Революционная система снижает затраты за счет проведения виртуальных экспериментов.
Недавно американские ученые разработали мощную новую цифровую испытательную платформу — программное обеспечение для моделирования и симуляции физики реакторов Griffin, — которая может значительно ускорить разработку передовых ядерных реакторов.
Новый инструмент должен позволить точно прогнозировать характеристики реакторов различной конструкции. Он был разработан совместно Национальной лабораторией штата Айдахо (INL) и Аргоннской национальной лабораторией (ANL).
По данным объединенной исследовательской группы, эта платформа позволит инженерам моделировать сложное поведение реактора с беспрецедентной детализацией. Она также должна сократить потребность в дорогостоящих прототипах и длительных циклах испытаний.
«Griffin может моделировать многие процессы, происходящие в реальном работающем реакторе», — сказал Чанхо Ли, доктор философии, ведущий инженер-ядерщик в Аргоннской национальной лаборатории. «Это ближе к реальному сценарию, где высокие температуры, давление и нейтронный поток в суровой среде активной зоны реактора вызывают изменения в топливе и материалах реактора».
Изучение новой платформы
Программное обеспечение Griffin, используемое исследователями в области ядерной энергетики, регулирующими органами и промышленностью, удостоено награды R&D 100 Award в 2025 году. Оно моделирует основные процессы внутри работающего реактора, включая перенос нейтронов, тепловой поток, топливные каналы и напряжения в материалах.
«Это дешевле и безопаснее в эксплуатации, что позволяет исследовать множество сценариев», — подчеркнул Ли. Сообщается, что разработка ведется на отмеченной наградами платформе MOOSE (Multiphysics Object Oriented Simulation Environment).
Его конструкция позволяет взаимодействовать с другими кодами на основе MOOSE для моделирования тепловых жидкостей, термохимии и термомеханики. «Он разработан с учетом возможности взаимодействия с другими физическими явлениями как в рамках MOOSE, так и за ее пределами», — сказал Джош Ханофи, доктор философии, исследователь в области разработки методов переноса излучения в INL.
Система моделирует ядерный реактор, объединяя нейтронную физику, теплогидравлику, механику конструкций, поведение материалов и характеристики топлива на одной платформе. Это стало возможным благодаря решателю линейного уравнения Больцмана для переноса, который учитывает сложное поведение излучения внутри активной зоны реактора.
Цифровой двойник реактора
Программа Griffin отслеживает изменения изотопов, помогая оценить, как будет развиваться топливо и как будет работать реактор. Она также прогнозирует взаимодействие нейтронов, используя ядерные данные и машинное обучение, и ускоряет моделирование, позволяя исследователям выбирать между быстрыми моделями с низкой точностью и более медленными моделями с высокой точностью.
Благодаря своей технической глубине и гибкости в отношении различных типов реакторов, система позволяет фиксировать физические изменения, такие как сдвиги плотности, старение материала, изменения размеров, а также изотопные или химические вариации. Благодаря этому она может анализировать конструкции реакторов с шаровым топливом, призматических высокотемпературных реакторов, реакторов на расплавленных солях, натриевых и свинцовых реакторов, а также микрореакторов и других передовых концепций.
Система Griffin также использовалась для разработки ядерных систем для НАСА, что доказывает ее ценность для космических и лунных миссий. К ним относятся ядерные тепловые двигатели для ракет, микрореакторы для получения энергии деления на поверхности Луны и Марса, а также устройства, обеспечивающие теплом и электричеством космические аппараты и дистанционное управление.
Например, в рамках проекта DARPA Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO) Гриффин помог смоделировать тесно связанную физическую систему внутри ядерной ракеты, которая в будущем может сократить время полета через Солнечную систему.
Гибкость платформы распространяется и на исследования в области термоядерного синтеза, где она может моделировать взаимодействие нейтронов внутри воспроизводящих оболочек, генерирующих тритиевое топливо. Это важнейший компонент для будущих термоядерных установок.
«Цель проекта Griffin — совершить революцию в ядерной энергетике, объединив передовые вычислительные мощности с глубоким научным пониманием, что проложит путь к более безопасному и эффективному энергетическому будущему», — заключил в пресс-релизе Хавьер Ортенси, доктор философии, бывший научный сотрудник отдела исследований и разработок INL.
Sourse: interestingengineering.com
