Národní laboratoř Argonne v Lemontu ve státě Illinois získala nový superpočítač Aurora, který její vědci využijí k utváření efektivnějších návrhů jaderných reaktorů.
Jak informuje server Popular Science, Aurora bude provádět na 2 kvintiliony výpočtů za sekundu – téměř 50krát více než dřívější systém. Jakmile bude tento bezprecedentní stroj uveden do provozu, očekává se, že se dostane do čela žebříčku TOP500, který hodnotí nejvýkonnější počítače na světě. Vědci díky němu budou moct co nejpodrobněji simulovat fyzikální jevy, které jsou základem jaderných reakcí. Lépe tak posoudí celkovou bezpečnost a účinnost nových návrhů reaktorů.
Matematikou proti roztavení
„Každý, kdo aktivně navrhuje reaktor, používá to, čemu říkáme ‚nástroje pro rychlejší běh‘ – ty se na věci dívají v měřítku celého systému a provádějí aproximace pro samotné jádro reaktoru,“ prohlašuje Dillon Shaver, hlavní jaderný inženýr v Argonne National Laboratory. „V Argonne se snažíme co nejvíce přiblížit základním fyzikálním výpočtům, což vyžaduje velké rozlišení a zahrnuje obrovské množství neznámých. Potřebujeme tudíž obrovský výpočetní výkon.“
Shaverova práce spočívá, jednoduše řečeno, v matematice, která zabraňuje roztavení reaktorů. Zahrnuje mimo jiné hluboké pochopení chování různých typů chladicích kapalin – jak proudí kapalina kolem různých součástí reaktoru a k jakému druhu přenosu tepla dochází.
Lehká voda
Podle amerického ministerstva energetiky jsou „všechny komerční jaderné reaktory v USA lehkovodní – používají normální vodu jako chladivo i jako moderátor neutronů“. A většina aktivních lehkovodních reaktorů má konstrukci s geometrií, kde jsou velká pole palivových vývodů (velké trubky, které obsahují palivo – obvykle uran – potřebné pro štěpné reakce) uspořádána do pravoúhlé mřížky.
Další generace reaktorů, kterou Shaver a jeho tým zkoumají, zahrnuje rychlé reaktory s drátěným pláštěm z tekutého kovu. Tyto reaktory jsou umístěny v trojúhelníkové mřížce namísto obdélníkové a obložené tenkým drátem, který tvoří jakousi šroubovici kolem palivového kolíku. „To způsobuje opravdu komplikovanému chování toku, protože kapalné kovy, jako je sodík, se musí pohybovat kolem tohoto drátu a to obvykle způsobuje vznik spirálového vzoru. Vznikají tak zajímavé důsledky pro přenos tepla,“ vysvětluje Shaver. „V mnoha případech ho to zvyšuje, což je velmi žádoucí“, protože je schopen získat větší výkon z omezeného množství paliva.
U nově navrhovaných konstrukcí reaktorů je cílem vyrábět více energie při nižším příkonu. „Snažíte se zvýšit přenos tepla, které z něj získáte, a cena, kterou za to zaplatíte, je to, kolik energie je potřeba na jeho čerpání,“ vysvětluje Shaver. „Je v tom zajímavý poměr nákladů a přínosů.“ Některé kompromisy mohou být významné a právě superpočítačové simulace slibují, že poskytnou přesnější čísla než kdykoli dříve, což umožní připravovaným jaderným elektrárnám pracovat s reaktory, které budou co nejúčinnější a nejbezpečnější.
Autor: Petr Pláteník
