В НИЯУ МИФИ провели пуск виртуального ядерного реактора

2022

Прохождение демонстрационного пуска виртуального ядерного реактора

В Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» сообщили 20 декабря 2022 года о прохождении демонстрационного пуска виртуального ядерного реактора, представляющего собой цифровой двойник находящегося на территории университета исследовательского реактора ИРТ МИФИ.

На демонстрационном пуске присутствовали сотрудники НИЯУ МИФИ, участвующие в разработке цифрового двойника ИРТ, и студенты Белорусского государственного университета, которые проходят в московском университете ежегодную практику. Гости из Белоруссии смогли наблюдать работу оператора реактора за пультом и задать вопросы. Пояснения студентам давали разработчики цифрового двойника под руководством заместителя директора Инситута ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ профессора Георгия Тихомирова.

Роль оператора выполнял инженер Института ядерной физики и технологий Павел Кирюхин, работавший в шлеме виртуальной реальности. Это позволяло ему находиться как бы внутри пультовой реактора, его движения точно отражали действия оператора. Поворачивая голову, оператор мог продемонстрировать собравшимся на экране компьютера не только помещение пультовой и показания приборов, но и черенковское свечение над активной зоной виртуального реактора при достижении номинальной мощности.

Пуск реактор проходил в полном соответствие с установленным для ИРТ МИФИ регламентом. Собравшиеся могли наблюдать за изменением показателей приборов на пульте. При этом два раза оператор специально допускал ошибки, чтобы продемонстрировать аварийный сброс стержней аварийной защиты.

Работа виртуального реактора основана на математических моделях, которые были валидированы с помощью данных, полученных за 40 лет эксплуатации реактора ИРТ МИФИ.

Над созданием цифрового двойника реактора в декабре 2022 года работает несколько научных групп. Специалисты лаборатории виртуальной и дополненной реальности и кафедры теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов разрабатывают математические модели происходящих внутри реактора физических процессов и проектируют сценарии эксплуатации виртуального реактора. Эксплуатационный персонал ИРТ МИФИ осуществляет консультативную помощь. Сотрудники Высшей инжиниринговой школы взяли на себя создание геометрических моделей всех материальных элементов реактора.

По мнению Георгия Тихомирова, созданный цифровой двойник представляет собой тренажер следующего поколения, разработку, эксплуатацию, а самое главное - масштабирование которого можно осуществлять дешевле и быстрее, чем в случае традиционных полномасштабных тренажеров «в металле». В частности, на виртуальном тренажере сравнительно легко организовать дистанционную работу.

В 2023 году для цифрового реактора будут разработаны цикл лабораторных работ и учебные материалы, предполагающие различные сценарии работы исследовательского реактора. При этом запланировано рассмотрение не только режимов нормальной эксплуатации, но и экстремальных ситуаций, связанных с отказом оборудования. В перспективе создание виртуальной ядерной установки, которую можно будет использовать не только в образовательных, но и исследовательских целях.

Разработка цифрового двойника исследовательского реактора МИФИ

В НИЯУ МИФИ идут работы по созданию цифрового двойника исследовательского реактора МИФИ. Полноценный пуск виртуального реактора должен произойти до конца 2022 года. Проект реализуется при поддержке программы «Приоритет 2030».

Чтобы полноценно обучать студентов-ядерщиков, необходимы практикумы и реальное знакомство с оборудованием, с которым или аналогами которого им предстоит работать. Стажировки на предприятиях атомной отрасли не могут полностью покрыть потребности учебного процесса в формировании профессиональных компетенций.

Важную роль в обучении некогда играл исследовательский реактор МИФИ (ИРТ МИФИ), созданный в 1967 году. На октябрь 2022 года он эксплуатируется в режиме долгосрочной остановки: на нем можно проводить экскурсии, но реально познакомиться с его работой нельзя.

В 2021 году в НИЯУ МИФИ началось создание цифрового двойника ИРТ МИФИ, который бы позволил студентам, во-первых, внимательно рассматривать все его технические элементы и помещения как снаружи, так и изнутри (в том числе с использованием шлемов виртуальной реальности), а во-вторых, реально управлять работой реактора с помощью виртуальных рабочих мест – причем «реакции» цифрового двойника на действия операторов должны предельно точно соответствовать свойствам реальных технических систем.

К созданию цифрового двойника привлечены сотрудники нескольких подразделений НИЯУ МИФИ. Специалисты лаборатории виртуальной и дополненной реальности ИЯФиТ и кафедры теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов разрабатывают цифровые модели происходящих внутри реакторов физических процессов и различные сценарии его работы; помогает им в этом эксплуатационный персонал ИРТ МИФИ вместе с главным инженером реактора Сергеем Ожерельевым.

Сотрудники Высшей инжиниринговой школы взяли на себя создание геометрических моделей всех материальных элементов реактора, включая оборудование и помещения. Также в процессе участвуют специалисты лаборатории тренажерных испытательных стендов, имеющие большой опыт в разработке математических моделей тренажеров современных реакторов.

Всего над цифровым двойником трудятся около 20 человек, причем к работе по созданию цифровых моделей привлекаются студенты и аспиранты университета. Научным руководителем проекта выступает заместитель директора ИЯФиТ, профессор Георгий Тихомиров. По его словам, все существующие сегодня исследовательские реакторы устроены примерно одинаково, но существенный плюс цифрового реактора в том, что в отличие от реальной установки двойник можно легко и быстро модернизировать.

В 2023 году для цифрового реактора будут разработаны цикл лабораторных работ и учебные материалы, которые смогут использовать обучающиеся не только в НИЯУ МИФИ, но и в других вузах.