О применениях параллельных вычислений в математическом моделировании тяжёлых аварий АЭС

Авария с потерей теплоносителя в реакторе типа ВВЭР достигает тяжелой фазы вследствие осушения активной зоны за счет остаточного тепловыделения накопленных продуктов деления, при недостаточном теплоотводе. Ядерное топливо плавит свое окружение, расплав перемещается, плавит корпус реактора и может выйти за его пределы.
Средства локализации и управления авариями основаны на их математических моделях, воплощенных в расчетных средствах – кодах. Результаты расчетов типовых сценариев тяжелой аварии лежат в основе одного из разделов общего отчета по обоснованию безопасности АЭС, необходимого для лицензирования АЭС. Принятие решений о приемлемости рассчитанных последствий аварии базируется на анализе рисков – более высокие экономические и др. издержки имеют меньшую вероятность. Это позволяет ограничить пессимизм исходных предположений о нагрузках на систему и снизить чрезмерные требования по противодействию им, но задает высокие требования к качеству численного моделирования – минимизация погрешностей моделирования и аппроксимации. Пределы совершенствования ставятся неопределенностями входных данных.
Подходы расчетных кодов основаны на моделях сплошной среды, сопряженных с разделами ядерной физики, термохимии и др. Разнообразие физики определяет выбор и аранжировку расчетных средств: комплексные расчеты АЭС как правило (хотя и не всегда) основаны на простых подходах и балансных 0D-1D моделях. Более сложные методы (многомерная вычислительная гидродинамика (CFD), нейтроника, механика твердого тела) обычно применяются в отдельных подзадачах, решаемых с разными целями. Потребности в параллелизации отдельных расчетов в случае, например, расщепления по отдельным явлениям, обычно невысоки. Эталонные задачи, например, CFD-калибровка моделей, могут потребовать большего, в зависимости от метода и требований к качеству эталона.
В многовариантных Монте-Карло (МК) расчетах сценариев аварийных событий потребности в количестве вычислительных ядер умножаются на количество вариантов ($\sim$100). Такие расчеты (анализ неопределенностей) проводятся для оценки чувствительности к вариации входных данных, отчасти – для оценок функции распределения целевого параметра(ров) и др.
В докладе, после краткого введения, упомянуты численные методы, применяемые для анализа тяжелых аварий в настоящее время, отмечены возможные уточнения, связанные с внедрением полиразмерных подходов, и естественные ограничения, связанные со сложностью процессов и неопределенностями входных данных. Охарактеризована методология, основанная на последовательном анализе рисков и систематическом применении МК расчетов для анализа безопасности АЭС, с вытекающими потребностями в вычислительных ресурсах.