Новий код аналізу нелінійних ефектів радіаційного впливу на матеріали :: НВК ВДЕРТ

Новий код аналізу нелінійних ефектів радіаційного впливу на матеріали

Розвиток методів і засобів комп'ютерного математичного моделювання радіаційних ефектів у матеріалах, що піддаються реакторному опроміненню та опроміненню на прискорювачах заряджених частинок, — важливий фактор підвищення ефективності прикладних досліджень радіаційної стійкості перспективних матеріалів для альтернативних ядерно-енергетичних систем нового, IV, покоління та розробки і впровадження перспективних джерел випромінювання для соціально значущих промислових радіаційних ресурсозберігаючих технологій і ядерної медицини.

Зміни стану речовини під дією високодозового опромінення впливають на перенесення випромінювання в ній. Ці зміни виражаються в нелінійній залежності виходу радіаційних ефектів від флюенсу та дози опромінення, однак не враховуються в лінійній теорії перенесення випромінювання.

Розроблена в НВК ВДЕРТ нова модифікація багатоцільового 4D-коду RaT 3.1 реалізує удосконалені алгоритми моделювання нелінійних дозових ефектів методом Монте-Карло і дозволяє ефективно вирішувати нелінійні задачі перенесення випромінювань різних видів у гетерогенних середовищах, розраховувати індуковану опроміненням еволюцію їх параметрів у часі та її узгоджений вплив на перенесення випромінювання.

Новий код верифіковано на модельних точно розв'язуваних задачах формування і поширення в матеріалі нелінійних хвиль густини (див. Рис. 1). За його допомогою вперше розглянуто нелінійні явища в умовах надкритичного переходу у воді під електронним опроміненням на прискорювачі ЛУЕ-10 ННЦ ХФТІ і показано, що перехід води у надкритичний стан може мати характер автомодельної нелінійної хвилі густини і температури (див. Рис. 2).

Рисунок 1 – Результати аналітичних розрахунків динаміки нелінійної хвилі швидкості R зміни густини водоподібного середовища під опроміненням первинними фотонами з енергією 100 кеВ (ліворуч) у порівнянні з результатами їх моделювання методом Монте-Карло кодом RaТ 3.1 (праворуч) при різних значеннях параметра α нелінійності модельного рівняння стану середовища

Рисунок 2 – Просторово-часові залежності густини (а) і температури (б) води в околиці надкритичного переходу, викликаного електронним пучком прискорювача. Моделювання методом Монте-Карло

Розроблений код може ефективно застосовуватися при вирішенні багатьох актуальних задач радіаційного матеріалознавства ядерних енергетичних систем нового покоління та оптимізації ядерних і радіаційних технологій. Наприклад, це:

розрахунки профілів вигорання перспективних нейтронопоглинаючих матеріалів, у тому числі випадково-дисперсних;

моделювання вторинних ефектів радіаційного пошкодження та напрацювання гелію в нікельвмісних конструкційних реакторних матеріалах;

моделювання нелінійної хвилі ядерного горіння у перспективному реакторі Феоктістова-Теллера (TWR);

оптимізація процесів виробництва джерел випромінювання для екологічних гамма-радіаційних технологій і медичних ізотопів на прискорювачах заряджених частинок різних типів і в підкритичних системах;

моделювання процесів іонної імплантації металів, сплавів, напівпровідників і наноструктур до високих доз.