3 декабря 2010

Рафаэль Арутюнян: о кодах, и не только о них

 

В Обнинске 26-28 октября 2010 года прошёл семинар "Нейтроника-XXI". На вопросы электронного издания AtomInfo.Ru любезно согласился ответить один из участников семинара первый заместитель директора ИБРАЭ д.ф.-м.н., профессор Рафаэль АРУТЮНЯН.

 

Коды нового поколения

Рафаэль Варназович, год назад мы брали интервью у Вашего коллеги Евгения Фёдоровича Селезнёва. В частности, поднималась тема разработки интегрированной системы кодов нового поколения для задач анализа и обоснования безопасности АЭС с БР и их замкнутых топливных циклов. Хотелось бы узнать, что делается в этом направлении.

Если по существу, то самое главное - наряду с программой развития атомной энергетики и ФЦП по ядерно-радиационной безопасности была принята программа создания новой ядерно-энергетической платформы на базе быстрых реакторов и замкнутых топливных циклов.

Ситуация уникальная. В России принят комплекс в составе трёх программ, которые подразумевают решение не только ближайших задач, но и стратегических задач на перспективу. Ключевое слово, объединяющее все программы - безопасность. За ним скрываются экспериментальные исследования, работа конструкторов, испытания, стенды и такой неотъемлемый элемент, как расчётные коды, позволяющие анализировать безопасность, а потом её обосновывать и доказывать перед надзорным органом.

Есть одна особенность. Поскольку речь идёт о десятилетней программе, то коды, которые нужно создавать в обоснование безопасности, должны отвечать международным требованиям и уровню кодов 2020 года. Поэтому они названы "кодами нового поколения".

Можно немного подробнее? Чем они, собственно, будут отличаться от тех кодов, которые работали в 90-ые годы?

Безусловно, коды существовали и существуют. Более того, конструкторы и проектанты активно используют их в своей работе. Это коды, разрабатывавшиеся, в основном, более 10 лет назад и активно используемые в ФЭИ, НИКИЭТ, ОКБ "Гидропресс", ВНИИНМ, РНЦ КИ и других организациях.

В рамках разработки кодов для новой технологической платформы необходимо получить новое качество. В чём оно выражается? Прежде всего, это мультифизичность, многомерность, быстродействие за счёт новых вычислительных технологий и техники. Процессы, происходящие в ядерном реакторе, важно учитывать во взаимосвязи с максимально возможной детальностью описания процессов. Это чрезвычайно важная задача по физике.

Например, к нейтронным расчётам нужно добавлять теплофизику, перенос продуктов деления по контурам, перенос активности в окружающей среде до человека, и многое-многое другое.

При расчётах комплексной задачи, то есть, всей цепочки, сегодняшние коды требуют упрощений в моделях или методах решения. Но упрощение - это либо консервативный расчёт, либо риск ошибки. Кстати, консервативный подход тоже не панацея. Если вы считаете консервативно, значит, системы защиты будут перегружены и безопасность достигнута слишком дорогой ценой.

Коротко, сегодняшний лозунг в разработке кодов: "За счёт лучших знаний, за счёт большего проникновения вглубь процесса получить и безопасность, и экономичность". Точно такого же принципа придерживаются разработчики "Белой книги" министерства энергетики США по стратегии развития кодов нового поколения и разработчики европейских программ.

Важным элементом развития искусства рассчитывать ядерные реакторы должны стать суперкомпьютеры. Что они дают? Как минимум, способность считать быстро, за реальное или почти реальное время то, на что раньше уходили недели. Это не фигура речи, в нашей практике есть такие задачи, для расчёта которых требуются от 1 до 3 недель на "обычной" технике.

Если мы сумеем всё то же самое считать быстро - это уже достижение нового качества. Мы станем тогда лучше анализировать неопределённости в данных и получать достоверную оценку точности. Мы сможем присоединить больше процессов и считать их точнее. Это принципиальный технологический момент, на который ориентированы все коды нового поколения.

Конечно, очень важно, чтобы развивалась инфраструктура и имелся бы доступ к суперкомпьютерам. В частности, сейчас мы считаем на суперкомпьютере СКИФ МГУ "Чебышёв", ждём запуска "Ломоносова". Одновременно Арзамас развивает программу суперкомпьютеров внутри отрасли. Как говорится, дай Бог, скоро появятся эффективные терафлопные машины на столе разработчиков кодов.

Ваши коллеги - или конкуренты, если хотите - из Окриджа буквально каждый год вводят по новому суперкомпьютеру и бьют рекорд за рекордом по производительности.

Очевидно, что у американцев по определению есть большое преимущество в средствах вычислительной техники. Но, знаете, хороший компьютер - это важное, но не единственное условие. Атомная энергетика имеет свою специфику, и если мы говорим о кодах по анализу безопасности, то важнее всего понимание того, что ты моделируешь, а отнюдь не только умение распараллелить расчёт на 10 000 процессорах.

Что касается суперкомпьютеров в России, то ситуация не безнадёжная, и я не думаю, что техника станет для нас узким местом.

Приоритеты ближнего и дальнего плана

Вопрос по кодам. Как будет проходить работа? Коды по отдельным дисциплинам существуют. Будут ли они просто объединены, или потребуется их коренная переделка?

Мы изначально отказались идти по такому пути, при котором коды просто объединялись бы в общую "кучу".

То есть, например, TRIGEX с RELAP объединять вы не будете?

Хорошо, тогда выражусь точнее. Среди тех целей, которые поставлены перед нами в рамках создания кодов нового поколения, нет цели объединения того, что уже имеется в наличии.

Как некий приоритет ближнего плана, можно рассматривать конкретные заявки, вытекающие из реальных потребностей конструкторов и проектантов, на соединение готовых расчётных инструментов в том случае, если это даст новое качество.

Повторю, что это приоритеты ближнего плана. Несколько таких задач сформулировано, и они постепенно решаются. Например, соединение тяжёлоаварийного кода CORMELT (ФЭИ) с пространственным нейтронно-физическим кодом ГЕФЕСТ (ИБРАЭ), и так далее. Но это нужно рассматривать как компромисс, уступку насущным потребностям сегодняшнего дня. На будущее нужно делать так, чтобы коды были изначально совместимы, соединяемы и по физическим процессам, и по технологии.

То есть, объединения в общую кучу не будет. Что тогда? Математику для кодов нового поколения писать с нуля, или, всё-таки, использовать каким-либо образом имеющиеся наработки?

Ситуации могут быть самые разные. Но я вам скажу без обиняков, что переписать с нуля не так сложно, если знаешь, что писать. Самое трудное начинается дальше. Код должен был верифицирован на широчайшей базе, кросс-верифицирован… Должно быть показано, что он соответствует современным требованиям, удовлетворяет нуждам проектанта. Это очень долгий процесс.

В ИБРАЭ разработан CFD-код (CFD, или Computational Fluid Dynamics - вычислительная гидродинамика. - прим. AtomInfo.Ru), точно не уступающий американским аналогам. Это продемонстрировано участием наших разработчиков CFD-кодов в международных тестах на прецизионных экспериментах, в том числе участие в так называемых "слепых тестах". Но это не означает, что у нас в руках уже есть такой инструмент для задач обоснования безопасности. До внедрения нам предстоит пройти дорогу длиной в три-четыре года.

Но и внедрением процесс не заканчивается. На семинаре "Нейтроника-XXI" в Обнинске наши коллеги правильно говорили о том, что потребуется учить пользователей работать с кодом. Кадровая проблема общая для всех, и от неё никуда не деться.

Кстати, да. Действительно, в институтах собираются ли учить студентов-расчётчиков, как работать с создаваемым единым кодом?

Понимаете, там же есть своя программа. Надеюсь, что ядерные университеты учить будут. Мы со своей стороны будем вносить и уже вносим вклад. На нашей кафедре в МФТИ обучение студентов работе с современными кодами ведётся. В МИФИ мы поддерживаем договорные отношения с теми, кто занимается исследованиями, и это предоставляет возможность преподавателям рассказывать студентам не просто общие знания, но и давать конкретику по кодам.

Вы, конечно, правы. Нужно активнее вовлекать молодёжь. Как хороший пример, назову школы, которые мы проводим по легководному направлению, по сквозному коду СОКРАТ. На этих школах молодёжь вполне эффективно включается в работу. Это тоже способ подготовки кадров.

Глаза боятся, а руки делают

Хотим вернуться на шаг назад, к верификации. Как предполагается организовать этот процесс для кодов нового поколения? Верифицировать столь сложный код, призванный описывать, по сути дела, реальный объект - насколько это возможно?

Да, это тема для обсуждения. Конечно, коды по отдельности верифицировать проще, чем сквозной код. Сразу скажу, что процедура верификации для сквозного кода существует. Мы вместе с нашими коллегами-разработчиками смогли аттестовать сквозной интегральный код СОКРАТ.

Не скрою, это непростая задача. Верификационные отчёты - это документы во многие тысячи страниц. За ними скрывается огромное количество экспериментов, предназначенных для верификации отдельных модулей на маломасштабных или специально подобранных прецизионных экспериментах. Потом эксперименты интегральные (например, с плавлением сборок), как внереакторные, так и реакторные. Потом ещё более сложные примеры, и так далее, и так далее.

При верификации сквозного кода выстраивается цепочка из экспериментов различной сложности, и вы обязаны по итогам доказать, что ваш код масштабируем с точки зрения переноса верификационной базы на реальный реактор.

Достаточно ли у нас экспериментальной базы? Довольно часто мы слышим высказывания о том, что экспериментов мало, не хватает.

Есть такое дело. К сожалению, это объективное обстоятельство. Много лет направление быстрых реакторов и ЗЯТЦ жило, прямо скажем, неактивно. Но сейчас пошла федеральная программа, внутри неё предусмотрено развитие стендовой базы и экспериментальные работы. Конечно, на первом этапе будут трудности, но дорогу осилит идущий.

Извините, но если стенд закладывать сегодня, то когда он будет построен и сможет быть использован для нужд расчётчиков?

Есть живые стенды, которые не требуется строить. Их нужно только модернизировать. В частности, я имею в виду БФС в Обнинске, ФЭИ. Модернизация тоже требует денег и времени, но это не новое строительство.

Следующее обстоятельство - Запад готов развивать свои программы по быстрому направлению, и на этой почве можно установить эффективное взаимодействие. Сейчас на Западе активно поднимаются результаты старых экспериментов с намерением пустить их в дело.

А мы могли бы купить эти результаты?

Нет, обычно такие вещи не продаются. Но перспективы для совместной работы просматриваются. Западные специалисты заинтересованы в том, чтобы общими усилиями оценить эти данные. Они могли бы обсчитать их по своим кодам, а мы - по своим.

Немного отклонюсь в сторону от вопроса. Мы отдаём себе отчёт в сложности той работы, которая нам предстоит при создании кодов нового поколения. Но вспомните пословицу: "Глаза боятся, а руки делают". Создание кодов - процесс постепенный, пошаговый и ведущий к конечному результату. Важно, что работа стартовала. Теперь будем справляться с трудностями в порядке их поступления.

О собственности и кадрах

Рафаэль Варназович, вопрос, который наверняка задавался на конференции "Нейтроника-XXI". Как быть с собственностью при создании единого кода? При его разработке будет использован труд многих организаций, но кто в итоге станет его владельцем?

Пока я вижу механизм следующим образом. На данном этапе, собственник - это государство в лице госкорпорации как организации, распоряжающейся этой собственностью.

Когда коммерческие организации захотят получить код в своё распоряжение, то госкорпорация должна будет определить условия и принципы передачи. Вообще говоря, плата может быть символической - например, госкорпорация может отдавать код, но требовать взамен передачу в собственность госкорпорации тех или иных данных по верификации, и так далее.

Я не вижу в вопросе о собственности каких-то принципиальных моментов.

Стандартный вопрос. Как Вы считаете, насколько Запад опережает нас в плане реакторных кодов?

Не стал бы говорить, что намного. Конкретный пример - уже упоминавшийся в интервью интегральный сквозной код СОКРАТ. Он выполнен на лучшем мировом уровне. Более того, мы считаем, что он в чем-то превосходит зарубежные аналоги.

Более того у нас есть многолетний опыт в разработках современных интегральных кодов для АЭС с водяными реакторами по зарубежным заказам. Например, по заказам комиссии ядерного регулирования США.

Код нового поколения будет считать любые проекты в рамках инновационной ФЦП? Или он будет заточен под натрий или свинец?

Это не код, точнее, не один код, а система кодов. Ни в коем случае нельзя говорить об одном коде, который считает все задачи сквозным образом. Это задача неразрешимая.

Почему же? А Монте-Карло?

Хорошо, физические коды носят более общий характер. Но мы же обсуждаем сквозной код! А в нём обязательно будут присутствовать специфические ответвления, например, моделирующие горение натрия.

Кадровый вопрос. Коды, программирование - это динамичная отрасль, и в ней обязательно должна быть молодёжь. Идут ли к вам молодые специалисты?

Хороший вопрос. С одной стороны, есть общее мнение, что в нашем веке найти программистов несложно. Но нам-то требуются не программисты! Нас интересуют люди, которые умеют программировать, но при этом прекрасно разбираются в процессах, происходящих в реакторе, и умеют работать с экспериментаторами. Это целая технология.

Сказать, что молодые пошли к нам валом - не скажу. Но после объявления одна за другой трёх ФЦП отношение на базовой кафедре в МФТИ к атомной тематике изменилось в лучшую сторону. Ещё три-четыре года назад ребята смотрели куда-то в другую сторону, а сегодня у них в глазах появился живой интерес.

То, что на уровне государства начались подвижки - чрезвычайно важный фактор для молодых. Они задумываются - может быть, действительно стоит идти работать в атомную отрасль? Конечно, когда строятся новые блоки, запускаются крупные федеральные программы, приток молодёжи возрастает. Это же очевидная вещь!

Потом, и уровень оплаты поднялся, что также важно. Конечно, остаются ещё такие ключевые вопросы, как обеспечение жильём. Для молодых это принципиальный момент.

А бронь вы даёте? Тоже один из принципиальных моментов, кстати.

Возможность отсрочки от армии в нашем институте связана с поступлением в аспирантуру. Так что, механизм имеется, но понятно, что при этом человек должен не только давить на клавиши, но и заниматься научной работой. Хотя я считаю, что это и так должно быть обязательным сочетанием.

Спасибо, Рафаэль Варназович, за интервью для электронного издания AtomInfo.Ru!