Сценарії аварій. Суперкомп’ютери допомогли змоделювати небезпечні процеси всередині ядерних реакторів

Про це пише видання Interesting Engineering.

У лабораторії Argonne дослідники застосовують високопродуктивні обчислення, щоб моделювати турбулентність — хаотичний рух газів і рідин. Саме ці процеси визначають, як передається тепло і як змішуються гази всередині реактора.

Читайте также: Не кава та не енергетик. Японські дослідники назвали напій, що допоможе підтримувати бадьорість і концентрацію протягом робочого дня

Для цього команда використовує відкриті комп’ютерні програми з обчислювальної гідродинаміки. Одна з них, Nek5000, працює на процесорах, а новіша система NekRS оптимізована для графічних процесорів. Це дозволяє виконувати складні симуляції значно швидше.

Інструменти адаптували для прогнозування критичних ситуацій, зокрема поведінки водню всередині захисної оболонки реактора. Саме накопичення водню стало однією з головних проблем під час аварії на АЕС«Фукусіма» у 2011 році.

Турбулентність зустрічається повсюди — від завихрень у чашці кави до потоків повітря навколо крила літака. Але в ядерному реакторі вона має критичне значення. Під час аварій те, як водень змішується з повітрям, може впливати на цілісність усієї захисної будівлі станції.

Старі комп’ютерні моделі часто спрощували ці процеси і не враховували дрібні, але сильні вихори, які змінюють рух тепла та газів. Нові моделі дозволяють бачити ці процеси значно точніше.

Щоб перевірити точність розрахунків, команда взяла участь у міжнародному експерименті PANDA. Дослідникам дали лише форму резервуара і початкові умови. Вони мали передбачити, як рухатиметься газ, не знаючи результатів експерименту. Модель змогла правильно відтворити реальний перебіг процесів.

Читайте также: Аналіз інтересів та цілей. Bumble тестує ШІ-помічника Bee, який підбиратиме пари без свайпів

Результати зацікавили Комісію з ядерного регулювання США. Регулятори працювали разом із дослідниками, щоб навчитися використовувати ці методи для перевірки складних даних про рух рідин і газів.

За словами обчислювального науковця Олександра Обабка, регуляторам потрібні інструменти, яким можна довіряти, особливо для рідкісних сценаріїв аварій, які складно перевірити експериментально.

Далі дослідження планують перенести на суперкомп’ютер Aurora — один із найпотужніших у світі. Завдяки використанню графічних процесорів розрахунки, які раніше тривали тижнями, можна виконувати за кілька днів.

Окрім підвищення безпеки, такі симуляції можуть зменшити витрати. Вони дозволяють замінювати дорогі фізичні експерименти цифровими моделями та пришвидшують погодження нових проєктів реакторів.

Дослідження проводять у межах програми Міністерства енергетики США з моделювання ядерної енергетики. У майбутньому команда планує додати до моделей штучний інтелект і машинне навчання, щоб ще швидше та точніше прогнозувати роботу реакторів.

Читайте также: Що робити, якщо повідомлення перестали приходити на ваш смартфон