Methodology for modeling the spread of radioactive substances in case of an emergency release at a nuclear power plant

Abstract

The methodology for modeling the propagation of accidental releases of radionuclides from a power unit of a nuclear power plant has been developed. The calculation method takes into account the most critical factors propagation cloud ─ wind direction and speed, the intensity of the release radionuclides change: semi-continuous release, long-term release, instantaneous release. Diffuse processes and the presence of interference in the form of buildings were also taken into account. To solve the modeling equation of the aerodynamic model, the velocity potential equation is solved. The use of this equation instead of the traditional Novier-Stokes equation makes it possible to rationalize the calculation process in terms of the speed obtaining simulated data. To build a numerical model, a rectangular difference grid is used. The velocity potential and the quantities values of volumetric activity are determined at the centers of difference cells. The value of the airflow velocity vector component is determined on the sides of the difference cells. A finite-difference splitting scheme is used for numerical integration of the equation convective-diffusion transfer radionuclides. A computer code was developed on the basis of the constructed numerical model, the programming language Fortran was used. The approach used makes it possible to reduce the time for obtaining one scenario of an accident development. The cloud propagation dynamics determining is carried out almost in real time. This allows you to quickly respond to changing situations and make adequate decisions.

Розроблено методологію моделювання поширення аварійних викидів радіонуклідів енергоблока атомної електростанції. Розрахунковий апарат враховує найбільш критичні чинники поширення хмари ─ напрямок і швидкість вітру, зміну інтенсивності викиду радіонуклідів: напівнеперервний викид, тривалий викид, митт євий викид. Також враховані дифузійні процеси і наявність перешкод у вигляді будівель. Для рішення моделюючого рівняння аеродинамічної моделі розв'язується рівняння потенціалу швидкості. Застосування цього рівняння замість традиційного рівняння Нов'є Стокса дозволяє раціоналізувати процес розрахунків з точки зору швидкості отримання модельованих даних. Для побудови чисельної моделі використовується прямокутна різницева сітка. Потенціал швидкості та значення величин об'ємної активності визначається у центрах різницевих комірок. Значення компонент вектора швидкості повітряного потоку визначається на сторонах різницевих комірок. Для чисельного інтегрування рівняння конвективно- дифузійного переносу радіонукліїдів використовується кінцево-різницева схема розщеплення. На базі побудованої чисельної моделі розроблено комп'ютерний код, мова програмування – Fortran. Застосований підхід дозволяє скоротити час отримання одного сценарію розвитку аварії. Визначення динаміки поширення хмари здійснюється практично у режимі реального часу. Це дозволяє оперативно реагувати на зміну ситуації й приймати адекватні рішення.