14 мая 2020

Российские специалисты развивают методологию комплексного обоснования безопасности объектов ядерного наследия и пунктов захоронения РАО

Рисунок 1. Совместное моделирование процессов, влияющих на долговременную безопасность

Разработка и внедрение отечественных расчетных средств, в том числе кодов или программ для ЭВМ, является в настоящее время одной из стратегических задач создания импортонезависимых российских технологий.

Расчетные исследования являются ключевым и зачастую единственным инструментом для выполнения оценок безопасности в области обращения с РАО. Это связано с тем, что из-за сложности рассматриваемых систем и количества влияющих на безопасность процессов в ряде случаев релевантные эксперименты либо в принципе невозможны, либо возможность получения экспериментальных данных требует большого количества времени и ресурсов.

Объективное увеличение количества объектов завершающих стадий ЯТЦ и планомерная гармонизация федеральной нормативной базы с международными требованиями и рекомендациями формирует запрос отрасли на современные программные средства, которые могут обеспечивать комплексное моделирование всех значимых особенностей, событий, процессов, оперативную адаптацию к вновь получаемым данным.

Обеспечение долговременной безопасности опирается на принцип многобарьерной защиты, и естественно, что комбинация функций безопасности, выполняемых отдельными барьерами, для каждого проекта оказывается в определенной степени уникальной. В рамках итеративного подхода в международной практике рекомендуется использование лучшего доступного решения (Best Available Techniques) – на ранних стадиях это обычно простые модели и уже готовые расчетные средства. Так, до недавнего времени у нас для задач обоснования радиационной и экологической безопасности в основном использовались зарубежные программные средства.

На более зрелых стадиях обоснования безопасности уже требуется более тщательное рассмотрение всех значимых факторов, и, следовательно – более точные исходные данные, интегральные модели, прецизионные расчетные средства. Кроме того, современная вычислительная техника и методы моделирования не стоят на месте, актуальные тренды включают в себя разработку детализированных трехмерных моделей для объектов и интеграцию с САПР, внедрение расчетных методов для оптимизации вычислительного процесса, проведение оценок на основе поступающих в реальном времени данных. В такой ситуации наиболее эффективно и гибко реализовать лучшие практики с учетом всей специфики каждого проекта возможно только в собственных разработках.

Необходимость учета этих тенденций в разработке программного обеспечения для задач обоснования долговременной безопасности была заложены в научно-исследовательской работе «Создание практической методологии комплексного обоснования безопасности объектов наследия, пунктов захоронения радиоактивных отходов, включая разработку и внедрение системы кодов и расчетно-прогностических комплексов», которая реализуется, начиная с 2016 г.

Разрабатываемая система формирует полный набор современных расчетных кодов (расчетно-прогностических комплексов или РПК) для обоснования безопасности, которые должны обеспечить совместное моделирование термо-гидро-механических, химических, биологических процессов, влияющих на долговременную безопасность (рисунок 1):

  • РПК «И» (FENIA): термомеханические процессы в упаковках РАО и ближней зоне ПЗРО
  • РПК «Б» (DESTRUCT): Инженерно-химические аспекты переноса радионуклидов в ближней зоне, включая инженерные барьеры
  • РПК «В» (RELTRAN): Распространение радионуклидов в газообразной форме
  • РПК «С» (CADAM): Перенос загрязнений в поверхностных водоемах
  • РПК «Д» (КОРИДА): Радиационные характеристики ЯРОО, РАО и ОЯТ
  • РПК «Г» (GeRaV.2): Перенос радионуклидов в различных геологических средах
  • РПК «Н» (MOUSE): Учет неопределенностей в процессе численного моделирования для всех перечисленных расчетных средств

Текущий статус позволяет утверждать, что по полноте учитываемых процессов разрабатываемая система кодов превосходит имеющиеся аттестованные программные средства, и поэтому задачи текущего этапа – расширение области их применения и внедрение современных тенденций и лучших практик расчетно-экспериментального обоснования безопасности.

Должны быть охвачены вопросы размещения, проектирования, сооружения, эксплуатации, реконструкции, закрытия, а также обращения с РАО (перевозка, кондиционирование, хранение, захоронение) в формате обоснования концептуальных решений на этапе предпроектных разработок, постоянно действующих моделей и цифровых двойников, а также инструментария периодической оценки безопасности на последующих этапах.

В части тенденций развития, первая из них связана с задачами с управлением информацией, данными и знаниями, которые сейчас в фокусе во многих научно-технических областях, но в случае объектов атомной отрасли потребность в соответствующих программно-технических решениях напрямую связана с обеспечением безопасности.

Другая тенденция состоит в консолидации трехмерных расчетных моделей, актуальных данных мониторинга, массивов исторических данных и так далее – т.е. информации по самым разным аспектам предметной области – в интегрированные системы поддержки принятия решений с современными интерактивными интерфейсами, в том числе с использованием технологий виртуальной и дополненной реальности.

И наконец, ключевой тренд, обусловленный как цифровой трансформацией атомной отрасли и экономики в целом, так и развитием суперкомпьютерных и сетевых технологий – это постепенная смена парадигмы позиционирования расчетных комплексов. Оно состоит в том, что расчетные коды из отчуждаемого от разработчика продукта, тем не менее, требующего настройки оборудования и ПО, обучения и технической поддержки, станут цифровым сервисом, который предоставляется по запросу удаленному пользователю. Возможность проведения объемных вариантных комплексов расчетов на единой суперкомпьютерной платформе, обеспеченной всеми необходимыми данными и сопровождаемой профильными специалистами высокого уровня, одновременно позволяет принципиальное повышение качества и такое же решительное сокращение расходов.

Таким образом, в обозримой перспективе система расчетных кодов и баз данных, формирующих практическую методологию (рисунок 2), должна обеспечивать высокотехнологичный сервис по расчетному обоснованию долговременной безопасности и оптимизации решений по захоронению РАО и выводу из эксплуатации. 

Рисунок 2. Система расчетного обоснования долговременной безопасности и оптимизации решений