Розробка інтерактивного тренажерного комплексу для симуляції розвитку аварії на Чорнобильській АЕС

Abstract

Розглянуто процес створення математичної моделі та інтерактивного комп’ютерного тренажера-симулятора, призначених для відтворення динаміки розвитку аварії на Чорнобильській АЕС. Основною метою дослідження є ідентифікація ключових фізичних факторів, які призвели до катастрофічного розгону реактора, з подальшим використанням результатів моделювання у навчальних і дослідницьких цілях. У рамках роботи було реалізовано комплексну інтегровану модель, яка охоплює нейтронну кінетику з урахуванням запізнілих нейтронів, змін реактивності через паровий ефект та переміщення регулюючих стрижнів, баланс концентрації ксенону-135, а також теплогідравлічні характеристики активної зони. Симуляція реалізована за допомогою чисельних методів інтегрування з адаптивним часовим кроком, що дозволило відтворити деталі аварійного процесу з високою точністю. Візуалізація динаміки параметрів, таких як потужність, температура, тиск і положення стрижнів, виконана за допомогою веб-бібліотеки з частотою оновлення 60 кадрів за секунду. Верифікація моделі показала відповідність результатів історичним даним із точністю понад 93% для основних параметрів, включаючи момент досягнення пікової потужності та значення температури й тиску. Порівняльний аналіз із наявними літературними джерелами засвідчив, що запропонований підхід має переваги над класичними одновимірними моделями, які не враховують комбіновану дію кількох фізичних факторів. Практична цінність розробки полягає у створенні ефективного навчального інструменту для підготовки оперативного персоналу АЕС, що дозволяє аналізувати критичні сценарії, виявляти ефективні точки втручання та вивчати наслідки помилкових дій. Обмеженням моделі є відсутність просторового розподілу параметрів у реакторі та спрощення термогідравлічних залежностей, що планується врахувати в подальших дослідженнях.The process of creating a mathematical model and an interactive computer simulator designed to reproduce the dynamics of the Chernobyl accident is considered. The main goal of the study is to identify the key physical factors that led to the catastrophic acceleration of the reactor, with the subsequent use of the modeling results for educational and research purposes. As part of the work, a comprehensive integrated model was implemented that covers neutron kinetics taking into account delayed neutrons, changes in reactivity due to the steam effect and movement of control rods, the balance of xenon-135 concentration, as well as the thermal hydraulic characteristics of the core. The simulation was implemented using numerical integration methods with an adaptive time step, which allowed us to reproduce the details of the accident process with high accuracy. The dynamics of parameters such as power, temperature, pressure, and rod position were visualized using a web library with an update rate of 60 frames per second. Verification of the model showed that the results correspond to historical data with an accuracy of over 93% for the main parameters, including the moment of peak power and the values of temperature and pressure. Comparative analysis with available literature sources showed that the proposed approach has advantages over classical one-dimensional models that do not take into account the combined effect of several physical factors. The practical value of the development lies in creating an effective training tool for training NPP operational personnel, which allows analyzing critical scenarios, identifying effective intervention points and studying the consequences of erroneous actions. The limitation of the model is the lack of spatial distribution of parameters in the reactor and the simplification of thermohydraulic dependencies, which is planned to be taken into account in further research.