day 1

1. РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
Институт проблем безопасного развития атомной энергетики
RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES
Nuclear Safety Institute (IBRAE)
Основные направления НИОКР в ИБРАЭ
Л.А. Большов
2012г.
Москва
www.ibrae.ac.ru 1

2. ИБРАЭ РАН создан после аварии на ЧАЭС
для фундаментальных исследований и независимого анализа
ядерной и радиационной безопасности
распоряжением СМ СССР № 2198р от 3 ноября 1988 г.

3. Основные научные направления
1. Безопасность объектов атомной энергетики
и промышленности.
2. Системный анализ проблем обращения
с РАО, ОЯТ, вывода из эксплуатации ЯРОО
и реабилитации территорий.
3. Экологическое воздействие объектов атомной
энергетики и промышленности на окружающую среду и
население.
4. Научные основы аварийного реагирования.

4. МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО
 IRSN
 CEA
 US NRC (RES, ERC)
 US DOE (NE, EM, NNSA, Labs)
 IAEA
 OECD/NEA
 SKB
 EPPR, Arctic Council
 JAIF, ASME
4

5. НИОКР в области создания инструментов анализа
безопасности
5

6. Описание
 Анализ безопасности ЛВР
 Разработка и В&В моделей и блоков
(термогидравлика (1D-3D), поведение топлива,
нейтроника, поведение аэрозолей, т.д.)
 Разработка и В&В интегрального
тежелоаварийного кода СОКРАТ
 Разработка и В&В интегральных кодов нового
поколения (ЭВКЛИД, КРОНОС, КОРАДО…)
 Верификация и разработка кода MELCOR (КЯР США)
 Анализ безопасности быстрых реакторов
 Разработка и В&В моделей и блоков
(термогидравлика (1D-3D), поведение топлива,
нейтроника, поведение аэрозолей, т.д.)
 Разработка и В&В интегрального
тежелоаварийного кода СОКРАТ-FR и кода
нового поколения ЭВКЛИД
6

7. Код СОКРАТ
СОКРАТ – система кодов для реалистического
анализа тяжелых аварий
 Разработка системы интегральных кодов началась
в 1995 году по запросу российских проектных
институтов для оценки безопасности АЭС с ВВЭР-
1000, возводимых в Китае и Индии.
 В 2010 году Российское агентство по ядерному
регулированию (Ростехнадзор) сертифицировало
код СОКРАТ для проведения анализа безопасности
ВВЭР реакторов
7

8. Использование кода «Сократ»
для расчетов РУ с ВВЭР
Балаковская АЭС (ВВЭР-1000/В320 блоки 1-4) АЭС Куданкулам (ВВЭР-1000/В412)
Общий вид РУ ВВЭР-1000 Нодализационная схема первого контура

9. Расчетное обоснование безопасности плавучего энергоблока с
реактором КЛТ-40С (совместно с ОАО "ОКБМ Африкантов" )
ДВУХКОНТУРНАЯ УСТАНОВКА С ВОДО-ВОДЯНЫМ
РЕАКТОРОМ, КОТОРЫЙ СОЕДИНЕН СИСТЕМОЙ
ПАТРУБКОВ «ТРУБА В ТРУБЕ»С ПАРОГЕНЕРАТОРАМИ
ЗМЕЕВИКОВОГО ТИПА И ЦИРКУЛЯЦИОННЫМИ
НАСОСАМИ ПЕРВОГО КОНТУРА
ОТПУСК ПОТРЕБИТЕЛЯМ:
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ - 20…70 МВт;
Расчетная схема ТЕПЛА - 50…140 Гкал/ч
корпуса реактора для кода СОКРАТ

10. Верификация кода SOCRAT-BN на BN-600
Схема BN-600 (реактор на Нодализация первичного
жидкометаллическом топливе) контура
10

11. Устройство локализации расплава – «ловушка»
Назначение: прием, локализация и захолаживание расплава при авариях c
разрушением активной зоны и корпуса реактора
Основные функции:
удержание днища корпуса
реактора при его отрыве или
пластическом деформировании
до момента выхода кориума из
корпуса, прием и размещение
кориума и материалов ВКУ,
теплоотдача от кориума к
охлаждающей воде и
гарантированное
захолаживание расплава до
его затвердевания,
обеспечение подкритичности
кориума в УЛР в процессе его
охлаждения, минимизация
выхода радиоактивных
веществ и водорода, защита
контейнмента и бетонной
шахты от термического и Расчетная схема
механического воздействия
Общий вид УЛР кориума. для кода СОКРАТ

12. Установка УЛР в Тяньване
(Китай)

13. Разработка и верификация кода MELCOR
 ИБРАЭ с 1992года был задействован в
разработке и валидации кода КЯР MELCOR (с
2003 года совместно с SNL)
 Работы по MELCOR в ИБРАЭ
 Перестройка кода из FORTRAN 77 в версию FORTRAN
95 – MELCOR 2.0
 Ввод CONVERTER (1.8.6 вводов в формат 2.0) и GUI-
интерфейс (графический пользовательский)
 Валидация и оценка кода
 Разработка и реализация новых моделей
 Совершенствование функционирования кода MELCOR
(решатели,параллелизация, оптимизация временного шага)
13

14. Международные стандартные тесты для валидации CFD кодов
в диапазоне параметров теплогидралики в ТВЭС, АЗ, ТВЭЛах
Re=104-105
Измеряемые в экспериментах
величины:
 Конвекция в полости с подвижной верхней
крышкой NRS - Средние скорости и
program Best Practice Guidelines (BPG) test 3d температура
convection in a lid-driven cavity flow
- Среднеквадратичное
 Течение с обратным уступом ERCOFTAC отклонение (rms) скоростей и
test case Backward-Facing Step (BFS) flow температуры
 ERCOFTAC Workgroups on multiphase flows:
experiments and simulation, ETH Zürich,
Switzerland, 2003 - Напряжения Рейнольдса
- Спектры
 Полностью турбулентное течение в круглой трубе
при высоких числах Re
Данные величины
ERCOFTAC-IAHR test case full turbulent flow of используются для
water in a round pipe over the Reynolds number range последующей валидации
4900-25000
разрабатываемого
 ERCOFTAC/IAHR/COST WORKSHOP ON
REFINED TURBULENCE MODELLING программного
OCTOBER 12-13, 2006, TECHNICAL обеспечения.
UNIVERSITY OF BERLIN, GERMANY
 Спонсируемый OECD эталонный CFD пример:
тепловая усталость в Т-образном соединении
OECD/NEA Sponsored CFD Benchmark Exercise:
Thermal Fatigue in a T-Junction
 Kick-Off Meeting, Paris, FRANCE, 20 May, 2009
14

15. Валидация CONV кода на задаче:
теплогдравлика в Т-соединении (T-junction)
Флуктуации u-компоненты скорости
На рисунке справа показана
расчетная геометрия для Горячий поток 0.35
моделирования T-junction 0.30
Predictions
Exp.
thermal mixing, а именно Т- 0.25
образное соединений труб.
urms/Ubulk
0.20
Особенностью является то, 0.15
что в горизонтальную трубу 0.10
с холодным потоком Холодный 0.05
вливается горячий поток из
поток
0.00
0 2 4 6 8 10
вертикальной трубы. x/D
Средняя скорость потока:U Напряжения Рейнольдса: uv
в сечении 1.6D в сечении 1.6D Результаты расчетов
хорошо согласуются с
Predictions
x/D=1.6 1.0 Exp.
1.0
Predictions
Exp.
экспериментом.
0.5
0.5
Что соответствует, а в ряде
0.0
случаев даже превосходит
z/R
0.0
z/R
по качеству работы
-0.5
-0.5
опубликованные в
-1.0
мировой литературе.
-1.0
0.00 0.05 0.10 0.15
0.0 0.5 1.0 1.5
2 2
U/Ubulk <u' >/U bulk

16. Применение CFD методов моделирования
атмосферного переноса
Представления
результатов
Поле концентрации

17. Моделирование топливных сборок СВБР (CONV3D)
Температура на поверхностях
твэлов и проволочной навивке (фрагмент сборки)
CFD расчет: сетка 100млн., 256 процессоров
на входе сборки: температура 420С, скорость 1.94 м/с
фрагмент расчетной геометрии сборки СВБР
с 4-х проволочной навивкой
Температура на поверхности отдельного твэла
Локальный максимум температуры на твэле под
проволочкой

18. Системный анализ заключительных стадий ЯЦ
18

19. Промводоемы ФГУП «ПО «Маяк»
оз. Иртяш Теченский каскад водоемов
Площадь, кв.км – 67,4
Объем, млн куб.м. – 358,0
Активность, тыс. Ки – 337,0
В-4
оз. Кызылташ
(В-2) В-3
В-10
Водоем В-9 («Карачай»)
Площадь, га – 11 В-11
Объем, млн куб.м. – 0,4
Активность, млн Ки – 120 В-17
В-9
Водоем В-17 («Ст. болото»)
Площадь, га – 14
Объем, млн куб.м. – 0,3
Активность, млн. Ки – 1,2
В-6
Задачи: прекращение поступления сбросных вод в Теченский каскад водоемов
и повышение уровня безопасности гидротехнических сооружений

20. Моделирование движения подземных вод
на ПО «Маяк»
Гидрогеологические задачи :
 Вероятность перелива из
резервуаров (накоплено 413 млн. м3
жидких отходов). В годы большого
выпадения осадков (2000-2003г.г.)
наблюдались опасные уровни в
водоемах.
 Перенос радионуклидов из озера
Карачай (накопленной активности до
120 млн. Ci).
 Отвод загрязненных вод в
окружающие каналы.
 Множество других ближайших
надповерхностных хранилищ РАО.
20 20

21. Построение модели среды на площадке
Hanford
Геостатистика, нейросеть, фрактальные методы описания среды
21

22. Структура ФЦП ЯРБ в мегапроектах
Объекты по переработке ОЯТ и РАО
Объекты хранения ОЯТ
1 Объекты хранения РАО
Объекты транспортирования ОЯТ и РАО
Вывод из эксплуатации объектов
2 Вывоз ОЯТ и опасных источников ИИ
Повышение безопасности объектов и территорий
Система учета и контроля
3 Система аварийного реагирования
Система мониторинга
4 Медико-технологическое обеспечение ЯРБ
Структурирование и оптимизация задач
5 обеспечения ЯРБ

23. Основные принципы закона
• Обязательность захоронения
• Лимиты хранения (сроки и объѐм промежуточного хранения)
• Финансовое обеспечение обращения с РАО за счѐт
производителя
Промежуточное Захоронение
хранение РАО РАО
(у производителя) (национальный оператор)
Предельный срок и объѐм хранения РАО
у производителя (определяется лимитами)
www.ibrae.ac.ru 23

24. Создание единой государственной системы
обращения с РАО
Stage 3
• Национальный
оператор
 Создание системы захоронения
• Тарифы на ВАО
захоронение
• Классификация РАО
 Перевод пунктов размещения
особых РАО в пункты
• Критерии консервации РАО
приемлемости
• Первичная Stage 2
регистрация РАО и
мест их размещения
Создание системы
захоронения НАО и САО
Stage 1
• Критерии отнесения
к РАО
 Разработка нормативной и • Удаляемые и
организационной основ особые РАО
Разработка локальных • Типы ПХ
стратегий
www.ibrae.ac.ru 24

25. Целевое состояние на 2015 год
 Корпоративная система вывода из эксплуатации ЯРОО, включающая:
 учѐт задач вывода из эксплуатации ЯРОО на всех этапах
его жизненного цикла;
 упорядоченные процедуры вывода ЯРОО из эксплуатации;
 информационную систему ВЭ, в т.ч. корпоративный
и интеграционный уровни, 15 локальных;
 ОДЦ (инжиниринговые центры);
 создание и применение типовых технологий;
 эффективное управление информацией,
ресурсами и инвестициями.
 Перевод практических работ по ВЭ на ОДЦ.
 Законодательное закрепление
финансового обеспечения
деятельности по выводу из эксплуатации.
 Механизмы аккумуляции средств на ВЭ.
 Вывод из эксплуатации 42 объектов. Фрагмент ИС ВЭ ЛАЭС
 Выход на зарубежный рынок услуг.
25

26. РАДИАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ И
АВАРИЙНОЕ РЕАГИРОВАНИЕ
26

27. ИБРАЭ в системе противоаварийного
реагирования
НЦУКС МЧС Технический кризисный центр СКЦ, Росатом
ИБРАЭ РАН
КЦ концерна Информационный
“Росэнергоатом” центр, Ростехнадзор
МЧС, Москва МЧС, МЧС, МЧС,
Курская область Архангельская область Мурманская область
27

28. Территориальная система радиационного мониторинга
и аварийного реагирования Мурманской области
Кольская АЭС КЦ ЭА
НЦУКС МЧС СЗРЦ МЧС СЦ
АП МЧС МО правительства МО
КЦ ГОЧС и ПБ
Роспром
Филиалы ФГУП СПД Кольской АЭС
«СЕВРАО»
Росгидромет
ЦСОИ МУГМОС
Нострадамус
СКЦ «Росатом»
КЦ ФГУП
«СЕВРАО»
ТКЦ ИБРАЭ РАН экспертная поддержка

29. Развитие территориальных АСКРО
(Госкорпорация «Росатом», МЧС России, Росгидромет, РАН)
Завершены работы в Мурманской
и Тверской областях.
С 2008 года ведутся работы в
Архангельской, Курской и Калужской
областях и в Москве.
Запланированы создание и развитие
территориальных АСКРО в:
- Воронежской области;
- Нижегородской области;
- Костромской области;
- Ленинградской области;
- Калининградской области;
- Чукотском автономном округе.
Работы ведутся в рамках ФЦП, территориальных
программ, международных проектов

30. Систем поддержки принятия решений при
радиационных авариях и инцидентах
НОСТРАДАМУС – программный комплекс оценки
радиационного воздействия на население в случае
радиационной аварии. В основе лежит лагранжева
траекторная стохастическая модель, сочетающая в себе
преимущества гауссового и траекторного подхода
30

31. Валидация НОСТРАДАМУСА и КОРАДО
Сравнение прогноза,
выполненного с помощью
НОСТРАДАМУСА и
радиоактивного загрязнения I-
131 при аварии на ЧАЭС
1.6E-6
C, ì -3
L
1.2E-6 R
Сравнение 8E-7 Du
результатов
расчетов с
помощью КОРАДО NSI
Объединенного 4E-7
городского E1
эксперимента 2003
года (Оклахома 0
сити) – 120 100 80 60 40
сотрудничество с
DOE
Интеграл приземной концентрации: E1
эксперимент, NSI –модель ИБРАЭ, R – Гауссова puff
модель (Дания), L – Лагранжева модель
(Германия), Du – Эйлерова модель (Германия).
31

32. Полномасштабные 3-D симуляторы и
реалистичные модели
Моделирование
Моделирование распространения радиоактивных
загрязнения на веществ в городской среде
промплощадке КалАЭС (Санкт-Петербург)
3D – симулятор для отработки действий персонала
радиационной разведки (транспортная авария)
32

33. Совершенствование систем радиационного
мониторинга и противоаварийного реагирования в
Архангельской области
Полномасштабные учения по противоаварийному
реагированию “Арктика-2011”: демонстрация
созданной системы в Архангельской области
Наблюдатели на учениях следили за действиями:
 Действиями персонала на площадке «Звездочки»;
 Работой различных Комиссий по ЧС;
 Эвакуацией детского сада в городе Северодвинске;
 Разведкой передвижных радиологических лабораторий;
 Видео-телеконференциями между различными участниками
противоаварийного реагирования на всех уровнях (включая видео-
телеконференции с ЦИАС МАГАТЭ)
33

34. Реагирование на аварию
на Японской АЭС «Фукусима-1»
У восточного побережья
Японии 11 марта 2011
произошло землетрясение
приведшее к образованию
цунами с высотой волны
до 15 метров.
Это стало причиной
возникновения аварийной
ситуации на целом ряде АЭС
Японии, расположенных на
восточном побережье. 4 3 2 1
На АЭС Фукусима Даичи
сложилась наиболее
тяжелая обстановка
34

35. Расчетный анализ аварии в 1–3 блоках
и 1–4 бассейнах выдержки ОЯТ (СОКРАТ)
Без учета подачи воды для охлаждения
Расчетное Фактическое
время взрыва время взрыва
(водорода для 1, 2, 4) (водорода для 1, 2, 4)
Блок 1 12.03 15:16 12.03 15:36
Превышение
давления в ЗО
Блок 2 15.03 06:14
15.03 05:45
Блок 3 14.03 08:00 14.03 11:01
Блок 4
(бассейн 15.03. 4:00-05:00 15.03. 6:00
выдержки)
Расчетная модель РУ BWR/3
для кода СОКРАТ
35

36. Моделирование атмосферного переноса с помощью ПС
«Нострадамус» с учетом подробных метеоданных на территории
Японии. Северо-Западный след.
Результаты моделирования
и данные мониторинга
- Моделирование
-Измерения АСКРО
-Мониторинг DOE
36

37. Гипотетический выброс 1 Mku Cs-137
Проинтегрированные по времени концентрации Максимальные концентрации в пятне
в верхнем перемешанном слое за 40 дней для в зависимости от расстояния до берега
мгновенного источника. (время дрейфа пятна –месяц).
Все сделано для мгновенного источника.
То же, что в предыдущем случае для источника с12-15 марта
“Neptun” ИБРАЭ
37

38. Выводы
Опора на науку при решении практических задач
безопасности позволяет:
A) Формировать стратегическое видение для
выработки:
 Требований безопасности,
 Базового законодательства и дорожной карты
по РАО,
 Стратегического мастер-плана по расчистке …
B) Создавать продукты:
 Компьютерные коды безопасности для отрасли
и регуляторов,
 Научно обоснованные нормы и правила,
 Системы мониторинга,
 Практичные системы реагирования и многое
другое …
38