Подход к оценке флюенса нейтронного излучения в воздухе при возникновении самоподдерживающейся цепной ядерной реакции деления в водных растворах ядерных делящихся материалов

РЕЦЕНЗИЯ

Рассмотрена доработанная редакция статьи «Подход к оценке флюенса нейтронного излучения в воздухе при возникновении самоподдерживающейся цепной ядерной реакции деления в водных растворах ядерных делящихся материалов», а также ответы авторов на замечания, высказанные при первичном рецензировании.

Статья посвящена актуальной для предприятий ядерного топливного цикла задаче прогнозирования радиационной обстановки при аварии с возникновением самоподдерживающейся цепной реакции деления (СЦР). Актуальность темы не вызывает сомнений: подавляющее большинство известных инцидентов данного типа произошло с ёмкостями, содержащими водные растворы делящихся материалов, а основную опасность для персонала в таких ситуациях представляет дозовая нагрузка от смешанного гамма-нейтронного облучения. Авторами предложен подход к оценке флюенса нейтронного излучения в воздухе рабочей зоны от модельного источника, представляющего собой ёмкость с водным раствором диоксида урана.

Название статьи отражает её содержание. Аннотация структурирована, содержит постановку задачи, описание использованного аппарата, основные результаты и указание области применимости. В доработанной редакции статья дополнена англоязычными заголовком, аннотацией и ключевыми словами.

Методология работы основана на моделировании переноса нейтронов методом Монте-Карло с использованием программного пакета GEANT4. Для расчёта функции модельного источника авторами разработана итерационная методика определения пространственного распределения плотности делений в объёме раствора с учётом утечки нейтронов и отражения от окружающих сред, критерием остановки итераций служит расхождение плотностей делений в двух последовательных поколениях не более 5 %. Полученный спектр нейтронов утечки аппроксимирован линейной комбинацией трёх нормированных функций, описывающих области замедления, деления и переходную область, после чего выполнен расчёт спектральных распределений плотности потока нейтронов в бесконечной воздушной среде на расстояниях от 10 до 150 м от источника.

К основным результатам работы можно отнести:

– разработку итерационной методики расчёта функции модельного источника нейтронов, образующегося при СЦР в водном растворе ядерного делящегося материала, с использованием пакета GEANT4;

– построение математической модели спектра нейтронов утечки в виде композиции спектров замедления, деления и переходной области с определением параметров модели;

– анализ трансформации формы спектра нейтронов в воздухе с расстоянием и обоснование того, что на расстояниях 100–150 м форма спектра меняется слабо, что позволяет считать усреднённые по спектру константы взаимодействия с воздухом приближённо неизменными;

– получение коэффициентов аппроксимации зависимости флюенса нейтронов от расстояния до источника в приближении односкоростной модели переноса, пригодной для оперативного прогнозирования радиационной обстановки.

Статья написана строгим техническим языком, терминология используется корректно, структура работы логична, выводы соответствуют полученным результатам. Графический материал наглядно иллюстрирует изменение компонент спектра нейтронов с расстоянием и согласие результатов моделирования с предложенной аналитической зависимостью.

Отдельно следует отметить качество работы авторов над замечаниями первичного рецензирования. Все четыре замечания рассмотрены по существу, ответы аргументированы, а текст статьи переработан в соответствии с ними:

– уточнена цель работы, которая теперь сформулирована как разработка подхода к оценке флюенса и выполнение такой оценки, что устранило прежнее несоответствие между заявленными дозовыми последствиями и содержанием раздела результатов; введение дополнено обоснованием практического назначения работы как элемента экспресс-метода локализации источника СЦР и расчёта доз облучения персонала;

– введение и раздел «Инструменты и методы» дополнены анализом расчётных инструментов, применяемых для моделирования критичности и переноса излучения, с сопоставлением возможностей пакетов MCNP6 и GEANT4 и обоснованием выбора последнего; список литературы расширен соответствующими источниками;

– обоснована представительность рассмотренного примера: приведены данные о том, что известные аварии с возникновением критичности происходили с делящимся материалом в растворе или суспензии в ёмкостях неблагоприятной геометрии, вследствие чего рассмотренный случай является наиболее характерным, а сам источник корректно представлен как пример применения предложенной методики;

– в текст добавлены сведения о достоверности аппроксимации зависимости флюенса от расстояния.

Представляется, что статья качественно доработана. Вместе с тем остались отдельные замечания, носящие мелкий, редакционный характер.

а) Утверждение о возможности использования полученных значений флюенса совместно со спектральным распределением для оценки доз облучения персонала, приведённое авторами в ответах на замечания, целесообразно подкрепить в тексте статьи ссылкой на источник коэффициентов перехода «доза – флюенс» – Публикацию 116 МКРЗ, оформив её подстрочной сноской либо позицией списка литературы.

б) В разделе «Инструменты и методы» приведено обоснование выбора программного пакета GEANT4, однако не указано, по каким ядерно-физическим данным выполнялись расчёты. Следует дополнить текст сведениями об использованной версии пакета, применённом наборе физических моделей и библиотеке оценённых нейтронных данных (с указанием версии), поскольку в задачах переноса нейтронов эти сведения определяют воспроизводимость результатов.

Замечания а) и б) не затрагивают существа полученных результатов и устраняются редакционной правкой.

Учитывая вышеизложенное, считаю, что статья «Подход к оценке флюенса нейтронного излучения в воздухе при возникновении самоподдерживающейся цепной ядерной реакции деления в водных растворах ядерных делящихся материалов» представляет собой завершённое научно-практическое исследование, соответствующее профилю и уровню журнала, и рекомендуется к публикации в журнале «Глобальная ядерная безопасность» после устранения замечаний а) и б).

Рецензент:

к.т.н., доцент кафедры атомной энергетики

ВИТИ НИЯУ МИФИ                                                  А.А. Лапкис