«Призма» спокойствия. Безопасны ли контейнеры, в которых перевозят ОЯТ

Радиофоб вздрогнет, представив, что прямо сейчас где-то по обычной железной дороге едет вагон, а в нем — ​контейнер с отработанным ядерным топливом. А ученые из РФЯЦ-ВНИИТФ его успокоят. Задолго до изготовления транспортного перевозочного контейнера (ТУК) для перевозки ОЯТ проектанты все просчитали: какой должна быть толщина стенок, чтобы излучение не превышало норму, как не допустить чрезвычайной ситуации в случае падения контейнера с высоты, удара, залива водой и других форс-мажоров. Помогла им в этом программа «Призма», созданная в снежинском ядерном центре.

«Призма» (от «прохождение излучения в материалах») — ​программа для моделирования методом Монте-Карло переноса нейтронов, фотонов, электронов, позитронов и ионов в системах со сложной трехмерной геометрией. Ее разработали в РФЯЦ-ВНИИТФ в 1969 году. Вплоть до 2000 года ее переводили на разные языки программирования, следуя за эволюцией ЭВМ. Современная программа написана на языке C++ и может функционировать на многопроцессорных вычислительных комплексах.

Программные функции

Основная задача «Призмы» — ​обоснование безопасности ТУКов, реакторов, хранилищ ядерного топлива, линий его переработки и других сложных физических установок. Недавно Ростехнадзор и НТЦ ЯРБ выдали программе новый аттестационный паспорт, который позволяет применять ее для обоснования не только ядерной («от взрыва»), но и радиационной («от излучения») безопасности.

Программу используют для обоснования безопасности персонала при обращении с ядерно опасными материалами, оценки воздействия излучения на радиоэлектронную аппаратуру, при планировании нейтронной и протонной терапии в радиационной медицине. Без «Призмы» не обходится подготовка и проведение практически ни одного эксперимента с реакторными установками и источниками излучения в РФЯЦ-ВНИИТФ.

Один из вариантов решения проблемы накопления радиоактивных отходов российские ученые видят в создании жидкосолевого реактора — ​сжигателя РАО. Программа используется и здесь — ​для разработки вариантов конструкции такого реактора.

Расчеты до ЦЕРНа довели

Одна из интересных страниц биографии программы «Призма» — ​это ее участие (в числе других программ, разработанных РФЯЦ-ВНИИТФ) в проектировании всемирно известного Большого адронного коллайдера (БАК). Это самая крупная экспериментальная установка в мире. «У нас была группа инженеров, которые конструировали вспомогательное оборудование — ​не сам детектор, а его оснастку, — ​вспоминает старший научный сотрудник физико-математического отделения РФЯЦ-ВНИИТФ Дмитрий Модестов. — ​И важно было понимать, какая радиационная нагрузка будет приходиться на определенный элемент конструкции. Производился расчет, по которому оценивалось, какое время данная деталь сможет находиться в данном месте под воздействием облучения, пока не потеряет свои свойства. Так всегда прокручивается несколько расчетных циклов, с разными вариантами конструкций и нагрузок. Выбирается геометрия, материалы, которые будут использоваться, все оптимизируется по экономичности. Кроме того, должна быть защита персонала: в какую зону для обслуживания ускорителя смогут заходить люди, а где допустимо применять только роботов… Вот в том числе по «Призме» наши специалисты и считали радиационные поля, которые будут в БАКе».

Дружит и сотрудничает

«Призма» способна вести расчеты как сама по себе, так и в связке с другими программами, причем разработанными не только во ВНИИТФ, но и в других научных центрах. В частности, ее использовали в совместных НИОКР ВНИИТФ с Курчатовским институтом и Институтом ядерной физики им. Будкера СО РАН (ИЯФ).

«Наш коллектив провел большой цикл работ, в том числе пионерских, по компьютерному моделированию методом Монте-Карло нейтронно-физических процессов в полномасштабных трехмерных моделях активных зон реакторов ВВЭР‑1000 и ВВЭР‑1200. Было достигнуто хорошее согласие с результатами, полученными коллегами из НИЦ «Курчатовский институт» по программе MCU, — ​рассказывает начальник отдела физико-математического отделения РФЯЦ-ВНИИТФ Олег Зацепин. — ​Также проводились связные расчеты нейтронно-физических и теплогидравлических характеристик этих реакторов с учетом обратных связей по температуре топлива и теплоносителя и плотности теплоносителя».

РФЯЦ-ВНИИТФ с ИЯФ много лет работают над созданием медицинской установки для бор-нейтронозахватной терапии злокачественных опухолей. В программе «Призма» выполнены разносторонние расчетные исследования, связанные с оптимизацией системы формирования пучка нейтронов и локальной радиационной защиты, сопровождением экспериментов по измерению спектра нейтронов, определением активации конструкционных материалов.

Программа работает в операционных системах Windows и Unix, на многопроцессорных вычислительных комплексах, на которых метод статистического моделирования (Монте-Карло) очень эффективен. По мнению сотрудников физико-математического отделения, освоить программу «Призма» несложно. «Приходили молодые специалисты, реакторщики, и через несколько месяцев уже самостоятельно считали. Конечно, в трудных случаях мы всегда помогаем консультациями», — ​отмечает Дмитрий Модестов.