Mokslininkai Jungtinėse Valstijose neseniai sukūrė galingą naują skaitmeninę bandymų platformą – reaktorių fizikos modeliavimo ir simuliacijos programinę įrangą „Griffin“, kuri gali žymiai paspartinti pažangių branduolinių reaktorių kūrimą.
Šis naujoviškas įrankis leidžia tiksliai prognozuoti įvairių tipų reaktorių veikimą. Jis sukurtas bendradarbiaujant „Idaho National Laboratory“ (INL) ir „Argonne National Laboratory“ (ANL) specialistams.
Bendra tyrėjų komanda teigia, kad ši platforma suteiks inžinieriams galimybę beprecedenčiu tikslumu modeliuoti sudėtingą reaktorių elgseną. Taip sumažės poreikis brangiems prototipams ir ilgiems bandymų ciklams.
„„Griffin“ gali modeliuoti daugelį procesų, vykstančių realiai veikiančiame reaktoriuje“, – sako dr. Changho Lee, pagrindinis branduolinės energetikos inžinierius „Argonne“ laboratorijoje. – „Tai yra daug arčiau realių sąlygų, kai aukšta temperatūra, slėgis ir neutronų srautas atšiaurioje reaktoriaus šerdies aplinkoje keičia kurą ir konstrukcines medžiagas.“
Naujosios platformos galimybės
„Griffin“, naudojama branduolinės energetikos tyrėjų, reguliuotojų ir pramonės atstovų, yra 2025 m. „R&D 100“ apdovanojimą pelniusi programinė įranga. Ji modeliuoja pagrindinius procesus veikiančio reaktoriaus viduje: neutronų pernašą, šilumos srautus, kuro kanalų elgseną ir medžiagų įtempius.
„Ši sistema yra pigiau ir saugiau eksploatuojama, ji leidžia išnagrinėti daugybę skirtingų scenarijų“, – pabrėžia Lee. „Griffin“ sukurta ant apdovanojimus pelniusios „MOOSE“ (angl. „Multiphysics Object Oriented Simulation Environment“) platformos pagrindo.
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, spinduliuotės pernašos metodų kūrimo tyrėjas INL.
Sistema modeliuoja branduolinį reaktorių vienoje platformoje integruodama neutroniką, šiluminius-hidraulinius procesus, konstrukcijų mechaniką, medžiagų elgseną ir kuro veikimo charakteristikas. Tai įmanoma dėl tiesinio Boltzmanno pernašos lygčių sprendiklio, kuris tiksliai aprašo sudėtingą spinduliuotės elgseną reaktoriaus šerdyje.
Skaitmeninis reaktoriaus „dvynys“
„Griffin“ seka izotopų pokyčius, padėdama įvertinti, kaip laikui bėgant kinta kuras ir kaip tai veikia reaktoriaus darbą. Ji prognozuoja neutronų sąveikas pasitelkdama branduolinius duomenis ir mašininį mokymąsi bei spartina skaičiavimus, leisdama tyrėjams rinktis tarp greitesnių, mažesnio tikslumo ir lėtesnių, didelio tikslumo modelių.
Dėl didelio techninio detalumo ir lankstumo skirtingų tipų reaktoriams sistema geba užfiksuoti fizinius pokyčius, tokius kaip tankio kitimas, medžiagų senėjimas, matmenų pokyčiai, izotopiniai ir cheminiai sudėties pokyčiai. Todėl „Griffin“ galima taikyti projektuojant ir analizuojant rutulinių kuro granulių (pebble bed) reaktorius, prizminius aukštatemperatūrius reaktorius, lydytųjų druskų, natrio ir švino aušinamus reaktorius, mikroreaktorius ir kitus pažangius konceptus.
„Griffin“ taip pat buvo naudota kuriant branduolines sistemas NASA reikmėms, kas parodė jos vertę kosmoso ir Mėnulio misijoms. Tarp tokių projektų – branduolinės terminės pavaros raketos, mikroreaktoriai branduolinei paviršiaus energijai Mėnulyje ir Marse, taip pat įrenginiai, tiekiantys šilumą ir elektrą erdvėlaiviams bei nuotolinėms stotims.
Pavyzdžiui, dirbant su DARPA programu „Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations“ (DRACO), „Griffin“ padėjo modeliuoti glaudžiai susietą fizikinę sistemą branduolinėje raketoje, kuri ateityje galėtų reikšmingai sutrumpinti kelionių laiką Saulės sistemoje.
Platformos lankstumas apima ir termobranduolinės sintezės tyrimus – ji gali modeliuoti neutronų sąveikas veisimo (breeding) 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.
