Новый код анализа нелинейных эффектов радиационного воздействия на материалы :: НПК ВИЭРТ

Новый код анализа нелинейных эффектов радиационного воздействия на материалы

Развитие методов и средств компьютерного математического моделирования радиационных эффектов в материалах, подвергаемых реакторному облучению и облучению на ускорителях заряженных частиц, — важный фактор повышения эффективности прикладных исследований радиационной стойкости перспективных материалов для альтернативных ядерно-энергетических систем нового, IV, поколения и разработки и внедрения перспективных источников излучения для социально значимых промышленных радиационных ресурсосберегающих технологий и ядерной медицины.

Изменения состояния вещества под действием высокодозного облучение влияют на перенос излучения в нем. Эти изменения выражаются в нелинейной зависимости выхода радиационных эффектов от флюенса и дозы облучения, однако не учитываются в линейной теории переноса излучения.

Разработанная в НПК ВИЭРТ новая модификация многоцелевого 4D-кода RaT 3.1 реализует усовершенствованные алгоритмы моделирования нелинейных дозовых эффектов методом Монте-Карло и позволяет эффективно решать нелинейные задачи переноса излучений разных видов в гетерогенных средах, рассчитывать индуцированную облучением эволюцию их параметров во времени и ее согласованное влияние на перенос излучения.

Новый код верифицирован на модельных точно решаемых задачах формирования и распространения в материале нелинейных волн плотности (см. Рис. 1). С его помощью впервые рассмотрены нелинейные явления в условиях сверхкритического перехода в воде под электронным облучением на ускорителе ЛУЭ-10 ННЦ ХФТИ и показано, что переход воды в сверхкритическое состояние может иметь характер автомодельной нелинейной волны плотности и температуры (см. Рис. 2).

Рисунок 1 – Результаты аналитических расчетов динамики нелинейной волны скорости R изменения плотности водоподобной среды под облучением первичными фотонами с энергией 100 кэВ (слева) в сравнении с результатами их моделирования методом Монте-Карло кодом RaТ 3.1 (справа) при разных значениях параметра α нелинейности модельного уравнения состояния среды

Рисунок 2 – Пространственно-временные зависимости плотности (а) и температуры (б) воды в окрестности сверхкритического перехода, вызванного электронным пучком ускорителя. Моделирование методом Монте-Карло

Разработанный код может эффективно применяться при решении многих актуальных задач радиационного материаловедения ядерных энергетических систем нового поколения и оптимизации ядерных и радиационных технологий. Например, это:

расчеты профилей выгорания перспективных нейтроно-поглощающих материалов, в том числе случайно-дисперсных;

моделирование вторичных эффектов радиационного повреждения и наработки гелия в никель-содержащих конструкционных реакторных материалах;

моделирование нелинейной волны ядерного горения в перспективном реакторе Феоктистова-Теллера (TWR);

оптимизация процессов производства источников излучения для экологических гамма-радиационных технологий и медицинских изотопов на ускорителях заряженных частиц различных типов и в подкритических системах;

моделирование процессов ионной имплантации металлов, сплавов, полупроводников и наноструктур до высоких доз.