I. Общие положения
1. Положение о проведении верификации и экспертизы программных средств по направлению "Нейтронно-физические расчеты" (далее - Положение) входит в число руководств по безопасности, носит рекомендательный характер и не является нормативным правовым актом.
2. Настоящее Положение содержит рекомендации Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (далее - Ростехнадзор) по проведению верификации и экспертизы программных средств по направлению "Нейтронно-физические расчеты" (далее - ПС), применяемых при обосновании и (или) обеспечении безопасности объектов использования атомной энергии (далее - ОИАЭ), включая рекомендации по разработке и экспертизе отдельных разделов отчета о верификации и обосновании ПС (далее - верификационный отчет ПС) и по разработке приложения к аттестационному паспорту ПС.
3. Термины и определения, используемые в настоящем документе, приведены в приложении N 1 к настоящему Положению и рекомендуются для употребления в верификационном отчете ПС и документах по экспертизе ПС по направлению "Нейтронно-физические расчеты".
II. Организация верификации и экспертизы программных средств
4. Результаты верификации, выполненной заявителем ПС, излагаются в верификационном отчете ПС. Верификационный отчет ПС рекомендуется выполнять в соответствии с установленными рекомендациями к составу и содержанию верификационного отчета ПС, применяемых при обосновании безопасности ОИАЭ. Верификационный отчет ПС разрабатывается таким образом, чтобы он содержал все разделы, предусмотренные этими рекомендациями. В случае, если авторы верификационного отчета ПС не включают материал по какому-либо разделу, соответствующее пояснение рекомендуется привести под номером этого раздела. Форма оглавления верификационного отчета ПС приведена в приложении N 2 к настоящему Положению.
5. Основные выводы верификационного отчета ПС представляются заявителем ПС в проекте аттестационного паспорта ПС и приложении к нему. Форма приложения к аттестационному паспорту ПС приведена в приложении N 3 к настоящему Положению.
6. Порядок проведения экспертизы ПС по направлению "Нейтронно-физические расчеты" определяется регламентом работы экспертного совета по аттестации ПС при Ростехнадзоре (далее - Совет), регламентом работы секции Совета по направлению "Нейтронно-физические расчеты" (далее - секция N 1) и регламентами других секций, если ПС проходит аттестацию по нескольким секциям Совета.
7. Результаты экспертизы содержатся в следующих материалах:
1) экспертных заключениях отдельных экспертов, назначаемых секцией N 1;
2) ответах разработчиков верификационного отчёта ПС на замечания экспертов;
3) протоколах совещаний экспертов с представителями разработчиков верификационного отчета ПС;
4) совместных экспертных заключениях нескольких экспертов (как правило, представляемых после совещания экспертов с представителями разработчиков верификационного отчета ПС);
5) протоколах (выписках из протоколов) заседаний секции N 1;
6) особых мнениях членов секции N 1;
7) протоколах (выписках из протоколов) заседаний Совета.
Если ПС проходит экспертизу на нескольких секциях Совета, то материалы подпунктов а), д) и е) дополняются соответственно заключениями экспертов, назначенных другими секциями, выписками из протоколов других секций и особыми мнениями членов других секций. Материалы экспертизы ПС оформляются в виде отдельного документа и предоставляются в Совет и заявителю ПС.
III. Рекомендации по методологии верификации программных средств
8. В настоящем разделе приведены общие рекомендации по методологии верификации ПС, применяемых в различных областях нейтронно-физических расчетов. Дополнительные рекомендации по методологии верификации ПС, предназначенных для расчета пространственно-энергетического распределения нейтронов и гамма-излучения, ПС-имитаторов работы активной зоны реактора, нейтронно-физических частей программ совместного нестационарного полномасштабного нейтронно-физического и теплогидравлического расчета режимов нарушения нормальных условий эксплуатации и аварий представлены в разделах IV, V, VI и VII настоящего Положения.
9. Методологию верификации ПС рекомендуется представить в разделе "Назначение и область применения ПС" верификационного отчета ПС. Методология включает в себя способы определения всех параметров и их погрешностей, перечисленных в пункте 2.6 приложения к аттестационному паспорту ПС. Параметры и способы определения их погрешностей в виде таблицы или группы таблиц рекомендуется представить в разделе "Матрица верификации" верификационного отчета ПС. Рекомендуется включать в пункт 2.1 приложения к аттестационному паспорту "Назначение и область применения ПС" только те параметры, погрешности которых определены в пункте 2.6 приложения к аттестационному паспорту.
10. Погрешности расчёта всех величин, входящих в пункт 2.6 приложения к аттестационному паспорту ПС, рекомендуется определять и обосновывать в разделе "Результаты верификации и обоснования" верификационного отчета ПС. Определение понятия погрешности, принятого разработчиком верификационного отчета ПС, рекомендуется приводить в этом разделе, а также в пункте 2.6 приложения к аттестационному паспорту ПС.
11. В качестве меры погрешности расчета рекомендуется использовать отклонения рассчитываемого параметра от измеренной величины, совокупности измеренных величин (подвергающихся первичной обработке), а также величины, рассчитанной по другому (аттестованному) ПС. Значение погрешности может являться результатом обработки отклонений рассчитанных величин от сравниваемых, в соответствии с определенными разработчиком верификационного отчета ПС алгоритмами (например, алгоритмами математической статистики и т.п.) и может характеризоваться принятыми при этом параметрами (например, средним квадратичным отклонением, доверительной вероятностью, доверительным интервалом и т.д.). При определении погрешности рекомендуется учитывать погрешность величины, с которой производится сравнение.
12. Рекомендуется оценивать методическую и константную компоненты погрешности ПС. Эти компоненты погрешности могут оцениваться как совместно, так и по отдельности.
13. Методическую компоненту погрешности, связанную с применяемым приближением при решении уравнения переноса, рекомендуется определять, используя само верифицируемое ПС, то есть, повышая порядок приближения уравнения переноса с использованием согласованного константного обеспечения.
14. Методическую компоненту погрешности численной реализации решения уравнения переноса рекомендуется определять, используя само верифицируемое ПС (например, путём увеличения числа пространственных точек, энергетических групп).
15. Оценку методической и константной компонент погрешности для инженерных ПС (пункт 23 настоящего Положения) рекомендуется выполнять путём сравнения результатов расчетов с соответствующими результатами, полученными по реперным ПС (пункт 22 настоящего Положения).
16. При оценке погрешности результатов расчетов сравнением с измеряемыми величинами рекомендуется установить соответствие рассчитанных и измеренных величин и использовать расчетное моделирование измерений. В процессе расчетного моделирования измерений описывается связь между непосредственно измеряемыми величинами и производными от них величинами, которые используются для сравнения с результатами расчёта.
17. При оценке погрешности путём сравнения расчетных величин с измеряемыми величинами рекомендуется установить и учитывать погрешность измеряемых величин. Информация о погрешности измеряемых величин и способах ее определения приводится в разделе "Описание экспериментальных установок и представление экспериментальных данных" верификационного отчета ПС. При верификации и экспертизе ПС рекомендуется сопоставить определение и величину погрешности расчёта тех же параметров по ранее аттестованным ПС. Для этой цели рекомендуется использовать в качестве официального источника базу данных по аттестационным паспортам ПС Федерального бюджетного учреждения "Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности" (далее - ФБУ"НТЦ ЯРБ").
18. При использовании статистической обработки для оценки погрешности рекомендуется в разделе "Результаты верификации и обоснования" верификационного отчета ПС обосновать правомерность статистической обработки и выбор статистического распределения, используя принятые для этого обоснованные подходы (например, принятые в математической статистике).
19. При использовании нормального распределения для оценки погрешности рекомендуется приводить обоснование его применимости, а также доверительную вероятность, доверительный интервал, уровень значимости и другие характеристики.
IV. Верификация и экспертиза программных средств, предназначенных для расчета пространственно-энергетического распределения нейтронов и гамма-излучения
20. В ПС расчета пространственно-энергетического распределения нейтронов и гамма-излучения, как правило, реализуется решение линейного уравнения переноса в различных приближениях.
21. При верификации и экспертизе этих ПС рекомендуется установить, для какого типа расчётов данное ПС предназначено:
1) нейтронно-физические расчеты ячейки или фрагмента активной зоны ядерного реактора с целью подготовки малогрупповых констант (сеточных коэффициентов) для ПС-имитаторов реактора и нейтронно-физических модулей динамических ПС;
2) нейтронно-физические расчеты фрагмента реактора или реактора в целом с целью разработки расчетных тестов для ПС-имитаторов реактора и ПС нейтронно-физического расчета, являющихся самостоятельными модулями динамических ПС;
3) расчеты распределения плотности потока нейтронов во фрагменте ядерного реактора или ядерном реакторе в целом для определения отдельных характеристик, таких как эффекты и коэффициенты реактивности, эффективность органов регулирования и т.д.;
4) расчеты плотности потока нейтронов и гамма-излучения с целью определения тепловых и радиационных характеристик, ослабления излучений в защите, а также флюенса нейтронов, воздействующих на конструкции реактора;
5) расчеты плотности потоков нейтронов и гамма-излучения с целью определения радиационных и тепловых характеристик, а также проверки выполнения критериев радиационной и ядерной безопасности хранилищ свежего и отработавшего ядерного топлива, средств долговременного хранения, бассейнов выдержки, перегрузочных устройств, средств транспортировки и других объектов ядерного топливного цикла (таких как системы, содержащие ядерные материалы и предназначенные для их переработки, изготовления ядерного топлива);
6) расчеты плотности потоков нейтронов и гамма-излучения в ячейке или фрагменте активной зоны с целью определения изотопного состава ядерного топлива в процессе выгорания при нахождении его в активной зоне и изменения изотопного состава в процессе ядерных превращений при нахождении его вне активной зоны;
7) расчеты других величин, являющихся функционалами решения уравнения переноса.
Указанные выше сведения рекомендуется приводить в пункте 2.1 приложения к аттестационному паспорту ПС.
22. ПС для решения однородного или неоднородного линейного уравнения переноса, погрешность которых в области применимости определяется только погрешностью используемых файлов оцененных ядерных данных (без учёта погрешности исходных технологических данных - например, геометрических размеров, материального состава), считаются реперными ПС. При этом файлы оцененных ядерных данных могут использоваться в расчете либо непосредственно, либо в виде библиотек, предусмотренных форматом ПС. В качестве библиотеки файлов оцененных ядерных данных рекомендуется использовать библиотеку РОСФОНД. В случае использования других библиотек файлов оцененных ядерных данных в верификационном отчете ПС и пункте 4 приложения к аттестационному паспорту ПС рекомендуется приводить соответствующие пояснения.
23. ПС, не являющиеся реперными, относятся к инженерным ПС. Инженерные ПС, реализующие решение уравнения переноса, могут иметь собственные библиотеки многогрупповых (или представленных в другом формате) констант, являющиеся неотъемлемыми частями ПС, либо могут использовать проблемно-ориентированные библиотеки констант, существующие в виде отдельных программных продуктов. Экспертиза и верификация инженерных ПС проводится совместно с упомянутыми библиотеками констант.
24. В разделе "Описание ПС" верификационного отчета ПС рекомендуется приводить сведения о наличии у библиотек файлов оцененных ядерных данных и проблемно-ориентированных библиотек констант, упомянутых в пунктах 22 и 23 настоящего Положения, сертификатов российских, зарубежных и международных организаций.
25. В разделе "Назначение и область применения ПС" верификационного отчета ПС рекомендуется указать, относится ли верифицируемое ПС к реперным или инженерным.
26. Верификацию реперных ПС рекомендуется проводить с использованием результатов бенчмарк-экспериментов (экспериментов реперного класса). Кроме того, рекомендуется проводить сравнение с результатами расчетов по аттестованным реперным ПС и верифицированным зарубежным ПС этого класса.
27. При верификации инженерных ПС рекомендуется проводить сравнение результатов расчетов непосредственно с результатами измерений, выполненных на ОИАЭ (с учётом оцененной погрешности этих измерений), сравнение с расчетами по реперным ПС, сравнение с расчетами по аттестованным инженерным ПС, с теоретическими оценками.
28. Определение погрешности, принятое при верификации инженерного ПС, приводится в разделе "Результаты верификации и обоснования" верификационного отчета ПС и кратко повторяется в пункте 2.6 приложения к аттестационному паспорту. Наряду с этим рекомендуется указать, как определена методическая компонента погрешности. Информация о ней приводится в пункте 6 приложения к аттестационному паспорту.
29. При верификации ПС для расчета малогрупповых констант (сеточных коэффициентов) рекомендуется проводить сравнение рассчитанных значений коэффициента размножения (собственного значения линейного уравнения переноса в используемом приближении), пространственно-энергетического распределения плотности потока нейтронов для ячеек или фрагмента реактора, эффектов и коэффициентов реактивности с соответствующими величинами, рассчитанными по реперному ПС.
30. При верификации ПС, рассчитывающих изотопный состав выгоревшего топлива, рекомендуется использовать опубликованные результаты определения изотопного состава топлива радиохимическими методами.
31. В основе реперных ПС расчета изменения изотопного состава топлива рекомендуется использовать аттестованные реперные ПС расчета пространственно-энергетического распределения нейтронов и справочные данные для цепочек ядерных превращений.
32. Для верификации и экспертизы ПС расчета пространственно-энергетического распределения нейтронов и гамма-излучения рекомендуется использовать следующие источники результатов экспериментов и измерений:
1) отечественные и зарубежные документированные банки и базы данных оцененных экспериментов, включая использованные при создании систем оцененных ядерных данных и верифицированных ПС;
2) оцененные в рамках выполнения международных проектов эксперименты и созданные на их базе расчетные тесты;
3) оцененные эксперименты и созданные на их базе расчетные тесты, использованные ранее при разработке верификационных отчетов аттестованных ПС;
4) опубликованные материалы по оцененным экспериментам и разработанным на их базе тестам;
5) международный справочник оцененных критических эталонных экспериментов по безопасности (International Handbook of Evaluated Criticality Safety Benchmark Experiments. NEA/NSC/DOC (95), 03 September 2003 Edition);
6) банк экспериментальных данных ФБУ "НТЦ ЯРБ";
7) эксперименты и подготовленные на их базе тесты, предложенные разработчиком верификационного отчета ПС.
Для упомянутых выше материалов в разделе "Экспериментальные установки и представление экспериментальных данных" верификационного отчета ПС рекомендуется приводить точные ссылки и подробную аннотацию, включающую погрешности экспериментов, а также сведения об их сертификации российскими, зарубежными и международными организациями. Для тестов, предложенных разработчиком верификационного отчета ПС впервые, рекомендуется приводить их подробное описание.
33. Для верификации и экспертизы ПС расчета пространственно-энергетического распределения нейтронов и гамма-излучения рекомендуется использовать следующие источники результатов расчетов:
1) отечественные и зарубежные системы расчетных тестов и их расчетные оценки по различным кодам, включая тесты, использованные при создании верифицированных ПС;
2) расчетные тесты и их расчетные оценки, разработанные в рамках выполнения международных проектов;
3) расчетные тесты и их расчетные оценки, использованные при разработке верификационных отчетов для ранее аттестованных ПС;
4) опубликованные расчетные тесты и (или) их оценки по различным ПС;
5) расчетные тесты, разработанные разработчиком верификационного отчета ПС специально для настоящей верификации.
Для упомянутых выше материалов в разделе "Описание расчетных тестов" верификационного отчета ПС рекомендуется приводить точные ссылки и подробную аннотацию, включающую погрешности расчетов тестов по различным ПС, а также сведения об их сертификации российскими, зарубежными и международными организациями.
Для тестов, предложенных разработчиком верификационного отчета ПС впервые, в разделе "Описание расчетных тестов" верификационного отчета ПС рекомендуется приводить подробное описание теста, допускающее его независимый расчет и оценку погрешностей, полученных в результате расчета величин.
V. Верификация и экспертиза программных средств-имитаторов работы активной зоны реактора
34. ПС-имитаторы реактора предназначены для обоснования эксплуатационной безопасности в период работы активной зоны с определенной загрузкой, либо для обоснования безопасности на определенный период для реакторов с непрерывной перегрузкой топлива. В результате расчётов по этим ПС показывается, что выполняются ограничения на параметры реакторной установки (далее - РУ), предусмотренные правовыми актами, федеральными нормами и правилами в области атомной энергии, нормами и правилами эксплуатирующей организации, в том числе регламентом безопасной эксплуатации РУ.
35. ПС-имитаторы реактора предназначены для расчетов параметров РУ, в основном, активной зоны в процессе выгорания топлива. В них рекомендуется включать ПС квазистационарного расчета активной зоны реактора и необходимые для этого расчета программы теплогидравлического расчета. Временную зависимость в ПС-имитаторе реактора рекомендуется включать для учета выгорания топлива, которое компенсируется уменьшением жидкого (борного) поглотителя в активной зоне или перемещением компенсирующих стержней. В ПС рекомендуется проводить моделирование работы РУ, в которых возникает изменение мощности в результате изменения концентрации ксенона в топливе (в процессе ксеноновых колебаний).
36. ПС, рассчитывающие теплогидравлические параметры РУ, могут являться неотъемлемыми частями ПС-имитаторов реактора либо отдельным программным продуктом. В последнем случае рекомендуется использовать ранее аттестованные ПС расчета теплогидравлических параметров РУ.
37. Нейтронно-физический расчет в ПС-имитаторе активной зоны реактора производится, как правило, в малогрупповом диффузионном приближении либо в других аналогичных приближениях. Для реализации расчета в ПС содержится библиотека малогрупповых диффузионных констант (сеточных коэффициентов) с их параметрическими зависимостями от необходимых для расчета величин.
38. Библиотека малогрупповых констант может являться неотъемлемой частью ПС либо отдельным программным продуктом, подготовленным с помощью специального ПС.
Рекомендуется проведение отдельной аттестации ПС подготовки малогрупповых констант в соответствии с рекомендациями раздела II настоящего Положения. Информация об этом приводится в разделе "Назначение и область применения ПС" верификационного отчета ПС и в пункте 4 приложения к аттестационному паспорту ПС.
39. Верификацию и экспертизу ПС-имитатора активной зоны реактора рекомендуется проводить совместно с используемыми в данном ПС аттестованными ранее ПС теплогидравлического расчета и библиотеками малогрупповых констант либо с соответствующими теплогидравлическими ПС и библиотеками малогрупповых констант, являющимися неотъемлемыми частями ПС-имитатора активной зоны реактора. Информацию об этом рекомендуется приводить в пункте 1 приложения к аттестационному паспорту ПС.
40. Для отдельных параметров, рассчитываемых по ПС-имитаторам работы активной зоны реактора (например, эффективность аварийной защиты, эффективность групп и отдельных органов регулирования системы управления и защиты, эффектов и коэффициентов реактивности), нормативно-техническими актами предусмотрены периодические измерения, выполняемые средствами, предусмотренными проектом РУ, и временно используемыми средствами, предназначенными для конкретного измерения, не предусмотренными проектом РУ. Для таких параметров, как распределение энерговыделения, температуры отдельных элементов (компонент) активной зоны, расхода теплоносителя предусматриваются постоянный контроль средствами системы внутриреакторного контроля и ПС для архивирования результатов измерений.
41. Для верификации ПС-имитаторов активной зоны реактора рекомендуется сравнение результатов расчёта и результатов измерений, выполненных на РУ (с учётом оцененных погрешностей этих измерений), сравнение со специально разработанными расчетными тестами, с расчетами по аналогичным ПС, причем предпочтение отдается ПС, аттестованным для расчетов данного реактора.
42. Для верификации ПС-имитаторов реактора рекомендуется разработка баз данных измеренных величин, подготовленных на основании периодических измерений параметров РУ, обработки архивов параметров РУ, измеряемых системой внутриреакторного контроля. Для входящих в базы данных параметров рекомендуется проводить расчетные оценки, полученные,
