Aplikácia metódy Monte Carlo v reaktorovej fyzike
Metóda Monte Carlo je štatistická výpočtová technika, ktorú už počas druhej svetovej vojny vyvinuli matematici Stanisław Ulam a John von Neumann v rámci projektu Manhattan. Názov tejto metódy odkazuje na známe kasíno v Monaku, čo poukazuje na jej princíp založený na náhodnosti. Podstatou metódy je simulovanie náhodných javov prostredníctvom opakovaných výpočtov využívajúcich výkonnú počítačovú techniku.
V jadrovej fyzike sa táto metóda používa na simulovanie transportu neutrónov v jadrovom reaktore. Namiesto riešenia zložitých transportných rovníc, metóda Monte Carlo virtuálne napodobňuje jednotlivé fázy života neutrónov – od ich vzniku cez zrážky a pohyb až po ich absorpciu či únik zo systému. Každý z týchto krokov je zaznamenávaný a následne štatisticky vyhodnocovaný.
Na Ústave jadrového a fyzikálneho inžinierstva STU FEI sa táto metóda používa prostredníctvom známeho výpočtového kódu MCNP® [1]. Tento softvér umožňuje detailné modelovanie transportných procesov neutrónov a ďalších častíc, ako sú gama fotóny, elektróny, protóny či alfa častice. Využíva sa pri detailných simuláciách reaktorov typu VVER-440, pri bezpečnostných analýzach skladovania a prepravy jadrového paliva, ako aj pri výpočtoch dozimetrov tlakovej nádoby reaktora.
Výskumní pracovníci ústavu spolupracujú s rôznymi partnermi, ako sú Slovenské elektrárne či VÚJE, a. s., pričom sa venujú aj praktickým aplikáciám metódy Monte Carlo v oblasti reaktorovej fyziky, bezpečnostných analýz a radiačnej ochrany [2].
Obr. 1: Výpočet rozloženia hustoty toku neutrónov v aktívnej zóne reaktora VVER-440
[1] MCNP, https://mcnp.lanl.gov/
[2] FARKAS, G. – LIPKA, J. – HAŠČÍK, J. – SLUGEŇ, V.: Computation of Ex-core Detector Weighting Functions for VVER-440 Using MCNP5. In: Nuclear Engineering and Design. Vol. 261, 2013. p. 226-231. ISSN 0029-5493.
