Студенты Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) активно привлекаются к тестированию кодов, которые позволяют моделировать процессы функционирования разных элементов атомной станции во время проектирования объектов ядерной энергетики. О том, почему современная атомная энергетика не может обойтись без новых кодов РИА Новости рассказал доктор физико-математических наук, заместитель директора Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ Георгий Тихомиров.
Инженеры-физики и смоделированная реальность
НИЯУ МИФИ имеет 75-летний опыт подготовки инженеров-физиков для атомной отрасли. Это образование органично сочетает физико-математическую подготовку с инженерными компетенциями. Физико-математическая база за время существования вуза практически не поменялась. Что касается инженерной подготовки – здесь сильно возросла роль моделирования. Если 40-60 лет назад инженер-физик должен был сначала собирать экспериментальную сборку, и уже на ней проверялись какие-то физические аспекты, то сейчас во время проектирования экспериментальной установки активно используется моделирование. Это позволяет собирать и оптимизировать те объекты в виртуальном пространстве, которые раньше собирались в железе. Для этого разрабатываются компьютерные программы или так называемые коды для моделирования различных физических процессов.
Следуя логике образовательного процесса, можно себе представить, что каждое следующее поколение инженеров-физиков будет значительно лучше владеть технологиями моделирования и создания объектов в дополненной реальности. После этой трансформации инженеры-физики в области ядерных технологий будут востребованы еще многие десятилетия. Потому что от кодов моделирующих физические процессы в ядерных установках легко перейти к кодам, моделирующим физические процессы в других объектах.
Коды сокращают бюджет
В последние годы НИЯУ МИФИ включился в очень важную деятельность – независимое тестирование кодов. Эти коды нужны для того, чтобы сократить затраты на проектирование объектов ядерной энергетики, – например, ядерных реакторов. Моделирование с помощью этих кодов позволяет добиться необходимого уровня безопасности, не тратя деньги на строительство опытных образцов.
Такие коды есть во всех областях проектирования. Один из самых известный кодов такого класса – ANSYS, он используется для обоснования безопасности прочностных режимов в автопроме и авиастроении. Сначала моделируется образ будущего изделия и только после этого создается реальный прототип. Коды, которые разрабатываются в рамках моделирования физических процессов ядерной энергетики, – одни из самых сложных. Например, можно понять, как ведет себя ТВЭЛ (тепловыделяющий элемент — главный конструктивный элемент активной зоны гетерогенного ядерного реактора) в активной зоне при разных режимах. Или как работает атомная станция в обычном режиме. Физические процессы в атомной отрасли специфичны, поэтому нужны и особые коды. У каждой страны эти коды свои.
В России мы часто сталкиваемся с недоработками в плане удобства использования кода. Часто бывает, что специалист разработал код, но пользоваться им может только он. Если ты пишешь программу которая нужна только тебе, – то не обращаешь внимание на документацию, на тестирование всех возможных областей использования, не обращаешь внимание на сервис, техподдержку, поэтому код и работает только в руках разработчика. Студенты и сотрудники НИЯУ МИФИ разработали процедуру независимого тестирования кодов на предмет "отчуждения" программы от создателя.
Главное "очеловечить" код
Разработанная процедура позволяет оценить код, пропустив через руки студентов и преподавателей НИЯУ МИФИ. Нужно, чтобы он соответствовал ряду характеристик. На данный момент сформулированы требования к таким программам и разработаны тестовые задачи. Для каждого кода они свои. Всего таких кодов десятки. Только проект "Прорыв" требует использования порядка двадцати кодов (проект "Прорыв" предусматривает создание ядерных энерготехнологий нового поколения на базе замкнутого ядерного топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах).
Студенты стремятся сделать коды лучше, "очеловечить" их. Для нас абсолютно ясно, что за профессией тестировщика кодов в атомной отрасли– будущее. Ведь если написана какая-то компьютерная программа для миллионов людей, через месяц разработчик программы получит десяток писем с указанием уязвимостей. А что, если программой пользуются всего несколько человек? Ведь по статистике менее одного процента реальных пользователей дают полезную "обратную связь".
Можно ли было спасти Фукусиму?
Если бы были протестированы все, даже практически невозможные, сценарии поведения энергоблоков АЭС "Фукусимы" в результате внешних воздействий, то реальные последствия аварии можно было бы смягчить.
После того, как катастрофа случилась, с помощью моделирования довольно быстро были предсказаны практически все последствия развития аварии.
Следует особо подчеркнуть, что при аварии на АЭС "Фукусима" друг на друга наложились совершенно невиданные до этого явления: землетрясение магнитудой 9 баллов; цунами с волной 13 метров (до этого ни разу в истории станции не было волн высотой более 7 метров); все 4 блока были отрезаны от электричества (это казалось практически невозможным).
Поэтому в наших интересах научиться работать с кодами, моделировать как можно больше разных цепочек, которые могут привести к авариям. Именно коды помогают обосновывать безопасность, помогая выбрать оптимальное решение и поведение в процессе развития аварии.