Учёные кафедры теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов МИФИ создали и выложили в открытый доступ программный пакет SAUNA (Sensitivity And Uncertainty Analysis). Он позволяет оценивать, как погрешности в исходных ядерных данных влияют на безопасность и характеристики проектируемых реакторов, особенно четвёртого поколения. До сих пор подобные инструменты были либо коммерческими, либо закрытыми для свободного использования. SAUNA написан на Python и доступен на GitHub. С его помощью можно читать данные из популярных форматов (SCALE, MCNP, Serpent, ENDF, ABBN), вычислять итоговые неопределённости, оценивать подобие между экспериментальными стендами и проектируемыми реакторами, а также рассчитывать целевые требования к точности — то есть указывать, какие именно данные нужно уточнить в первую очередь. Авторы планируют развивать пакет, добавлять новые форматы и функции.
Проектирование реакторов четвёртого поколения упирается в фундаментальную проблему: мы не до конца знаем свойства ядерных материалов. Особенно это касается установок на быстрых нейтронах с тяжёлым жидкометаллическим теплоносителем или с расплавленными солями — большого опыта эксплуатации таких реакторов нет, их поведение предсказывают в основном теоретически. Погрешности в исходных ядерных константах могут достигать величин, критических для безопасности.
До сих пор анализ того, как эти неопределённости влияют на работу реактора, проводился с помощью специализированных кодов. Но почти все они — коммерческие или принадлежат национальным лабораториям (российским или американским) и требуют специальной лицензии. Были закрытые и полузакрытые инструменты, широкого доступа к ним у исследователей не было.
Разработчики из МИФИ предлагают альтернативу. Созданный ими пакет SAUNA выложен в открытый доступ на GitHub, написан на популярном языке Python. Это значит, что студент из любой страны или инженер небольшой компании теперь могут выполнять сложный анализ без покупки дорогого коммерческого софта. «Мы не изобретаем велосипед, мы строим мосты между существующими решениями», — подчёркивают авторы.
Пакет умеет работать с разными форматами данных, включая международный стандарт ENDF, российский ABBN, американский COMMARA, а также с выходными файлами популярных программ SCALE, MCNP и Serpent. Он вычисляет, как неопределённость, например, в сечении захвата для урана‑238 на конкретной энергии, превращается в итоговую погрешность характеристик, важных для безопасности всей станции.
Одна из ключевых функций — оценка подобия между экспериментальными стендами и проектируемым реактором. Если эксперимент похож на вашу установку, его данные можно использовать для проверки модели. SAUNA даёт количественную меру этого сходства.
Ещё одна важная возможность — расчёт целевых требований к точности (Target Accuracy Requirements, TAR). Программа может указать, какие именно данные нужно уточнить в первую очередь и во сколько раз, чтобы общая неопределённость снизилась на заданную величину. Это позволяет планировать ядерные эксперименты адресно, а не вслепую.
Авторы проверили SAUNA на известной международной тестовой задаче MET1000 (быстрый натриевый реактор) и сравнили результат с американским кодом SCALE. Несовпадение составило доли процента во всех вариантах расчётов. Кроме того, открытая архитектура SAUNA позволила обнаружить, что коммерческий аналог не учитывает влияние рассеяния нейтронов в одном из режимов — недостаток, который без доступа к коду остался бы незамеченным.
«Наша цель — убрать границу между данными и их пользователями, — резюмируют разработчики. — Ядерная энергетика должна быть безопасной и прозрачной. И инструменты для её анализа тоже должны быть прозрачными». В планах — улучшить интерфейс, добавить поддержку новых форматов (например, HDF5) и внедрить функции использования экспериментальных данных для уточнения расчётов.
Появление собственного открытого инструмента в МИФИ — шаг к независимости от закрытых западных кодов и к формированию международного сообщества вокруг российской научной школы.
Источник: НИЯУ МИФИ/ПРЕСС-СЛУЖБА