроме того, обеспечена возможность расчета радиационных характеристик ОЯТ.

Программа MCU-TR написана на стандарте языка Фортран-93/95/2003 с динамическим распределением памяти.

Программа может функционировать на персональных компьютерах с операционной системой WINDOWS и многопроцессорных компьютерах, снабженных программным интерфейсом MPI (Message Passing Interface).

MCU-TR собрана на базе модулей пакета MCU-5.

5. ОГРАНИЧЕНИЯ СЛОЖНОСТИ ЗАДАЧИ

Принципиальных ограничений по сложности моделируемых систем программа не имеет.

6. ТИПИЧНОЕ ВРЕМЯ СЧЁТА

Время счёта зависит от изотопного состава материалов реактора, сложности геометрии моделируемой системы и необходимой статистической погрешности оцениваемых функционалов.

Время счёта зависит и от квалификации пользователя при выборе физической модели, задании исходных данных для описания геометрии и при выборе временного шага расчёта выгорания.

7. ОСОБЕННОСТИ ПРОГРАММЫ

Рабочая версия программы для каждой конкретной ЭВМ и установленной на ней операционной системы генерируется из модулей пакета MCU-5 с использованием его препроцессора. Исходные текстовые файлы модулей записаны на входном языке препроцессора, который перед трансляцией модулей и сборкой программы генерирует текстовые файлы на языке Фортран-90/95. Параметры, определяющие объём памяти, необходимой для решения некоторого класса задач, а также функциональные особенности программы задаются пользователем на этапе генерации.

Из особенностей программы по сравнению с предыдущими версиями программам семейства MCU отметим возможность параллельных вычислений с использованием многопроцессорных вычислительных комплексов, возможность моделирования фотонов, переход на использование динамической памяти, что делает программу значительно более экономной в отношении потребляемой при расчёте оперативной памяти.

Существенно расширена библиотека констант.

Кроме того, в программе обеспечены следующие возможности:

- вычисление законов рассеяния для нужных температур на этапе ввода исходных данных для рассчитываемого варианта при решении уравнения переноса нейтронов.

- автоматическое изменение любых параметров в процессе расчёта выгорания.

- расчёт нескольких состояний с автоматическим изменением исходных данных.

- автоматический вывод задачи на заданное значение эффективного коэффициента размножения нейтронов Кэфф.

8. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ И СОПУТСТВУЮЩИЕ ПРОГРАММЫ

Программный комплекс MCU Office, который является графическим интерфейсом для программы MCU. Основными его функциями являются следующие:

- 2D и 3D визуализация исходных данных для геометрического модуля NCG и генерация сообщений об ошибках, если таковые имеются;

- обеспечение возможности редактирования текста файла исходных данных для MCU;

- просмотр файлов, создаваемых программой MCU в процессе расчета;

- запуск задачи на счет в отдельном окне DOS;

Кроме того, пользователю предоставляется ряд дополнительных возможностей:

- генерация рабочей версии программы MCU;

- сравнение двух рисунков;

- отображение цветом на рисунке скоростей реакций, полученных в процессе расчета;

- отображение на рисунке в текстовом виде и цветом скоростей реакций, полученных в процессе расчета, а также номеров материалов, зон, объектов и другой информации;

- и др.

9. СОСТОЯНИЕ ПРОГРАММЫ

Программа депонирована в ОФАП ЯР 18 ноября 2010 г. (инв. № 713 ОФАП ЯР).

Имеется документация по программе [1].

10. ССЫЛКИ

1. Н.И.Алексеев и др. Разработка и верификация программного средства для выполнения прецизионных расчётов нейтронно-физических характеристик активных зон транспортных реакторов на основе метода Монте-Карло. Отчёт РНЦ КИ инв. № 36-10/35-09, Москва, 2009.

11. ТРЕБОВАНИЯ К ЭВМ

Тексты программы MCU-TR с библиотекой MDBTR50 и описанием программы занимают 2 Гб на жёстком диске, рекомендуемый минимальный объём оперативной памяти – 1 Гб на одно ядро процессора.

12. ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Фортран-90/95.

Исходные текстовые файлы модулей программы на входном языке препроцессора пакета MCU, который генерирует текстовые файлы на языке Фортран-90/95.

Графический интерфейс программы визуализации написан на языке С++.

13. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА

MS-DOS (версия выше 3.3); WINDOWS 95, 98, NT, 2000, XP, Server 2003, Vista, 7.