Разработка новых методов, комплексов физических и математических моделей для решения проблем безопасного использования атомной и термоядерной энергии, инновационных ядерных энерготехнологий и ядерного топливного цикла, комплексной утилизации и вывода из эксплуатации ядерно- и радиационно-опасных объектов, реабилитации радиационно-загрязненных территорий, обращения с РАО на основе фундаментальных исследований явлений, рабочих процессов и свойств материалов с использованием вероятностно-детерминистических методов.

Цель предлагаемого исследования состоит в: Разработке физических моделей неклассических процессов переноса, возникающих при захоронении радиоактивных отходов в геологических средах. Будет учтены реальные особенности строения геологических структур, состоящие, в частности, в резком контрасте в распределении их транспортных характеристик и возможном присутствии коллоидных частиц; Создании комплексных математических моделей сопряженных процессов переноса, теплообмена и гидродинамики при утилизации радиоактивных отходов методом самопогружения в геологических породах с учетом теплового и проникающего радиационного излучения. Разрабатываемые модели будут учитывать неоднородный характер, как геологических пород, так и устройств с погружаемыми радиоактивными отходами; Исследовании динамики частиц с микроструктурой в произвольных полях микроскопического и макроскопического происхождения (сильных электрических, магнитных, инерциальных, гравитационных полях) и в произвольной физической среде, и разработке перспективных физических приложений (гравитационно-волновые детекторы нового типа; новые возможности удержания таких частиц), а также изучении физических процессов в сильно заряженных атомных кластерах (фуллерены; луковичные структуры); Разработке эффективных численных методик для определения напряженно-деформированного состояния защитных оболочек АЭС при воздействии аварийных нагрузок, включая максимальное расчетное землетрясение, с использованием метода суперэлементов, развитие новых численных методик по моделированию динамического воздействия на защитную оболочку реакторного отделения АЭС обрыва напряженного арматурного каната, а также анализ напряженно-деформированного состояния защитной оболочки АЭС при воздействии эксплуатационных, аварийных и сейсмических нагрузок, выполненный с использованием разработанных численных методик и метода суперэлементов для случаев максимально допустимого и минимально допустимого уровней обжатия ЗО системой преднапряжения; Разработке комплекса математических моделей термо-механических явлений в твэле, позволяющих численно моделировать процессы теплопередачи, деформирования, накопления механических повреждений и разрушения, протекающих в твэлах с урановым оксидным топливом реакторных установок на тепловых нейтронах в стационарных и переходных режимах нормальной эксплуатации и в случае ее нарушения; Разработке методов и алгоритмов расчёта термодинамичеcких свойств расплава компонентов активных зон и продуктов деления реакторного топлива, разработка моделей и программ расчета распределения продуктов деления и остаточного тепловыделения в металлической и оксидной фазах расплава, разработка моделей нестационарного поведения продуктов деления в расплаве, включая унос с поверхности, выхода продуктов деления из двухслойного расплава, эволюции расслоенного состояния расплава в окислительной атмосфере. Будет построена асимптотическая теория неклассического переноса радионуклидов в режиме диффузии-адвекции в неоднородной среде без ограничительных условий. Будет построена теоретическая модель переноса радионуклидов с учетом концентрационной и тепловой конвекции в резко контрастных геологических средах с разным уровнем насыщения. Будет построена асимптотическая теория неклассических процессов переноса примеси в резко контрастной среде в присутствии заградительного барьера с учетом крупномасштабных неоднородностей. Будет разработана математическая модель поведения газожидкостных включений в галитах под действием высоких градиентов температуры для задач изоляции радиоактивных отходов. Будет разработан программный комплекс для моделирования процессов «самопогружения» и изоляции радиоактивных отходов в галитах учетом наличия газожидкостных включений. Будет тестирован, верифицирован и развит программный комплекс для моделирования процессов «самопогружения» и изоляции радиоактивных отходов в галитах с учетом наличия газожидкостных включений. Будут выработаны критерии построения калибровочных моделей частиц со спином и обобщенных законов сохранения, изучены физические процессы в многочастичных системах, включая фуллерены и магнитные скирмионы. Будут разработаны новые эффективные методы исследования физических систем со спином и орбитальным угловым моментом во внешних полях, протестирована их применимость в физике высоких и средних энергий, будут исследованы конкретные процессы в заряженных атомных кластерах. Будут разработаны новые методы в теории частиц со спином во внешних физических полях, установлено соответствие между классической и квантовой теориями. Будут разработаны методика и расчетная модель защитной оболочки с учетом физико-механических и деформационных характеристик материалов сооружения. В результате моделирования будут получены зависимости от времени динамического отклика (перемещений) наиболее нагруженных зон защитной оболочки от обрыва напряженного арматурного каната. Будет выполнен анализ динамического воздействия на защитную оболочку реакторного отделения АЭС обрыва напряженного арматурного каната. Будут разработаны расчетные методики и расчетные модели для оценки работоспособности датчиков контрольно-измерительной аппаратуры, установленных в теле защитной оболочки АЭС. Будут внедрены критерии механического разрушения, исследовано механическое поведение частично разрушенного твэла, а также поведение при несимметричных нагрузках. Интеграция моделей поведения продуктов деления. Апробация полной модели на расчётах реалистических состояний твэла в условиях нормальной эксплуатации, аварийных и переходных режимах. Будут экспертно выделены потенциально влияющие на результат моделирования входные параметры, их функции распределения и диапазоны варьирования. Проведены многовариантные расчёты с варьированием входных параметров. На основании статистической обработки полученных результатов получены толерантные интервалы для расчётных величин и рассчитаны их коэффициенты чувствительности к варьированию входных параметров. Модель расчета НДС и прочности бетонных заливок будет внедрена в трехмерную программу, проведена верификация на аналитических решениях и экспериментальных данных. Будут созданы: модель выхода продуктов деления из двухслойного расплава при нижнем положении оксидного слоя; модель эволюции расслоенного состояния расплава в окислительной атмосфере. Будет проведен расчетный анализ сценариев поздней фазы тяжелой аварии водо-водяного реактора. Будут разработаны: комплексная модель термохимического состояния двухфазного расслоённого расплава, учитывающая граничный теплообмен с окружающей атмосферой и корпусом реактора или устройства локализации; модель переноса тепла и компонентов расплава между слоями расплава, включая учёт изменения конфигурации слоёв внутри корпуса. Будет проведена верификация и сравнительный расчетный анализ реалистических сценариев поздней фазы тяжелой аварии водо-водяного реактора. Будет разработана модель перераспределения радиоактивных продуктов деления и остаточного тепловыделения в двухфазном расслоённом расплаве, включающая учёт изменения конфигурации слоёв расплава и оценку накопленной активности во времени. Модель будет внедрена в расчётный код, предназначенный для моделирования поздней фазы тяжёлых аварий водо-водяных реакторов, включая внутри- и внереакторную стадию и взаимодействие расплав-бетон. Будет проведена проверка на модельных задачах. Разработанная методика оценки выхода активности будет апробирована на типовых задачах взаимодействия расплав-бетон.