Modeling the distribution of emergency release productsat a nuclear power plant unit

Abstract

Despite the fact that much attention is paid to the safe operation of nuclear power plants, there is a possibility of an accident with the release of radionuclides. This is especially true in Ukraine, where there is a threat of the damage to nuclear reactors as a result of military operations. It is impossible to research the distribution of products emergency releases radioactive substances in laboratory conditions. Therefore, the only tool for the development predicting of an accident is the modeling the spread of a radionuclides cloud. Thepurpose of the researchis a modeling the distribution of emergency release products in a nuclear power plant unit, suitable for the operative assessment of a development an accident. Results of the research: The mathematical model of the distribution emission products of a nuclear power plant has been developed, which takes into account the value of the initial activity of emission products, the rate of the settling radioactive particles, the wind speed components, the intensity changes radionuclide emission over time. The technique for solving the boundary value problem of modeling in conditions of a complex shape of the computational domain, taking into account the presence of obstacles to the spread of emission products has been developed. The use of the velocity potential equation in evolutionary form allows us to speed up the calculation process. The chosen splitting scheme of an alternating-triangular method allows to find the speed potential according to the explicit form at each splitting step. This allowed software implementation of the CFD model. The visualized models of the emission cloud distribution allow to determine the radiation situation in any place of the emission product distribution zone. The developed model makes it possible to quickly predict the development of an accident in space and time, which makes it possible to take measures to protect people from exposure in the shortest possibletime. Conclusions: The obtained emission cloud propagation models and their visualization make it possible to determine the state of environmental pollution under various initial conditions during the development of the accident. Не дивлячись на те, що безпечній експлуатації ядерних енергетичних установок приділяється багато уваги, існує ймовірність аварії з викидом радіонуклідів. Особливо це актуально в Україні, де існує загроза ушкодження ядерних реакторів внаслідок бойових дій. Дослідження розповсюдження продуктів аварійних викидів радіоактивних речовин у лабораторних умовах неможливо. Тому єдиним інструментом прогнозування розвитку аварії є моделювання розповсюдження хмари радіонуклідів. Метою дослідження є моделювання поширення продуктів аварійного викиду на енергоблоці атомної електростанції, придатного для оперативного оцінювання розвитку аварії. Результати дослідження: Розроблено математичну модель поширення продуктів викиду. Енергоблоку атомної електростанції, яка враховує значення початкової активності продуктів викиду, швидкість осіданняр адіоактивних часток, компоненти швидкості вітру, зміни інтенсивності викиду радіонуклідів з часом. Розроблено методику розв’язку крайової задачі моделювання в умовах складної форми розрахункової області, яка враховує наявність перешкод розповсюдженню продуктів викиду. Застосування рівняння потенціалу швидкості у еволюційному вигляді дозволяє пришвидшити процес розрахунків. Обрана схема розщеплення поперемінно-трикутного методу дозволяє на кожному кроці розщеплення знаходити потенціал швидкості за явною формою. Це дозволило здійснити програмну реалізацію CFD моделі. Візуалізовані моделі поширення хмари викиду дозволяють визначити радіаційну обстановку у будь-якому місці зони розповсюдження продуктів викиду. Висновки: розроблена модель дозволяє оперативно прогнозувати розвиток аварії у просторі і часі, що надає можливість у мінімальні терміни вжити заходи із захисту людей від опромінення. Ключові слова: моделювання; ядерна аварія; радіонукліди; прогнозування.