Новые методы и программные средства математического моделирования на протяжении ряда лет разрабатываются в НПК ВИЭРТ для поддержки радиационных ресурсосберегающих технологий [26–33(2006)].
В 2006 г. завершена разработка новой, третьей, версии многоцелевой программы RaT моделирования методом Монте-Карло транспорта излучения и радиационных эффектов в сложных гетерогенных средах [26(2006),27(2006)]. Программа RaT основана на открытом исходном коде библиотек Geant4.8.0 (ЦЕРН) и обеспечивает связанное статистическое моделирование электромагнитных и адронных процессов взаимодействия излучений различных видов с веществом, включая прецизионные модели фотоядерных реакций и управляемые оцененными данными ENDF/B-VI методы моделирования переноса нейтронов с учетом S(α,β)-рассмотрения в тепловой области энергий. В коде RaT 3 реализованы новые четырехмерные (4D) методы Монте-Карло моделирования нестационарных эффектов облучения [27(2006),28(2006)], а также двойные методы Монте-Карло для моделирования переноса излучения в случайных и параметризованных средах [29(2006),24(2006)]. Программа содержит развитые средства анализа результатов моделирования и расчета сечений и скоростей различных вторичных процессов радиационного воздействия на материалы, включая радиационное повреждение конструкционных материалов.
Такие возможности, вполне сопоставимые с возможностями признанных мировых лидеров — кодов MCNP(X) (США) и MCU (Россия), — определяют широту областей применения программы RaT 3 в дозиметрии, электрофизических и γ-радиационных технологиях, медицинской физике (радиационная терапия рака, производство медицинских изотопов), нейтронике мультиплицирующих систем и радиационном материаловедении, что позволяет расценивать ее в качестве прототипа первого национального компьютерного кода для расчетной поддержки атомной энергетики, ядерного топливного цикла и прикладных ядерных и радиационных технологий.
В 2006 г. программа RaT применена нами [29(2006)] для моделирования дозовых эффектов гетерогенности и стохастичности расположения под облучением типичных объектов радиационной стерилизации — одноразовых шприцов. Однако основное внимание уделялось исследованию методами моделирования радиационных свойств новых источников излучения для радиационных и ядерных технологий [30–33(2006)]. Так, в развитие комплекса работ по проектированию новых промышленных источников γ-излучения на базе радионуклидов европия, проведенных ранее в сотрудничестве с ГНЦ РФ НИИАР (Россия), с помощью кода RaT были выполнены расчеты [30(2006)] радиационных полей (см. Рис. 1) и тепловых режимов эксплуатации и хранения европиевых источников оптимизированной конструкции при использовании в них смесей изотопов Eu-15x с предельно достижимой в условиях целенаправленного реакторного облучения удельной активностью ~80 Ки/г. Было показано, что короткие (менее 100 эфф. сут.) сроки нейтронной активации европия до предельной активности делают такие источники единственными возобновляемыми промышленными источниками γ-излучения.
Рис. 1. Радиационные поля мощности кермы γ-излучения в воздухе для оптимизированной конструкции цилиндрического γ-источника с кобальтовой (слева) и европиевой (справа) загрузками активного сердечника.
Новым объектом исследований в 2006 г. стали интенсивно обсуждаемые в контексте развития ядерных технологий и материаловедения перспективные источники нейтронов на базе управляемых мощными ускорителями электронов подкритических сборок [31–33(2006)]. С помощью кода RaT 3 впервые в ННЦ ХФТИ выполнены детальные расчеты нейтронно-физических характеристик модельной подкритической (keff = 0,98) системы (см. Рис. 2), управляемой пучком электронов с энергией 100 МэВ и мощностью на нейтроно-производящей мишени 100 кВт. В коллаборации с НТК ЯТЦ ННЦ ХФТИ эти расчеты были подтверждены сравнением с данными независимого моделирования сертифицированными органами ядерного регулирования кодами MCNPX 2.4 и SCALE5.
 |
 |
 |
| (а) | (б) | (в) |
| Рис. 2. 3D-модель подкритической сборки для кода RaT 3 (а) и полученные в результате моделирования пространственные распределения плотности потока нейтронов (б) и мощности (в) в сборке на уровне нейтроно-производящей мишени. | ||
Средствами кода RaT 3 также удалось впервые рассчитать характеристики первичного радиационного повреждения материалов, облучаемых в исследовательском канале такой сборки, и исследовать методами 4D-моделирования нестационарные эффекты осцилляций нейтронных потоков и мощности, скачков температуры материалов и термоупругих напряжений в элементах конструкции подкритической системы при использовании в качестве её драйвера импульсного ускорителя электронов.