В Обнинске 27 октября 2009 года открылся юбилейный семинар "Нейтроника-2009". На вопросы электронного издания AtomInfo.Ru любезно согласился ответить один из участников семинара главный научный сотрудник РНЦ КИ Михаил Николаевич ЗИЗИН.

Михаил Николаевич, по традиции наш первый вопрос - о проходящей сейчас конференции.

Семинар "Нейтроника" - это, безусловно, событие года для всех людей, которые имеют отношение к нашей предметной области, к расчётам ядерных реакторов. Сообщество людей, которое здесь собралось - это собрание настоящих профессионалов. Такое впечатление у меня сложилось не сегодня, это итоговый образ, формировавшийся за последние 20 лет.

Отрадно, что из года в год увеличивается количество участников семинара и повышается их общий уровень. Зал, в котором мы проводим наши заседания, заполняется практически полностью, а в этот раз в первый день даже не хватило стульев - настолько много было желающих присутствовать.

На семинаре рассматриваются вопросы, начиная от стационарных расчётов до нестационарных, различные концепции реакторов, бенчмарки и многие другие проблемы. Один из краеугольных камней обнинской конференции связан с расчётами константного обеспечения. Это и неудивительно, поскольку в ФЭИ существует школа Марка Николаевича Николаева, эталон в своём деле, без которого нельзя говорить о константном обеспечении реакторов, причём не только в российском, но и в мировом масштабе.

Вопрос по константам. Раньше быстровики и те, кто готовил константы для тепловых реакторов, существовали раздельно друг от друга. Кроме того, были и другие ветви, такие как 21-групповая библиотека Тошинского для лодочных реакторов. Наблюдается ли сейчас сближение между отдельными направлениями систем подготовки констант?

Прежде всего, обязательно следует назвать систему констант РОСФОНД. "Фонд" в этой аббревиатуре расшифровывается как "Файл Оценённых Нейтронных Данных", и его не следует путать с экономическими фондами. Хотя такое совпадение мне кажется не случайным, ведь экономический эффект от правильности константного обеспечения для ядерных реакторов довольно-таки велик.

Появление РОСФОНДа, российского набора данных - это, безусловно, шаг на пути обеспечения константами широкого спектра ядерных реакторов, а не только быстрых. Конечно, специфика расчётов тепловых реакторов будет некоторое время оставаться чуть в стороне, но процесс сближения пошёл. Есть надежда, что нам удастся рассчитывать реакторы, отталкиваясь от одной библиотеки констант.

Каковы источники наполнения РОСФОНДа? Есть ведь такие известные оценённые файлы, как ENDF/B, JEF, JENDL…

РОСФОНД создавался по такому критерию, чтобы перечень входящих в него нуклидов был достаточно полон для наших задач. При этом основные нуклиды, важные для расчётов реакторов, не брались вслепую из какой-то отдельной библиотеки ядерных данных. На них смотрели глазами профессионалов, оценивалось то, что есть, и отбиралось лучшее на данный момент, а при необходимости в данные вносились уточнения.

Залог того, что всё в РОСФОНДе будет сделано хорошо - именно профессионализм школы Николаева. И доверие к этой школе на самом деле очень высоко. Должен отметить, что сейчас РОСФОНД принят в МАГАТЭ и доступен через агентство наряду со всеми остальными файлами. То, что российская система завоевала доверие в мировом сообществе, следует признать очень отрадным фактом.

Появились ли уже иностранные коды, использующие РОСФОНД?

Дело в том, что формат файлов для РОСФОНДа совпадает с форматом файлов ENDF/B, и это гарантирует программную совместимость. Российскими константами могут пользоваться все, кто имеет коды, работающие с форматом ENDF/B.

Есть ли потребность в новых экспериментальных данных для константного обеспечения, или все сечения уже измерены?

Это очень тонкий вопрос. Никогда такого не было и не будет, чтобы все сечения были измерены. Всегда остаются какие-то лакуны. Тем не менее, я считаю, что основные эксперименты уже проведены. Остаются частности.

Если находятся какие-то сильные расхождения в каких-то отдельных областях применения, то тогда ставится вопрос о необходимости экспериментального подтверждения имеющихся оценок. Но основные вещи, я повторюсь, уже закрыты.

Но есть ведь и такие изотопы, как изотопы америция, о важности которых заговорили относительно недавно. С их сечениями вопрос тоже решён?

Безусловно, для минорных актинидов сохраняется достаточно высокая неопределённость, и высоки погрешности при расчётах изотопных составов этих нуклидов в различных реакторах.

Процесс повышения точности идёт непрерывно, но нужно помнить, что экспериментальные работы с минорными актинидами по понятным причинам очень дороги.

Так как мы коснулись вопросов о новых изотопах, то резонно спросить и о новых реакторных концепциях и константном обеспечении для них.

Понятие новых установок достаточно широко. Скажу, например, что сейчас много говорят о специализированных реакторах для наработки радиоизотопов. Это актуальная тема, в мире возник кризис с медицинскими радиоизотопами, их наработчики стары и выходят из строя, как канадский реактор NRU.

Да, эту проблему надо решать, но я не могу ответить, нужно ли для этого вводить новые типы реакторов.

С другой стороны, константы расширяются и за пределы реакторных применений. Назову работы, выполняемые в ИАТЭ под руководством профессора П.А.Андросенко. Они очень интересны, так как они затрагивают энергетические интервалы, которые в реакторных областях неприменимы.

Теперь коды. Тот же вопрос, что и по константам - есть ли, на Ваш взгляд, сближение между кодами быстрыми и тепловыми?

Коды для быстрых и тепловых реакторов, пожалуй, всегда были разными. Так было, так есть и так останется в обозримом будущем. Если процесс сближения и наблюдается, то он идёт очень медленно.

Всегда существовала точка зрения, что возможно написать универсальную программу, которая была бы применима для расчётов реакторов разных типов. Такая постановка имеет право на жизнь. Но дело-то не в самих программах решения уравнения переноса, а в тех константах, которые в них подставляются. А здесь специфика, как я уже сказал, пока ещё сохраняется.

Если говорить об общих тенденциях в развитии кодов, то целевая функция, которой следует весь - это потвэльный расчёт реакторов с решением не диффузионным, а кинетическим. Не побоюсь сказать прямо, что мы в этом направлении отстаём от зарубежных коллег.

Что Вы имеете в виду, говоря о кинетическом решении?

S_N-методы, метод характеристик, безусловно, методы Монте-Карло, которые сейчас очень интенсивно развиваются. Кстати, по Монте-Карло российские коды выглядят весьма достойно.

Приятно это слышать!

К сожалению, далеко не все задачи могут быть решены методом Монте-Карло. Расчёты по таким кодам интегральных характеристик - реальность, но получение значений функционалов в пространственных точках по монте-карловским программам является делом непростым.

Я бы добавил, что полагаться только на один метод расчёта неправильно. Нужно иметь возможность сравнить результаты расчётов по одним программам с другими. Поэтому обязательно требуется развивать детерминистские методы. На сегодняшний день их точность для интегральных характеристик неплохо совпадает с точностями, достижимыми на Монте-Карло.

Кроме того, для разных методов есть разные области применения, и поэтому нужно обязательно иметь целый арсенал кодов.

Ещё одна тенденция, которой следует уделять должное внимание - распараллеливание задач. Техника предоставляет нам большие возможности. Есть многоядерные процессоры (одна память и много ядер), есть кластерные системы и суперкомпьютеры, созданные на кластерных технологиях. Для их наиболее эффективного использования коды требуется адаптировать.

Доклады по применению подобной техники есть. К сожалению, как сказал профессор Николаев, проблемы мы умеем ставить правильно, а как их решать, к сожалению, не знаем. И это основная беда, причём не только в нашей предметной области.

Кто в России продвинулся дальше всех в применении новых компьютерных технологий, на Ваш взгляд?

Любой ответ окажется субъективным, но я бы выделил ИПМ, где есть своя реализация распараллеливания, и есть свой комплекс программ "РЕАКТОР", разработанный под руководством Александра Васильевича Воронкова. Он применяется для расчёта реакторов с ЖМТ, вышедших из лодочных реакторов. Есть проекты - такие, как СВБР - по применению лодочных технологий в энергетике, и набор программ группы Воронкова используется сейчас в ОКБ "Гидропресс" для проведения необходимых расчётов.

В этом комплексе распараллеливание решено, и, кстати, они используют для обсчёта решение кинетического уравнения, то есть, находятся на хорошем мировом уровне. Конечно, им требуется ещё работать, работать и работать, доводить свою систему до ума, совершенствовать её, но это типично для любого живого дела.

Суперкомпьютеры. С одной стороны, мы видим Jaguar и Kraken в Окридже, слышим нашего президента Дмитрия Медведева, поставившего задачу не отставать от американцев и разрабатывать российский суперкомпьютер. С другой стороны, есть точка зрения, с которой нам пришлось столкнуться, что на суперкомпьютерах российским атомщикам нечего считать.

Сейчас критический путь проходит не по технике, а по разработке программ для этой техники. Есть федеральная программа по разработке ПО, которое работало бы на суперкомпьютерах.

Задач для суперкомпьютеров много. У меня в одном из докладов (ещё на "Нейтронике-2006") был список задач из примерно 15 пунктов, где нужны суперкомпьютеры - расчёт коэффициентов чувствительности, пространственно-временные расчёты, расчёты безопасности, мультифизические расчёты, когда выполняются сопряжённые расчёты нейтронной физики, теплофизики, теплогидравлики, термомеханики, и другие. Здесь уже однопроцессорной техникой, безусловно, не обойтись.

Мы уже говорили о разных направлениях техники. Появляются кластерные технологии, непрерывно нарастает мощь обычных процессоров, появляются многоядерные системы. Обратите внимание на ещё одно направление, которое обещает прорыв - графические процессоры, широко развивавшиеся для обработки изображений. Сейчас интенсивно реализуется их применение для математических вычислений, создана среда CUDA, где появилась возможность писать программы на Фортране.

Систему CUDA можно реально использовать, но для полного её применения нужно переписывать алгоритмы. И здесь появляются возможности не для одной диссертации, что, как мне кажется, должно заинтересовать молодых российских исследователей. На "Нейтронике-2009" уже был прочитан на эту тему один доклад из НИИАР по использованию графических процессоров для расчёта исследовательских реакторов.

Не можем не спросить, на чём сейчас пишут программы для нейтронно-физических расчётов?

В нашей предметной области по-прежнему пишут программы на Фортране, и глобальных изменений в этом направлении не предвидится, хотя уже есть примеры реакторных программ на C и C++.

Дело в том, что наработано такое количество знаний, реализованных в виде фортрановских программ, отказаться от которого невозможно. В будущем число программ на C будет увеличиваться, но при моей жизни большая часть программ будет написана на Фортране.

Но не забывайте, что сам по себе Фортран интенсивно развивается. Последние версии Фортрана типа FORTRAN-2000 вполне современны. В них появляются те элементы, которые ранее были присущи только молодым (по сравнению с Фортраном!) языкам с применением объектно-ориентированного программирования.

Так что хороший и мощный инструмент для решения задач, стоящих перед расчётчиками, у нас есть. Осталось его грамотно применить, и здесь мы утыкаемся в главную и всеобщую проблему - кадры, кадры и ещё раз кадры.

А есть ли российские компиляторы Фортрана?

Отечественные компиляторы Фортрана раньше были, теперь их нет, но… Самый современный компилятор, по оценке того окружения, с которым я работаю, создан фирмой Intel, а в его разработку львиную долю внесли наши коллеги из Арзамаса.

Спасибо, Михаил Николаевич, за интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 29.10.2009

Темы: Нейтронно-физические расчёты реакторов, Нейтроника-2009, Курчатовский институт, Интервью