Московский физико-технический институт совместно с американской стороной разработал точный метод расчёта сейсмостойкости АЭС

В последнее время Центр научных коммуникаций Московского физико-технического института (МФТИ) сообщил, что российские и американские исследователи совместно разработали метод, позволяющий точно рассчитывать сейсмостойкость атомных электростанций, учитывающий неоднородную структуру железобетона, включая наличие отдельных арматурных стержней внутри стен и купола. Новый метод помогает повысить безопасность АЭС за счёт учёта различий в воздействии разных типов сейсмических волн на железобетон.

Ведущий научный сотрудник МФТИ Алёна·Фаворская (Alena Favorskaya) заявила, что в исследовании металлическая арматура явно выделяется как неоднородность расчётной области, а не осредняется; сеточно-характеристический метод (grid-characteristic method) на декартовых и криволинейных сетках позволяет произвольно задавать геометрию объекта, изменять коэффициент армирования и тип сейсмической нагрузки, одновременно корректно рассчитывая многократные отражения упругих волн внутри конструкции. Учёные отмечают, что после аварии на АЭС «Фукусима-1» (Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant) в 2011 году повышение сейсмостойкости АЭС стало ключевым вопросом ядерной безопасности; высокая стоимость стендовых испытаний побуждает получать информацию путём компьютерного моделирования.

Как известно, ранее результаты расчётов были недостаточно точными, поскольку характер взаимодействия продольных волн (longitudinal wave) и поперечных волн (transverse wave) с бетоном и сталью существенно различается, а арматура в бетоне часто играет роль отражателя волн, создавая многократные отражения, которые ранее недостаточно учитывались. Для этого исследователи применили сеточно-характеристический метод и разделили модель на два типа сеток в соответствии с геометрией различных компонентов АЭС, что позволило сэкономить вычислительные ресурсы без снижения точности расчётов. Используя этот метод, учёные создали три компьютерные модели железобетонной АЭС с различным коэффициентом армирования и проследили воздействие двух типов сейсмических волн.

Расчёты выявили различия в характере воздействия сильных и слабых землетрясений на фундамент АЭС, а также показали, что разрушения, вызываемые продольными и поперечными волнами, имеют различные особенности. Например, поперечные волны разрушают фундамент на большей площади, однако для целостности реакторного отсека более опасны продольные сейсмические колебания. Как известно, понимание этих различий помогает проектировать более надёжные АЭС и вкладывать оптимальное количество ресурсов в строительство, тем самым повышая запас сейсмической безопасности ядерных энергетических объектов.