Mokslininkai Jungtinėse Valstijose neseniai sukūrė galingą naują skaitmeninę bandymų platformą – reaktorių fizikos modeliavimo ir simuliacijos programinę įrangą „Griffin“. Šis įrankis gali reikšmingai paspartinti pažangių branduolinių reaktorių kūrimą.
Naujoji platforma leidžia tiksliai prognozuoti įvairių tipų reaktorių veikimą. Ji sukurta bendradarbiaujant „Idaho National Laboratory“ (INL) ir „Argonne National Laboratory“ (ANL) specialistams.
Tyrėjų komandos teigimu, ši sistema suteiks inžinieriams galimybę beprecedenčiu tikslumu modeliuoti sudėtingą reaktorių elgseną. Dėl to sumažės brangių prototipų poreikis ir sutrumpės ilgi bandymų ciklai.
„Griffin“ gali modeliuoti daugelį procesų, vykstančių realiai veikiančiame reaktoriuje“, – sako dr. Changho Lee, pagrindinis branduolinės energetikos inžinierius „Argonne“ laboratorijoje. – „Tai daug arčiau realių sąlygų, kai aukšta temperatūra, slėgis ir neutronų srautas atšiaurioje reaktoriaus šerdies aplinkoje keičia kurą ir konstrukcines medžiagas.“
Naujosios platformos galimybės
„Griffin“, kurią naudoja branduolinės energetikos tyrėjai, reguliuotojai ir pramonės atstovai, yra 2025 m. „R&D 100“ apdovanojimą pelniusi programinė įranga. Ji modeliuoja pagrindinius procesus reaktoriaus viduje: neutronų pernašą, šilumos srautus, kuro kanalų elgseną ir medžiagų įtempius.
„Šią sistemą naudoti pigiau ir saugiau, ji leidžia išnagrinėti daugybę skirtingų scenarijų“, – pabrėžia Lee. „Griffin“ sukurta remiantis apdovanojimus pelniusia „MOOSE“ (angl. „Multiphysics Object Oriented Simulation Environment“) platforma.
Tokia architektūra leidžia „Griffin“ susieti darbą su kitais „MOOSE“ pagrindu veikiančiais kodais, skirtais terminių skysčių dinamikai, termochemijai ir termomechanikai. „Ji sukurta taip, kad galėtų sąveikauti su kitomis fizikinėmis sritimis „MOOSE“ aplinkoje ir už jos ribų“, – aiškina dr. Josh Hanophy, INL tyrėjas, kuriantis spinduliuotės pernašos metodus.
Sistema vienoje platformoje integruoja neutroniką, šiluminius-hidraulinius procesus, konstrukcijų mechaniką, medžiagų elgseną ir kuro darbo charakteristikas. Tai įmanoma dėl tiesinio Boltzmanno pernašos lygčių sprendiklio, kuris tiksliai aprašo sudėtingą spinduliuotės elgseną reaktoriaus šerdyje.
Skaitmeninis reaktoriaus „dvynys“
„Griffin“ seka izotopų pokyčius ir padeda įvertinti, kaip laikui bėgant kinta kuras bei kaip tai veikia reaktoriaus darbą. Ji prognozuoja neutronų sąveikas, pasitelkdama branduolinius duomenis ir mašininį mokymąsi, o skaičiavimus spartina suteikdama galimybę rinktis tarp greitesnių, mažesnio tikslumo ir lėtesnių, didelio tikslumo modelių.
Dėl didelio detalumo ir lankstumo, pritaikomo skirtingiems reaktorių tipams, sistema geba fiksuoti fizinius pokyčius: tankio kitimą, medžiagų senėjimą, matmenų pokyčius, izotopinės ir cheminės sudėties variacijas. Todėl „Griffin“ galima taikyti projektuojant ir analizuojant rutulinių kuro granulių (angl. pebble bed) reaktorius, prizminius aukštatemperatūrius reaktorius, lydytųjų druskų, natrio ir švino aušinamus reaktorius, mikroreaktorius bei kitus pažangius konceptus.
„Griffin“ taip pat buvo naudojama kuriant branduolines sistemas NASA reikmėms, o tai parodė jos vertę kosmoso ir Mėnulio misijoms. Tarp tokių projektų – branduolinės terminės pavaros raketos, mikroreaktoriai paviršiaus energijai Mėnulyje ir Marse, taip pat įrenginiai, tiekiantys šilumą ir elektrą erdvėlaiviams bei nuotolinėms stotims.
Pavyzdžiui, dirbant su DARPA programa „Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations“ (DRACO), „Griffin“ padėjo modeliuoti glaudžiai susietą fizikinę sistemą branduolinėje raketoje, kuri ateityje galėtų reikšmingai sutrumpinti kelionių trukmę Saulės sistemoje.
Platformos lankstumas apima ir termobranduolinės sintezės tyrimus: ji gali modeliuoti neutronų sąveikas veisimo apvalkaluose, kuriuose gaminamas tritis – būtinas kaip kuras ateities sintezės elektrinėms.
„Griffin“ tikslas – iš esmės pakeisti branduolinės energetikos ateitį, sujungiant pažangų skaičiavimo potencialą ir gilų mokslinį supratimą. Tai kelias į saugesnę ir efektyvesnę energetikos ateitį“, – apibendrina buvęs INL tyrimų ir plėtros mokslininkas dr. Javieras Ortensi.
