Registration Number
0826U004457, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
03-09-2026
popup.evolution
o
Title
Modeling of the effects of re-criticality and "recurrent" criticality in water-uranium systems with low-enriched breeding medium
Author
Kostiantyn O. Sushchenko,
popup.head Sergii V. Klevtsov
popup.head Anatolii Nosovskyi
popup.opponent Valerii Zuiok
popup.opponent Volodymyr Pavlovych
popup.review Valerii I. Konshyn
popup.review Tymofii Bibik
popup.rada
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Description
Дисертацію присвячено вирішенню проблеми забезпечення ядерної безпеки системи Новий Безпечний Конфайнмент – Об’єкт «Укриття» (НБК-ОУ) при довготривалому зберіганні паливовмісних матеріалів (ПВМ), що утворилися внаслідок аварії на 4-му енергоблоці ЧАЕС у 1986 р. Ризики виникнення самопідтримної ланцюгової реакції (СЛР) пов'язані зі зміною температурно-вологісного режиму після встановлення НБК та наявністю скупчення ПВМ із критичною масою урану в зоні проплавлення опорної плити (ОП) шахти реактора. Ядерна небезпека зумовлена специфікою водо-уранових систем із низькозбагаченим розмножувальним середовищем, для яких характерні два значення критичності залежно від густини води. Повторна критичність досягається при надходженні води в сухе ядерно-небезпечне скупчення (ЯНС), а «зворотна» — при виході води з перезволоженого середовища ЯНС. Після встановлення НБК припинення доступу опадів спричинило втрату вологи та постійне зростання щільності потоку нейтронів (ЩПН) на периферії ЯНС, що підвищує ризик «зворотної» критичності.
У першому розділі наведено огляд модельних та експериментальних досліджень продуктів взаємодії розплаву палива з бетоном (ВРБ) коріумного походження. Сформовано уявлення про хімічний склад, структуру та геометрію ЯНС ПВМ. Оцінено нейтронно-фізичні параметри існуючої U-Si фізичної моделі та обґрунтовано необхідність використання нової версії хімічного складу ЯНС на основі продуктів ВРБ.
У другому розділі проаналізовано багаторічний моніторинг динаміки ЩПН у приміщенні 305/2 за період 1988–2023 рр., зокрема нейтронну аномалію 1990 р. Визначено вихідні дані для фізичної моделі ЯНС, уточнено її локалізацію в ОП та геометрію за результатами замірів температур і буріння свердловин.
У третьому розділі запропоновано сценарій аварійних процесів утворення розплаву палива і цирконію оболонок твелів (коріуму) в АЗ, його виходу на ОП та взаємодії з бетоном. На основі матеріально-енергетичного балансу сформовано вихідні дані для уран-цирконієвої моделі. Змодельовано динаміку ЩПН за допомогою системи диференційних рівнянь. Показано, що максимальна реактивність при «зворотній» критичності є більшою, ніж при повторній, через позитивний температурний коефіцієнт реактивності. Вдосконалено фізичну модель ЯНС через структуру еквівалентної гетерогенної комірки та розроблено алгоритм оцінки рівня підкритичності в коді MCNP6.
У четвертому розділі наведено розрахункові дослідження параметрів фізичної моделі (геометрія, маса, збагачення за 235U та 239Pu, хімічний склад, пористість, гетерогенність) у коді MCNP6. Отримано консервативні оцінки швидкості введення позитивної реактивності при втраті води. Розглянуто методи оперативного та превентивного запобігання досягненню аварійних рівнів підкритичності.
Наукова новизна одержаних результатів:
Вперше:
- розроблено алгоритм оцінки поточного та прогнозованого рівнів підкритичності ЯНС ПВМ в зоні проплавлення ОП у приміщенні 305/2 комплексу НБК-ОУ за допомогою ретроспективного аналізу моніторингу ЩПН, який враховує вплив сезонних коливань температури і вологості;
- виконано розрахунки в програмному коді MCNP6 уран-цирконієвої фізичної моделі ЯНС, яка порівняно з уран-силікатною дозволяє точніше оцінити її нейтронно-фізичні характеристики.
Вдосконалено:
- математичну модель для дослідження можливості виникнення, розвитку та властивостей СЛР в ПВМ об’єкту «Укриття» із врахуванням температурного ефекту реактивності;
- порівняно характер розвитку СЛР при повторній та зворотній критичності в ЯНС ПВМ.
Знайшли подальший розвиток:
- підходи до вибору діапазону параметрів критичності фізичної моделі ЯНС шляхом оптимізації вхідних даних для розрахунків;
- уран-цирконієва фізична модель ЯНС із використанням ширшого набору даних для розрахунку хімічного складу.
Ключові слова: Новий Безпечний Конфайнмент, ядерна безпека, реактивність, повторна критичність, «зворотна» критичність, моделювання, коріум, ядерне паливо, паливовмісні матеріали, самопідтримна ланцюгова ядерна реакція.
Registration Date
2026-08-10
popup.nrat_date
2026-08-10 / 2026-09-22
