Введение. Кафедра информатики и вычислительной техники

Кафедра информатики и вычислительной техники

ВЫПУСКНАЯ РАБОТА

по дисциплине

«ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

на тему

«Применение информационных технологий при моделировании АЭС»

Студент магистратуры

Руденков Ивантон Владимирович

ГУО «Институт подготовки научных кадров» Национальной академии наук Беларуси

Руководитель выпускной

работы от кафедры ___________________________

^(Ф.И.О.)

___________________________

^{(подпись)}

Рецензент ___________________________

^(Ф.И.О.)

Минск

2014

Перечень принятых сокращений.................................................................... 4

Введение........................................................................................................... 5

Глава 1. Обзор информационных технологий в моделировании ядерных процессов на АЭС.................................................................................................................. 7

1.1 Современные информационные технологии в моделировании АЭС.. 7

1.2 Техническое обеспечение информационных технологий в моделировании ядерных явлений.......................................................................................................... 7

1.3 Программное обеспечение информационных технологий при моделировании ядерных явлений........................................................................................... 7

1.4 Информационное обеспечение информационных технологий при моделировании ядерных явлений на АЭС............................................................................. 7

Глава 2. Программные комплексы для моделирования поведения АЭС...... 9

2.1 Прецизионные коды.............................................................................. 10

2.1.1 MCNP.............................................................................................. 11

2.1.2 MCU-PD.......................................................................................... 14

2.1.3 Serpent............................................................................................. 15

2.2 Теплогидравлические программы....................................................... 16

2.2.1 DYN3D............................................................................................ 16

2.2.2 ATHLET.......................................................................................... 18

2.3 Общая оценка кодов............................................................................. 19

Глава 3. Технология MPI, её реализации и применение на суперкомпьютерах и кластерах........................................................................................................ 21

3.1 MPI........................................................................................................ 21

3.2 Кластеры и суперкомпьютеры в моделировании................................ 22

Глава 4. Моделирование поведения АЭС в стационарном режиме с помощью MPI и Wolfram Mathematica..................................................................................... 24

4.1 Постановка задачи................................................................................ 24

4.2 Описание методики расчета K_eff........................................................... 24

4.3 Применение MPI для расчета............................................................... 29

4.4 Анализ полученных данных................................................................ 30

4.5 Краткие выводы из исследования........................................................ 31

Заключение..................................................................................................... 33

Список использованных источников............................................................ 34

Приложение А................................................................................................ 36

Приложение Б................................................................................................ 37

Перечень принятых сокращений

АЭС — атомная электростанция

ТВЭЛ — тепловыделяющий элемент

ТВС — тепловыделяющая сборка

ВВЭР — водо-водяной энергетический реактор

Введение

В современных условиях моделирование поведения АЭС проводится в различных условиях и при различных состояниях. В основном, объектом исследований являются поведения реактора в случаях, отличных от стационарного состояния или близких к нему состояний(квазистационарных).

Моделирование может проводится как для отдельных ТВС или ТВЭЛ, или части ядра реактора или даже для всего реактора, включая оболочку, т.н. полномасштабное моделирование (т.н. англ. Full scale modelling). Полномасштабное моделирование применяется для ситуаций, когда изначально нет однозначного ответа на вопрос о том, в каком месте моделируемого реактора требуется изучение выходных данных, или модель не обладает симметрией или же требуется учитывать некоторые специфические условия, вроде неравномерности заполнения ядра реактора или неоднородности материала, из которого состоит реактор.

Время, затраченное на моделирование, как и ресурсы доступной вычислительной системы, также влияет на выбор метода и способа моделирования. Если есть ограничения на ресурсы, то модель как можно сильнее упрощают, стараясь по возможности наиболее эффективно использовать симметрию и доступные приближения при расчете модели. Очень часто при моделировании ядра реактора создают не полномасштабную модель, а сектор в 30-60 градусов (в зависимости от симметрии), на границах сектора с другими секторами ставя зеркальные условия (полное отражение при пересечении границы секторов). Это позволяет упростить модель при создании, а значит, и время расчетов, но требует учитывать граничные условия и сопутствующие ограничения и погрешности модели.

Различают и методы моделирования: аналоговые и неаналоговые (ускоренной сходимости) – (метод весовых окон, энергетических окон, важных ячеек (англ. importance) и т.д. Аналоговое моделирование используется в случаях, когда методы ускоренной сходимости неприменимы или их применение сопряжено с большими трудностями. Методы ускоренной сходимости применяются в ситуациях, когда обычный аналоговый расчет неприемлем по техническим причинам.

По всем этим причинам при моделировании АЭС применяются методы Монте-Карло, позволяющие хоть и с погрешностью, но оценить поведение реактора, причем эти методы полностью распараллеливаются, т.е. нет жестких ограничений по количеству узлов и затраты на обмен данными растут очень медленно, что позволяет значительно ускорить расчет, а значит, и увеличить точность при том же затраченном времени.

Кроме того, поскольку довольно накладно ставить эксперименты, обычно перед запусками АЭС проводятся все необходимые расчеты работы теплогидравлических и энергетических систем, что позволяет оценить примерную нагрузку на сеть и периферию АЭС.