На вопросы электронного издания AtomInfo.Ru отвечает доцент НИЯУ МИФИ учёный секретарь совета физико-технического факультета МИФИ Георгий ТИХОМИРОВ. Интервью записано в кулуарах семинара "Нейтроника-XXI" (Обнинск, 26-28 октября 2010 года).
Классификация НФР
Георгий Валентинович, по отзывам Ваших коллег, Вы подняли очень интересную тему на "Нейтронике".
Я считаю, что сегодня назрели вопросы, связанные с формализацией и систематизацией знаний в области нейтронно-физического расчёта. На первом этапе, когда мы учились сами, были совершенно другие подходы к расчётам, и их хватало для проектирования реакторов.
Сейчас мы живём в новой реальности. Это, прежде всего, бурное развитие вычислительной техники, развитие интернета, развитие информационных технологий. Мне представляется, что нужно использовать их достижения, объединить их для того, чтобы студенты и молодые учёные, вливающиеся в наши ряды, могли как можно быстрее найти себе место и с наименьшими трудностями решать ставящиеся перед ними задачи.
Вы говорили на "Нейтронике-XXI" об онтологии нейтронно-физических расчётов (НФР). Какой смысл Вы вкладываете в этот термин?
Термин "онтология" воспринимается сегодня двояко. С одной стороны, это теория познания вообще. Или, если хотите, раздел философии, изучающий бытие. Я не хотел бы останавливаться на этом подробнее и сразу перейду ко второму толкованию, появившемуся буквально недавно. Согласно ему, онтология - специализированная система, представляющая довольно узкую область знания во взаимосвязанных элементах.
Создание онтологии НФР можно считать суперзадачей или мегацелью. В качестве первого шага, я попробовал разработать подходы к информационно-справочной среде, которую могли бы заполнять сами профессионалы. Я ожидаю, что с её помощью родится новое качество, помогающее молодым людям ориентироваться в области НФР.
Центральным местом онтологии является классификация задач НФР, которую я попытался выполнить на основе системного подхода. Получившаяся классификация - предмет обсуждения с моими коллегами.
Пожалуйста, поподробнее о том, что у Вас получилось.
Классификация достаточно простая. Я выделил в ней следующие категории. Во-первых, нейтронные источники. Для нас это главное, это, собственно, и есть то, с чем мы работаем. Все задачи НФР так или иначе требуют присутствия источника нейтронов.
Нейтронные источники бывают двух типов по своему расположению к объекту расчёта. Они могут быть внешними, и это означает, что их интенсивность не зависит от нейтронного поля в системе. Они могут быть внутренними, это источники деления и, соответственно, критические задачи. Наконец, у нас есть комбинированные задачи, когда в системе равно важны как внешние источники нейтронов, так и источники деления. Ну и для полноты, добавлю ещё вторичное излучение.
А куда отнести сопряжённые задачи с поиском ценности? Второй момент - есть стационарные и нестационарные процессы, сильно отличающиеся друг от друга по математике.
Подождите, пока рано отвечать на ваши вопросы. То, что я назвал, это одна шкала - шкала по нейтронным источникам. Есть и другие шкалы.
В системологии, прежде чем вводить понятие "система", навешенное на объект, надо выбрать меры, ключевые функционалы и их зависимости от пространственных переменных. Системой объекта называется сам объект плюс выбранные меры, функционалы и зависимости.
В своей классификации я попробовал, кроме нейтронных источников, разделить задачи ещё и по ключевым зависимостям. Первая зависимость напрашивается - это пространственная зависимость. Возьмём классику реакторного эксперимента и вообще эксперимента с нейтронными источниками. На определённом расстоянии от нейтронного источника стоит детектор. В зависимости от показания детектора, мы делаем вывод о среде. Так были введены понятия длины диффузии, материальных параметров среды, и так далее.
Такого рода задачи существуют и по сей день. Например, определение профиля энерговыделения в активной зоне реактора. Это параметр интегральный по энергиям и угловым переменным.
Действительно, нам в данном случае не важно, какой энергией обладал и под каким углом летел нейтрон, заставивший ядро поделиться. Это задача с чисто пространственной ключевой зависимостью.
Есть другие классы задач, где чётко требуется находить пространственно-угловое или пространственно-энергетическое распределение нейтронов. Нередко они не связаны с каким-либо конкретным объектом. На "Нейтронике-XXI" было выставлено много докладов, посвящённых решению группового уравнения переноса в R-Z геометрии. Это отдельное направление, которое позволяет развивать численные методы, обосновывать их для последующего внедрения в расчёты реальных установок.
Наконец, вы правильно напомнили, что есть задачи нестационарные. Иными словами, задачи с временной зависимостью или, что на сегодня весьма популярно, с пространственно-временной зависимостью (пространственно-временная кинетика, решать которую при помощи современных вычислительных машин становится реальным).
Подведём промежуточный итог. В классификации на данный момент у меня выделены следующие ключевые зависимости - пространственная (R), пространственно-энергетическая (RE), пространственно-угловая (RD), временная (T) и пространственно-временная (RT).
Предложенная шкала гибкая и может, при необходимости, расширяться. Возьмём время. Временные задачи можно, если хотите, разделить на два типа - задачи, связанные с динамикой реактора, и задачи выгорания. На самом деле, у них совершенно разные характеристики и методы решения. Их можно объединять, можно разделять, пока что принят последний подход.
Итак, у нас получилась таблица. Столбцы в ней - типы источников нейтронов, строки - ключевая зависимость детектора. На момент интервью, таблица имеет формат 4×5. Посмотреть, как она выглядит, можно на сайте "Онтология НФР" по адресу http://www.wintuning.ru/science/classification.phpexternal link, opens in a new tab.
В порядке иллюстрации. Давайте возьмём конкретный квадрат из таблицы - комбинированный источник QvQf и пространственно-энергетическая зависимость RE. В квадрате мы видим, что за задачи мы можем решать при таких условиях - это подкритические эксперименты.
Теперь другой пример. Комбинированный источник QvQf, но пространственно-угловая зависимость RD. Таблица показывает нам, что такой выбор соответствует расчётам гибридных бланкетов ТЯР.
Необъятное не объять
Ну и что же дальше? На мой взгляд, для каждого квадратика, каждой ячейки таблицы есть свои ведущие подходы, есть уже найденные решения, есть свои интересные сайты.
Если российское сообщество расчётчиков сможет разложить, разместить в таблице информацию по каждому из квадратов, то студенту будет легче понимать, какой метод относится к какой задаче. А преподавателю будет легче направлять студента.
Конечно, одной таблицы мало! Нужно углубляться дальше. Предположим, мы выбрали ячейку Qf-R, распределение энерговыделения по активной зоне. Сразу возникает вопрос - а для какого реактора? Значит, нам нужно иметь возможность включить фильтр по типу реактора, выбрать библиотеку констант, и так далее.
В итоге, если всё задуманное получится, то у нас образуется многомерная информационная среда с удобным интерфейсом, которая позволит студентам находить нужный ему материал, или, в крайнем случае, ссылку на материал.
Сразу возникает вопрос. Мы ознакомились с Вашей таблицей и вообще с сайтом "Онтология НФР" (http://www.wintuning.ru/science/index.phpexternal link, opens in a new tab). Обратили внимание, что где-то у Вас лежат полные материалы, а где-то только ссылки на сайты. Но все ли согласятся участвовать в формировании Вашей системы, делать в неё вклады? И не столкнётесь ли Вы с претензиями копирайтного плана?
Мы планируем решать эти вопросы. Первое - что делать с авторским правом? Общаясь с коллегами, я предлагаю им выкладывать на сайте "Онтология НФР" те материалы, авторство которых принадлежит лично им, или материалы, полученные ими для открытого распространения. Допустим, описания кодов можно скачивать с сайтов лабораторий, они бесплатны, лежат в открытом доступе и не представляют собой коммерческой тайны.
Как поступать, если мы всё-таки получим претензию по тому или иному материалу? Пока всё решается просто - мы снимаем материал, удаляем его из онтологии, и такой подход всех удовлетворяет.
Я надеюсь, что нам удастся реализовать в онтологии НФР принцип открытой науки. Такое движение есть, оно живёт по принципу некоммерческой направленности, открытости информации и определённого отчуждения авторского права, предоставления информации для всех пользователей.
Мир расчётчиков тесен, большинство из нас знакомо друг с другом. Мне кажется, что в нашей области реально перейти на принцип открытой науки. Конечно, остаются коммерческие продукты, но и по ним можно найти компромисс - размещать в онтологии только их описания и ссылки на условия приобретения или пользования.
Существовали и, возможно, существуют международные банки программ, где можно было получить не только описания методов и документацию, но и сами коды. Правда, на определённых условиях - например, только через национального офицера связи - но, тем не менее, получить код было можно. Нет ли у Вас планов создать на основе Вашей онтологии такой же банк?
Да, конечно, такие системы существуют. Есть американский банк программ, есть европейский банк у OECD/NEA. Туда можно писать запросы и получать коды в своё пользование. Информационное поле в области НФР и вообще ядерной энергетики гигантское, и это лишний раз подчёркивает ту большую работу, которая проводится под эгидой МАГАТЭ.
Но я не стремлюсь объять необъятное. Мне кажется, имеет смысл решить задачу создания узкоспециализированной онтологии НФР. То есть, не удаляться в теплогидравлику, не уходить в материаловедческие проблемы, не заниматься широким кругом вопросов.
Почему? Потому что, чем уже круг общения, тем до более профессиональной информации в нём можно дойти. Это была одна из основных идей при создании "Онтологии НФР".
Потребители и терминология
Всё-таки, кого Вы видите главным потребителем своей системы? Расчётчиков и тех людей, что учатся по ядерным специальностям?
Да. Ориентированность системы - учебная среда. Возможно, что она окажется полезной и для действующих расчётчиков в том случае, если у них возникнет необходимость залезть в соседнюю область.
Каждый расчётчик в своей области знает очень много. Но, сталкиваясь с задачами из соседней области, он может не понимать, что и как делать. Особенно это справедливо для молодых профессионалов.
То есть они умеют считать РБМК, но никогда в жизни не считали БН? И не понимают, какие программы и библиотеки нужны для расчёта быстрых натриевых реакторов?
Например, так. Или ещё более характерный случай. Человек умеет считать реакторы, а ему ставят задачу с внешним источником - допустим, бланкет ТЯР.
Сошлюсь на собственный опыт. Я начинал трудовую деятельность с расчётов бланкетов ТЯР и долгое время не воспринимал реакторные задачи. Дело в том, что у нас был свой расчётный мир. Это сильная энтропия рассеивания, пороговые детекторы, верхняя область по энергиям, другие материалы. Мне ближе были методы дискретных ординат, никакой диффузии. А потом из-за сворачивания тематики пришлось переходить на реакторные расчёты, и это было непросто.
Воспримет ли сообщество расчётчиков идею онтологии? Сайт Вы открыли, но наполнение там пока скромное.
Фактически, сейчас решается вопрос о том, жизнеспособна эта идея или нет. Не исключено, что потребуется сделать ещё несколько итераций. Может быть, переделать всю структуру заново.
Это не первая моя попытка систематизировать знания по НФР. Но её можно назвать самой удачной, потому что у системы уже появились зарегистрированные пользователи, которые начали вносить в неё добавления.
Да, мы обратили на это внимание.
Работам такого рода всегда угрожает следующая опасность - за наполнение сайта берутся отвечать или один человек, или небольшая группа. Пока им интересно, работа движется. Но как только интерес теряется, наполнение и обновление прекращается, сайт замораживается, а информация на нём устаревает. Собственно, интернет заполнен подобными сайтами-памятниками.
Я хочу этого избежать. Предпринята попытка сделать такую систему, которая смогла бы жить сама, независимо от разработчиков, независимо от финансирования. Надежда есть, но во что это выльется - посмотрим.
Собственно говоря, вы идете по принципу Википедии.
Да нет, не совсем так. Вики-технологии у нас присутствуют. Я считаю вики-среду удачным изобретением. Что до собственно Википедии, то она мне нравится ровно до тех пор, пока я не пытаюсь найти в ней профессиональную информацию. Сведения общего плана там смотреть можно. И то, как часто советуют, лучше самостоятельно обратиться к перечисленным в статьях источникам.
Вики-среда исходно предполагает равный доступ для всех. У Вас, насколько мы понимаем, наполнение предполагается специалистами?
Это зависит от того, как организовать работу. Пока мы предполагаем поступать следующим образом. Выкладывать материалы, комментировать сможет любой пользователь, в том числе, и студент. А вот только для специалистов будут отведены работы особого характера. Например, сделать глоссарий, "отточить" терминологию. Вы знаете, наверно, что в НФР до сих пор нет общепринятых терминов для многих понятий.
Да. Так, в конечном итоге, принят термин "флюенс" или нет? И как его писать - через "е" или через "е оборотное"?
Термин "флюенс нейтронов" пришёл к расчётчикам от материаловедов, которые используют его гораздо чаще, чем мы. Отвечу так - термин точно принят, но не в нашем сообществе.
А вот ещё есть легенда, как один из известных расчётчиков категорически возражал против термина "мягкая часть спектра".
Встречный пример, банальный, но не ставший оттого менее интересным. Как называть ту функцию, относительно которой формируется уравнение переноса или уравнение диффузии? Одни называют её потоком нейтронов, а другие - плотностью потока нейтронов.
Я проводил небольшое исследование литературы и получил, что сторонники этих двух подходов разделились примерно 50/50. Есть пуристы, использующие только один термин, есть более "мягкие" авторы, говорящие то так, то так.
Как мне кажется, наше сообщество могло бы, используя механизмы "Онтологии НФР", выдавать рекомендации по терминологии в спорных случаях.
Перспективы
Итак, Вы в "Онтологии НФР" используете вики-среду, но Ваша система не будет в точности соответствовать Википедии. С другой стороны, "Онтологии" не грозит превращение в чисто авторский сайт, и Вы предлагаете принять участие в её наполнении большому кругу авторов.
Верно. Главная задача на сегодня - чтобы как можно больше людей восприняли бы её как свою, и чтобы мы совместными усилиями сотворили бы инструмент, чрезвычайно полезный для студентов и молодых профессионалов.
Что делать при возникновении конфликтов интересов между авторами или группами авторов? И кто будет отслеживать качество поступающей в систему информации? Интернет - открытая среда, и Вам грозит приток сетевых сумасшедших и псевдонаучных графоманов, которые толпами осаждают редакции журналов и специализированных сайтов.
По порядку. Первый вопрос был о конфликте интересов. На мой взгляд, в научных журналах часто присутствуют статьи, противоречащие друг другу. И авторы от такого соседства не обижаются. Просто они честно показывают свои подходы.
Для дискуссии у нас предусмотрен механизм комментариев. Человек при желании может аргументированно написать свои возражения. И одно дело - слова, а другое - написанный текст. Его можно читать, анализировать, критиковать, и так далее.
Сетевых сумасшедших я пока не боюсь. Вопрос такой встанет, но не сегодня. Сейчас у нас другая проблема - мы решаем, быть нам или не быть. Будут у нас реальные, живые пользователи и авторы или не будут?
Если пользователей будет мало, то не исключено, что "Онтология НФР" превратится в чисто учебную среду пятой кафедры, где я легко найду сторонников в рядах преподавателей, и где мы сможем ввести её в учебный процесс.
Что, в общем-то, тоже не плохо.
Это один из возможных векторов развития системы, но в этом случае её придётся адаптировать под требования учебного процесса.
Возвращаясь к теме о комментариях и аналогии с журнальными статьями. Журнал предполагает совокупность равноправных статей. Статья второго автора ничем не выделяется по сравнению со статьёй первого автора. В интернете чаще встречаются иерархические принципы построения сайтов, то есть, все публикации равны, но некоторые равнее.
Нет, у нас иерархии не предполагается. Кстати, и в журналах могут быть статьи разного качества. Другое дело, что в журналах статьи проходят независимое рецензирование.
Вопросы верные, конечно, но я более чем уверен, что выкладывать материалы в нашу систему будут только люди ответственно заинтересованные. Вряд ли кто-то посторонний будет пытаться опубликоваться в такого рода узкопрофессиональной среде.
Мы специально отказываемся от тех вещей, которые в состоянии увести разговор в сторону. У нас не будет форума. У нас не будет блогов. Я мог бы вести личный блог для "Онтологии НФР", но не хочу этого делать, чтобы моё мнение не довлело, не давило на молодых ребят с нашей кафедры.
Пока никаких ограничений на выкладываемый материал у нас не предусмотрено. Далее посмотрим, что получится.
Георгий Валентинович, заключительный вопрос немного не по теме. Как сегодня обстоит дело с учебной литературой по НФР? На "Нейтронике-XX" Марк Николаевич Николаев с грустью говорил, что хороших учебников по константам нет и не предвидится. Что МИФИ собирается сделать в этом направлении?
Мы, преподаватели МИФИ, пользуемся двумя видами информации. С одной стороны, это пособия. Как правило, это пособия той кафедры, где люди работают. Я - автор трёх методических пособий, которые предлагаю для своих курсов.
Таких пособий на кафедре, навскидку, несколько десятков. Они узкоспециализированные, делаются, как правило, под курс лекций или как сборник задач. Студентов это устраивает.
Естественно, мы опираемся также на старые классические учебники. Это переводная литература, например, Белл и Глестон. Это отечественная литература, например, монографии Шихова и Троянского, где описаны математические вопросы теории переноса нейтронов.
Да, литературы не хватает. Не хватает литературы по современному состоянию НФР. Я знаю несколько попыток написать такую книгу. Как оказывается, дело это нелёгкое.
На кафедре свою задачу я вижу в том, чтобы аккумулировать издаваемую учебную литературу. У нас фактически создана собственная библиотека, куда вносят вклад многие преподаватели. Мы накапливаем сборники конференций и другие аналогичные издания.
Что до конкретного вопроса по константам, то, на мой взгляд, уж если писать такую книгу, то это должна сделать группа Марка Николаевича. Никто, кроме них за это браться не имеет морального права.
Да, мы делаем пособия для студентов, расписываем форматы, инструкции по работе с кодами. Но монография с историческими и теоретическими аспектами должна стать делом ФЭИ.
Спасибо, Георгий Валентинович, за интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.
Напоминаем адрес сайта "Онтология НФР" - .