Нові методи та програмні засоби математичного моделювання протягом ряду років розробляються в НВК ВДЕРТ для підтримки радіаційних ресурсозберігаючих технологій [26–33(2006)].
У 2006 р. завершено розробку нової, третьої, версії багатофункціональної програми RaT моделювання методом Монте-Карло транспорту випромінювання та радіаційних ефектів у складних гетерогенних середовищах [26(2006),27(2006)]. Програма RaT заснована на відкритому вихідному коді бібліотек Geant4.8.0 (ЦЕРН) і забезпечує пов'язане статистичне моделювання електромагнітних та адронних процесів взаємодії випромінювань різних видів з речовиною, включаючи прецизійні моделі фотоядерних реакцій та керовані оціненими даними ENDF/B-VI методи моделювання переносу нейтронів з урахуванням S(α,β)-розгляду в тепловій області енергій. У коді RaT 3 реалізовано нові чотиривимірні (4D) методи Монте-Карло моделювання нестаціонарних ефектів опромінення [27(2006),28(2006)], а також подвійні методи Монте-Карло для моделювання переносу випромінювання у випадкових і параметризованих середовищах [29(2006),24(2006)]. Програма містить розвинуті засоби аналізу результатів моделювання та розрахунку перерізів і швидкостей різних вторинних процесів радіаційного впливу на матеріали, включаючи радіаційне пошкодження конструкційних матеріалів.
Такі можливості, цілком співставні з можливостями визнаних світових лідерів — кодів MCNP(X) (США) та MCU (Росія), — визначають широту областей застосування програми RaT 3 у дозиметрії, електрофізичних та γ-радіаційних технологіях, медичній фізиці (радіаційна терапія раку, виробництво медичних ізотопів), нейтроніці мультиплікуючих систем і радіаційному матеріалознавстві, що дозволяє розглядати її як прототип першого національного комп'ютерного коду для розрахункової підтримки атомної енергетики, ядерного паливного циклу та прикладних ядерних і радіаційних технологій.
У 2006 р. програма RaT застосована нами [29(2006)] для моделювання дозових ефектів гетерогенності та стохастичності розташування під опроміненням типових об'єктів радіаційної стерилізації — одноразових шприців. Однак основна увага приділялася дослідженню методами моделювання радіаційних властивостей нових джерел випромінювання для радіаційних і ядерних технологій [30–33(2006)]. Так, у розвиток комплексу робіт з проектування нових промислових джерел γ-випромінювання на основі радіонуклідів європію, проведених раніше у співпраці з ДНЦ РФ НДІАР (Росія), за допомогою коду RaT були виконані розрахунки [30(2006)] радіаційних полів (див. Рис. 1) та теплових режимів експлуатації і зберігання європієвих джерел оптимізованої конструкції при використанні в них сумішей ізотопів Eu-15x з максимально досяжною в умовах цілеспрямованого реакторного опромінення питомою активністю ~80 Кі/г. Було показано, що короткі (менше 100 еф. діб) строки нейтронної активації європію до граничної активності роблять такі джерела єдиними відновлюваними промисловими джерелами γ-випромінювання.
Рис. 1. Радіаційні поля потужності керми γ-випромінювання в повітрі для оптимізованої конструкції циліндричного γ-джерела з кобальтовим (ліворуч) та європієвим (праворуч) завантаженням активного сердечника.
Новим об'єктом досліджень у 2006 р. стали інтенсивно обговорювані в контексті розвитку ядерних технологій і матеріалознавства перспективні джерела нейтронів на основі керованих потужними прискорювачами електронів підкритичних збірок [31–33(2006)]. За допомогою коду RaT 3 вперше в ННЦ ХФТІ виконано детальні розрахунки нейтронно-фізичних характеристик модельної підкритичної (keff = 0,98) системи (див. Рис. 2), керованої пучком електронів з енергією 100 МеВ і потужністю на нейтроновиробляючій мішені 100 кВт. У колаборації з НТК ЯЦЦ ННЦ ХФТІ ці розрахунки були підтверджені порівнянням з даними незалежного моделювання сертифікованими органами ядерного регулювання кодами MCNPX 2.4 і SCALE5.
 |
 |
 |
| (а) | (б) | (в) |
| Рис. 2. 3D-модель підкритичної збірки для коду RaT 3 (а) та отримані в результаті моделювання просторові розподіли густини потоку нейтронів (б) і потужності (в) у збірці на рівні нейтроновиробляючої мішені. | ||
Засобами коду RaT 3 також вперше вдалося розрахувати характеристики первинного радіаційного пошкодження матеріалів, опромінених у дослідницькому каналі такої збірки, і дослідити методами 4D-моделювання нестаціонарні ефекти осциляцій нейтронних потоків і потужності, стрибків температури матеріалів і термоупругих напружень в елементах конструкції підкритичної системи при використанні як її драйвера імпульсного прискорювача електронів.