Мы давно хотели развеять одно ошибочное заблуждение. И интервью, записанное на "Нейтронике", да причём выходящее в свет накануне Нового Года - лучший для этого повод.

Уважаемые наши читатели, дамы и господа! Если вы думаете, что расчётчики ядерных реакторов - бездушные сухари, ничего не ведающие, кроме своих бет-эффективных, то вы глубоко не правы!

Наш сегодняшний собеседник, Евгений Селезнёв, пишет не только великолепные программы для расчёта быстрых реакторов, но и отличные стихотворения. И как знать, может быть, в будущем строгий критик-литературовед найдёт в стихах Евгения Фёдоровича влияние метода итераций по источникам деления, а бородатый программист-гуру с удивлением обнаружит рифму и размер в череде фортрановских строчек.

Мы, конечно, поговорим сегодня и о программе ДЖОКЕР, и об экспериментах на БН-600, и даже о нестационарном Монте-Карло от Арзамаса. Но сначала - стихи. И с Новым Годом, дорогие товарищи и коллеги!

В Обнинске с 27 по 30 октября прошёл юбилейный 20-ый семинар "Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики" ("Нейтроника-2009"). На вопросы электронного издания AtomInfo.Ru отвечает заведующий лабораторией атомных электростанций с жидкометаллическим теплоносителем Института Безопасности Атомной Энергетики (ИБРАЭ) Евгений Фёдорович СЕЛЕЗНЁВ.

Мы все из одной лодки

Евгений Фёдорович, наш традиционный вопрос ко всем участникам конференции - каковы Ваши впечатления от "Нейтроники"?

По роду своей деятельности, практически всю жизнь я связан с быстрыми реакторами. В основном, занимаюсь созданием для них программного обеспечения. Обнинский семинар изначально назывался "Алгоритмы и программы", поэтому он была создан как будто специально для меня.

Мне этот семинар очень нравится. Это единственный семинар, который я посещаю без всяких приказов, понуждений, просто по собственному желанию. Хочу отметить, что это единственный семинар, где отсутствует руководство института. Я думаю, что оно так поступает сознательно, предоставляя возможность нам самим вариться в своей собственной каше.

Такой нюанс снимает формальные рамки общения. Очень часто на зарубежных конференциях видно, что человек выходит, "отбарабанивает" текст своего доклада, отвечает на вопросы и считает, что он всё сделал, он свободен.

На "Нейтронике" идёт рабочее общение, с первого дня и до конца. Здесь всегда можно задать вопрос интересному тебе человеку, вне зависимости от того, заслуженный ли он специалист или новичок. Этот неформальный дух был с самого первого семинара и продолжается и сейчас.

Я считаю, что есть три степени демократии. Первая - это когда не дают говорить. Вторая - это когда дают говорить, но не слушают. И третья - это когда дают говорить, слушают, но не слышат. Но есть ещё и "Нейтроника", где и дают говорить, и слушают и, самое главное, слышат.

Очень приятно, что в Обнинске представляются доклады самого разного уровня, в том числе доклады, в основе которых лежит большая экспериментальная или теоретическая работа крупного коллектива. Есть доклады глубокие, обоснованные, а есть поисковые сообщения, в которых высказывается голая идея. Основы у идеи нет, она не наполнена, но она уже присутствует, и её можно обкатать на всех присутствующих.

Особо хотел бы отметить присутствие на конференции молодых людей. Формат семинара позволяет выступить и Марку Николаевичу Николаеву с большим обзорным докладом, и аспирантам с частными проблемами. На нынешней "Нейтронике" выступал молодой человек, только что окончивший институт. Я понимаю его сложности, он волнуется - тем не менее, ему уже задают вопросы и на них уже надо отвечать.

Это процесс вовлечения в науку. Он всегда присутствовал и присутствует на "Нейтронике". Для юных специалистов участие в семинаре чрезвычайно полезно, поскольку их слушают и задают вопросы практически все отечественные нейтронщики.

Конечно же, семинар сплачивает всех нас, кто связан с этой работой. Да, мы из разных организаций, и мы, и наши институты порой спорят друг с другом, между нами есть трения. Тем не менее, мы приезжаем в Обнинск, встречаемся и обсуждаем научные проблемы, общие что для меня, что для сотрудника другого института. Мы все из одной лодки и, так или иначе, будем жить вместе.

Экспериментальная цифра - не абсолютная истина

Приведу живой пример важной совместной работы. Эксплуатирующая организация, Белоярская АЭС, поставила нам задачу верифицировать свои программы. Нам - это и самой станции, и научному руководителю (ФЭИ), и главному конструктору (ОКБМ). Цель - мы все должны в будущем "врать одинаково", то есть, иметь похожие погрешности.

Была проведена большая работа силами всех трёх коллективов, а также силами создателями программ из Курчатовского института. Работа оказалась очень сложной, так как она подразумевала сбор всех экспериментальных данных, которые были накоплены на БН-600 за все годы его эксплуатации. Фактически, нам пришлось заново обсчитать все сделанные на реакторе эксперименты.

Насколько реально собирать старые эксперименты? Зачастую люди, которые их делали, уже ушли.

Реально или нереально - не знаю. Но в итоге работа была сделана, экспериментальные данные собраны.

Следует уточнить, что эксперименты бывают разные. Есть штатные эксперименты, которых и не нужно собирать, они записаны в журналах. На станциях хранятся и сами сигналы, записанные на машинных носителях в тех или иных форматах.

Другое дело, что прошло много времени, почти три десятилетия, и за это время могут быть изменения форм работы. Сигналы могут быть записаны с разными шагами, в различных форматах. Плохо, что нет единообразия, но хорошо, что сами сигналы сохранились.

Кстати, на Белоярке очень хороший информационный отдел. У экспериментаторов на станции, проводивших измерения, все результаты накоплены на магнитных носителях.

Кроме штатных, бывают эксперименты нештатные, например, эксперименты по измерению энерговыделения. Их проводилось не так много. Речь идёт о десятке-другом экспериментов.

Так энерговыделение - это же самое интересное.

Я бы не сказал, что самое, но согласен с определением "интересное". Нештатные эксперименты проводились, в основном, в первые годы работы станции. Потом она вышла на рабочий режим, когда для неё лишние эксперименты - это трата времени. Ставятся они теперь только потому, что расчётчикам нужно как-то верифицировать программы.

Так вот, данные по нештатным экспериментам на БН-600 тоже были собраны. В основном, сбором информации занималась команда из ФЭИ. Что касается нас, меня и моих людей, то мы эти эксперименты обсчитываем, потому что мы обязаны пересчитать все перегрузки.

У нас были рассогласования с экспериментальными данными. Мы привыкли к тому, что если есть экспериментальная цифра, то она является абсолютной истиной. На самом деле, эксперимент на такой сложной установке, как реакторная, имеет свою специфику,

Это не простой эксперимент. Простой эксперимент - это, извините, засунуть два пальца в розетку и ощутить 220 В. А реакторный... Допустим, ионизационная камера выдаёт какой-то сигнал. В нём (сигнале) нигде не написано, что реактивность равна -5β. Мы должны обработать сигнал, в том числе, с привлечением математического инструментария, а по итогам обработки мы выдаём цифру, которую называем "экспериментальной".

Иными словами, при подготовке экспериментальных данных мы вносим определённые предположения. При анализе большого массива экспериментов мы начинаем спрашивать себя - на основании чего эти предположения были сделаны? Обычный ответ - они "мало влияют" на результат. А кто, собственно говоря, посчитал и доказал, что "мало"? Может быть, на самом деле "много"?

С каждым днем расчётные возможности становятся всё мощнее и мощнее. Это даёт нам возможность пересматривать делавшиеся при обработке экспериментальных данных предположения, вскрывать таящиеся за ними дополнительные погрешности.

В этом году на "Нейтронике" один из молодых специалистов представил доклад по обработке экспериментов на БФС. Все экспериментаторы традиционно утверждают, что реактивность после выхода стержня на нижний концевик более меняться не будет. А оказалось, что будет, и изменение зависит от того места, где стоит детектор.

Таких нюансов очень много. Раньше не было возможности решать пространственную динамику, это очень долго. Это и сейчас долго, но уже реально. С помощью новых программных инструментов мы занимаемся переосмыслением старых экспериментов на БН-600. Мы и впредь будем обращаться к ним, и здорово, что нам удалось их в итоге сохранить.

На обнинском семинаре часто говорится - мы разрабатываем программы, и чтобы доказать, что они хорошие, нужно считать бенчмарки и тесты. К сожалению, тестов, созданных на основе данных с работающих блоков, очень мало. Кажется, что все данные есть, но как только садишься собирать зону для модели, то понимаешь, что описать её трудно, хотя бы из-за присутствия в ней сборок с разным выгоранием.

Поэтому для БН-600 мы "тащим" архивы. Я бы сказал даже - АРХИВЫ. У нас в архиве на одну сборку приходится примерно 2000 чисел - паспортные характеристики, дата изготовления, дата поставки, загрузка по свежему урану, размеры, характеристики топлива. Вся информация по времени и месту, где стояла кассета, как её поворачивали…

Благодаря этому, мы можем детально предсказывать состояние реактора и рассчитывать дальнейшую судьбу сборки после её выгрузки из реактора. Кстати, эксперименты по остаточному энерговыделению на БН-600 также делались. У трёх десятков сборок в бассейне выдержки было измерено энерговыделение, мы сравнили полученные данные с результатами расчётов по программе ГЕФЕСТ и поняли диапазон своих расчётных погрешностей.

Реакторы надо сопровождать

Погрешности… Погрешности бывают от матмодели, от констант, но есть ещё и технологические погрешности. Например, у диаметра топливной таблетки есть свой +/-.

Технологические погрешности важны, в первую очередь, для реакторов на тепловых нейтронах, где пробеги нейтронов малы и вклад погрешностей больше. Поэтому поставленная для тепловых реакторов задача "считать до таблетки" правильная.

Что же касается быстрых реакторов, то нам в этом смысле полегче. Средние пробеги у нас идут через всю сборку, и "опускаться" до таблетки в своих расчётах от нас не требуется. Когда-нибудь жизнь заставит нас так поступить, но случится это не из-за погрешностей, а вследствие непрерывного усложнения топлива для быстрых реакторов и роста глубины выгорания.

Эту проблему в отрасли понимают. Стоит задача сделать сквозной код, который включал бы в себя и нейтронную физику, и теплогидравлику, и термомеханику, и химию...

Код для быстрых реакторов или тепловых?

В том числе и для быстрых. Код должен позволять считать и режимы нормальной эксплуатации, и нарушения этих режимов, и аварийные режимы с постулированием разрушения активной зоны. Всё реализовать, может быть, и не получится, но задача такая стоит.

Зачем это нужно? Чтобы смотреть за расплавлением активной зоны, поведением расплава, распространением по реакторной установке и АЭС в целом радионуклидов. Чтобы показать, что в проекте всё предусмотрено и никаких неприятностей для населения от наших реакторов не предвидится.

Задача поставлена. Она очень сложная, и работы нам хватит всерьёз и надолго.

Мы не можем не задать вопрос автору легендарной программы SYNTES - на каких программах теперь считают быстрые реакторы?

Быстрые реакторы сегодня, в основном, считают инженерные программы. У нас в стране их три, и все они основаны на диффузионном приближении. Первой я назову свою - это ГЕФЕСТ, эксплуатационная программа. Впервые она была аттестована в 1993 году, потом переаттестовывалась, последний раз - в 2006 году. Сейчас она проходит очередную процедуру переаттестации на повышенные точности.

Следующая программа - TRIGEX. Она не была аттестована, но сейчас вместе с нами проходит эту процедуру. Кстати, все программы сданы в фонд, имеют верификационные отчёты, и с ними плотно работают эксперты.

Третья программа - ЯР-ФР. Её сделали в Курчатовском институте, и она используется в ОКБМ.

Все три инженерных программы похожи друг на друга. У них единое константное обеспечение, БНАБ-93 и CONSYST. Но математика внутри каждого из комплексов разная. Скажу про ГЕФЕСТ. Он включает в себя не только решение стационарной задачи. Он умеет решать задачу в подкритике, задачу с источником, задачу по остаточному энерговыделению. Там есть блок расчёта температур, то есть, расчёта обратных связей. Есть квазистатическое приближение по расчёту нестационара, есть блок расчёта пространственной кинетики.

Я не думаю, что в обозримом будущем мы все возможности нашей программы поставим на станцию. Не потому, что нам жалко - я уверен, что пользоваться многими из возможностей на станции не будут. Их нужно осваивать, для них требуется много расчётного времени, быстродействующие машины. Но кое-что мы сделали. Например, мы поставили на станции блок решения обратной задачи для обработки экспериментального сигнала.

Диффузионное приближение остаётся основным для быстрых реакторов?

Диффузионное приближение - это инженерная программа. Наши иностранные коллеги пытаются убедить нас, что диффузионное приближение на сегодняшний день неинтересно. А мы отвечаем - неудивительно, что у вас такие взгляды на жизнь. У вас нет реакторов, и вам не надо их сопровождать.

Они занимаются наукой, а для науки диффузия неинтересна. В отличие от них, мы решаем поставленные практикой задачи. В числе наших задач, сформулированных в программе создания сквозного кода по нейтронной физике, есть создание модулей расчёта в кинетическом приближении и модуля расчёта методом Монте-Карло. Причем все эти модули должны быть соединены вместе.

Справиться с такой задачей реально, ведь теперь у нас есть средства и возможности для распараллеливания расчётов. Кстати, раз мы затронули эту тему, то скажу, что ещё на самой первой "Нейтронике" тогдашний начальник мат.отдела ФЭИ Михаил Михайлович Савоськин предлагал заняться параллельными вычислениями на практике - это на 286-ых и 386-ых процессорах!

Почему эта тема всплыла? В то время в Арзамасе были первые попытки соединять компьютеры. Они соединяли два компьютера и получали двухпроцессорный комплекс, потом соединяли два таких комплекса… Они очень быстро поняли, что соединить железо недостаточно. Нужны специальные программы, особая математика, да ещё и оболочка, способная организовывать вычисления на всех четырёх процессорах.

Задача сделать всё это была поставлена на первой "Нейтронике". Я не стал тогда ей заниматься, так как был уверен в отсутствии востребованности со стороны промышленности. Если программа работала на обычном компьютере, то я мог надеяться, что станция такой компьютер купит. Но если для программы требовалась специальная техника и специальное обслуживание, то было очевидно, что станция на такие расходы не пойдёт. Сегодня, конечно, ситуация поменялась.

Если мы перейдём на кинетическое приближение или на Монте-Карло, то без параллельных вычислений нам не обойтись. В промышленности это тоже понимают. Если я принесу программу качественную, с маленькой погрешностью, которая позволяет получать какие-то экономические выгоды, то станция пойдёт на дополнительные затраты по технике. Значит, возможности для применения новых методов есть.

В этом году на "Нейтронике" был сделан очень интересный доклад из Арзамаса. Я впервые услышал про попытку решать методом Монте-Карло нестационарные задачи. Правда, авторы сделали свой расчёт и ни с чем не стали его сравнивать. Тем не менее, это первый шаг в этом направлении.

Сейчас в мире нестационарные задачи - задачи тяжёлые, с разрушением - решаются, как правило, в кинетическом приближении. Очень редко методом Монте-Карло, но всегда в квазистатическом приближении. Для них требуется очень много времени, даже с применением техники распараллеливания. Идея арзамассцев - применить метод Монте-Карло для динамических расчётов - понятна. Будем её решать, и свои результаты мы все будем приносить на "Нейтронику", делиться друг с другом для всеобщего блага.

Сквозные коды

Если ставится задача по созданию сквозного кода, то для него потребуется другого уровня пользовательский интерфейс. А значит, нужны вложения, чтобы вывести интерфейс на промышленный уровень.

Когда мы говорим сегодня о сквозном коде, то мы должны понимать, что в мире таких кодов не существует. Но мы идём к его созданию.

Хороший пример есть в Арзамасе. В Институте прикладной математики под руководством Александра Васильевича Воронкова была разработана программа РЕАКТОР, которая имеет свою оболочку, свою гидравлику и свою физику.

Есть комплекс ДЖОКЕР, автором которого перед вами. Он поставлен в опытную эксплуатацию на Белоярскую станцию, моделирует поведение станции в динамике. В нём есть пространственная нейтронная физика. Есть одномерная теплогидравлика, есть термомеханика. Симбиоз был сделан на основе американской программы SAS-4A и ГЕФЕСТа, и к нему была приложена оболочка из разработок тренажеров.

Как видите, "сквозняк", как я его называю, в первом приближении есть. Разумеется, наличие оболочки очень сильно облегчает жизнь. Сразу всё видно, есть возможность проанализировать, построить графики. Оболочка позволяет убрать ошибки, связанные с пользователем. Для решения сложной задачи нужно задать десятки тысяч цифр, не ошибиться в них - невозможно.

Много проблем снимается при использовании такой базы данных, как топливный архив, в котором все ТВС описаны детально. Подключив его, мы можем видеть в динамике любую топливную загрузку.

Мы понимаем, что диффузионное приближение простое. Тем не менее, оно есть, и оно позволяет решать пространственную задачу. Теперь наша цель - его усложнять. Первую тропинку, пусть и реденькую, мы протоптали. Головной организацией по разработке сквозного кода является ИБРАЭ, который я представляю. В нём есть лаборатории, которые занимаются разработкой оболочки, есть лаборатории, которые занимаются физикой, теплогидравликой, термомеханикой, химией, процессом переноса нуклидов, в том числе и до атмосферы.

Над оболочкой, про которую мы сейчас заговорили, трудятся профессионалы от программирования. Другое дело, что надзорные органы требуют доказать качество нашего комплекса. Хорошо, допустим, мы настроим его под эксперименты, покажем погрешности... Но если пользователь туда залезет и что-то изменит, то погрешности могут стать другими. Да, другими, но кто ему мешает их обосновать, инструмент-то у него есть. Инструмент такую возможность ему представит.

Практика показывает, что пользователь, который работает с такой сложной системой, должен обучаться, и обучаться постоянно. Примерно раз в год по программе должны проводиться семинары. В реальности так и делается. Например, для тех, кто работает на атомных станциях с расчётными программами, раз год ВНИИАЭС устраивает семинары и проводит экзамены. То есть, существует определённая процедура.

Другой пример - программа СОКРАТ, сделанная в ИБРАЭ для анализа аварийных ситуаций на реакторах типа ВВЭР. По ней тоже проводятся семинары для всех пользователей, включая "Гидропресс" и ОКБМ.

Если комплексная сквозная программа будет в итоге создана и внедрена в промышленность, то, конечно же, для её пользователей также будут предусмотрены регулярные семинары. Но на её разработку отводится 10 лет, и пока непонятно, что из неё в конце концов получится. С уверенностью могу сказать только одно - даже после её завершения она будет модернизироваться вновь и вновь. Возможно, что появятся какие-то проекты, которых мы сейчас не видим и не предполагаем, и которые заставят нас посмотреть на какие-то вещи совершенно под другим углом зрения.

Спасибо, Евгений Фёдорович, за интересное интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

Интервью записано в кулуарах конференции "Нейтроника-2009" (Обнинск, 27-30 октября 2009 года).

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 30.12.2009

Темы: Нейтронно-физические расчёты реакторов, Нейтроника-2009, Евгений Селезнёв, Быстрые натриевые реакторы, Интервью