Безопасный и долговечный метод утилизации радиоактивных отходов

Остекловывание — основной метод обращения с радиоактивными отходами (РАО). В его основе — перевод жидких радиоактивных отходов в стеклообразное состояние с помощью нагрева до высоких температур (более 1 000 °С) в специальных печах. Остекловывание позволяет значительно сократить объем отходов и получить форму РАО, устойчивую к воздействию факторов окружающей среды и пригодную для долговременного хранения. На сегодня эта технология является наиболее безопасным и долговечным методом утилизации отходов.
Специалисты «Центра компьютерного инжиниринга» СПбПУ впервые в инженерной практике разработали архитектуру мультидисциплинарной (мультифизической) цифровой модели печи остекловывания. Они провели анализ мирового опыта проектирования установок остекловывания высокоактивных радиоактивных отходов и совместно со специалистами заказчика определили проектные режимы работы, условия использования и разработали ключевой элемент цифрового двойника — матрицу требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. 
— Применение технологии цифровых двойников и разработка полномасштабной мультидисциплинарной цифровой модели с высоким уровнем адекватности реальному изделию и реальным физико-механическим процессам позволяют в значительной мере сократить натурные испытания промышленных конструкций за счет проведения цифровых испытаний на разработанных в процессе выполнения нашей работы виртуальных испытательных стендах и полигонах, снизить таким образом временные и финансовые издержки и оптимизировать уникальные технические характеристики сложнейшего и ответственного изделия, — объясняет проректор по цифровой трансформации Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, руководитель Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» СПбПУ Алексей Боровков.
Заказчик цифрового двойника — производственное объединение (ПО) «Маяк» (входит в госкорпорацию «Росатом») — предприятие по производству компонентов ядерного оружия, изотопов, хранению и регенерации отработавшего ядерного топлива, утилизации его и других радиоактивных отходов, в настоящее время разрабатывает новые установки остекловывания, включающие инновационные технические решения. Для обоснования инновационных решений должна быть решена система наукоемких мультидисциплинарных инженерных задач — здесь и электродинамика, и гидродинамика, и тепломассообмен, и, конечно же, все виды задач механики деформируемого твердого тела.
— Разработка печи остекловывания представляет для нас большой вызов, поскольку, с одной стороны, печь является сложным объектом для математического и компьютерного моделирования, с другой стороны, у нас возникает возможность применить передовые методы проектирования на -реальном объекте, — говорит ответственный исполнитель проекта, начальник отдела энергетического машиностроения инжинирингового Центра компьютерного инжиниринга СПбПУ Николай Ефимов-Сойни.
Разработка архитектуры высокоадекватной мультифизической цифровой модели печи остекловывания выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2016–2020 годы и на период до 2030 года».
— Мы ожидаем от внедрения данного подхода существенного ускорения процессов разработки, опытных и пусконаладочных испытаний оборудования, что должно снизить финансовые и временные издержки при модернизации технологических процессов на производстве. После успешной апробации технологии разработки цифрового двойника печи остекловывания, а также всех технологических и эксплуатационных режимов этот подход будет использован при модернизации других промышленных установок и технологических переделов, — говорит начальник исследовательской лаборатории Центральной заводской лаборатории ПО «Маяк» по обращению и кондиционированию радиоактивных отходов Павел Козлов.