Развитие высокотехнологичных методов моделирования и анализа ядерных реакторов становится залогом прогресса в области атомной энергетики. В последние десятилетия команда REAL при Технологическом университете Цинхуа (КНР) внесла значительный вклад в создание специализированного программного обеспечения для комплексной оценки и оптимизации работы реакторных систем. Их ключевые продукты - Reactor Monte Carlo Code (RMC) и Reactor Cross Section Processing Code (RXSP) - представляют собой передовые инструменты для научных исследований и инженерных расчетов в ядерной энергетике. Код RMC разработан для объемного трехмерного моделирования нейтронного транспорта методом Монте-Карло в активной зоне реактора. Его создание началось в 2001 году с целью удовлетворить растущие потребности в точных и эффективных расчетах, учитывающих сложные геометрические конфигурации, широкий диапазон энергий нейтронов и различные типы материалов.
Такой подход позволяет учитывать анизотропные эффекты, влияние рассеяния и поглощения с высокой степенью детализации, что важно для современных и перспективных реакторных дизайнов. Одной из отличительных особенностей RMC является его гибкость. Программа способна работать с произвольными трехмерными геометриями, что связано с трендом в проектировании новых поколений ядерных реакторов, отличающихся сложной архитектурой топливных сборок и теплоотводящих элементов. Кроме того, использование непрерывной энергии нейтронных сечений, представленных в точечных данных, обеспечивает более реалистичное моделирование физики процесса по сравнению с дискретизированными подходами. Помимо самих расчетов переноса нейтронов, RMC интегрирует широкий спектр функций, включая вычисление критического состояния реактора с определением собственных значений и функций, подробное моделирование выгорания топливных материалов с описанием цепочек нуклидов, расчет динамики нейтронного потока во временной области, а также взаимодействие нейтронного и фотонного излучения.
Эти возможности дают пространство для всестороннего анализа реакторного процесса: от статических характеристик до транзиентов и аварийных сценариев. Важное преимущество разработки REAL - активное использование методов оптимизации вычислительных процессов. В RMC были внедрены передовые алгоритмы ускорения геометрической обработки, параллельные вычисления для обработки ядерных сечений, новые подходы к моделированию транспортного процесса, включая гибридные Монте-Карло методы. Особое внимание уделяется также ускорению сходимости источника, оптимизации счетчиков статистики и эффективной реализации больших параллельных расчетов, что обеспечивает высокую производительность на современных вычислительных кластерах и универсальных вычислительных центрах. Для обеспечения удобства анализа и интерпретации результатов RMC предлагает инструменты визуализации вычислительных моделей и результатов, что расширяет возможности исследователей и инженеров при работе с комплексными данным массивами и проектами.
Визуальное построение геометрии и выходных параметров помогает значительно упростить процесс настройки моделирования и проверки корректности решений. Помимо RMC, команда REAL разрабатывает и поддерживает систему RXSP - специализированный пакет для обработки ядерных сечений, необходимых для корректной работы расчетных моделей реакторов. RXSP является ключевым инструментом для генерации и подготовки температурно-зависимых непрерывных сечений, построенных на базе международных библиотек данных ENDF/B. RXSP включает в себя несколько модулей, каждый из которых выполняет определенные части обработки. Первый шаг - это переконструкция и линейризация сечений с учетом резонансных эффектов на температуре 0 К, затем происходит быстрое расширение спектра сечений с помощью эффективной Doppler-экспансии, включающей параллельные вычисления, что существенно сокращает время подготовки данных.
Еще одним важным этапом является интерполяция тепловых сечений для получения данных на различных рабочих температурах, что позволяет точно учитывать тепловые эффекты в процессе моделирования реакторной установки. Важно отметить, что RXSP пока не доступен для свободного скачивания, делая возможным использование только через запросы на консультации или внутри исследовательской экосистемы REAL. Такая стратегия подчеркивает характер разработки как специализированного и тщательно контролируемого программного обеспечения, предназначенного для профессионального и промышленного применения. Платформа REAL ведет активное взаимодействие с научным сообществом и промышленными партнерами. Регулярные обновления версий RMC с новыми функциями и исправлениями ошибок, а также поддержка форумов и документации обеспечивают поддержку пользователей и способствуют обмену опытом.
Среди новых инструментов, прошедших испытания, можно отметить VTK конвертеры для обработки данных визуализации. Кроме того, серверы REAL проходят регулярные обновления, обеспечивая стабильность и высокую доступность сервисов. Технологии, созданные REAL, активно применяются в задачах научных исследований, проектирования реакторов нового поколения, а также в учебном процессе. Модели и методы могут использоваться для оценки безопасности, оптимизации топливных циклов и исследования реакторных аварийных режимов, что делает программные продукты ключевыми элементами современной ядерной инженерии. Сильная исследовательская база в составе лаборатории реакторного инжиниринга Технологического университета Цинхуа, включающая экспертов по ядерной физике, вычислительным методам и программной инженерии, обеспечивает постоянное развитие и инновации своих программных продуктов.
Помимо аспектов программирования и расчетов, в деятельности REAL уделяется внимание созданию удобных интерфейсов, интеграции с современными системами хранения и обмена данными, построению централизованных платформ с единой системой аутентификации (SSO) и других услуг, направленных на упрощение рабочих процессов пользователей. Подводя итоги, разработки команды REAL в области программного обеспечения для моделирования реакторных процессов представляют собой уникальное сочетание научной глубины и инженерной практичности. Их продукты, такие как RMC и RXSP, определяют стандарты в описании и анализе сложных ядерных систем, помогая развивать безопасную и эффективную атомную энергетику будущего. Важным аспектом является открытость и поддержка сообщества, что способствует развитию новых идей и внедрению последних технических достижений в области информационных технологий и обработки физических данных. Перспективы развития REAL включают расширение функционала, повышение производительности за счет использования актуальных вычислительных архитектур, интеграцию с моделями многофизических процессов и дальнейшую автоматизацию подготовительных и аналитических этапов работы.
Таким образом, программное обеспечение REAL продолжит занимать ведущие позиции среди инструментов для ядерных инженеров, предоставляя надежные, точные и современные решения для сложных задач отрасли. .
