Суперкомп`ютерні технлогії - найважливіший інноваційний напрямок розвитку атомної галузі
Вступ
Сегодня конструирование и испытания новой техники невозможно без применения огромных вычислительных мощностей суперкомпьютеров. Математическое моделирование позволяет проводить сложные испытания еще до постройки физической модели. Деятельность центра связана с разработкой обычных вооружений: торпед, бронебойных снарядов, систем поражения воздушных целей, акустических систем обнаружения стрелков. С помощью суперкомпьютера конструируется автомобильная и авиатехника, моделируется работа элементов ядерного реактора.Широкая кооперация с ведущими предприятиями атомной энергетики позволяет уже сейчас решать некоторые сложные задачи с использованием суперкомпьютерных технологий.
Приклад чисельного моделювання
С использованием пакетов программ ДАНКО, разработанных во ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», сделано несколько модельных расчетов. Так, по заказу ОАО «ОКБМ Африкантов» выполнен расчет работы устройства ограничителя течи в случае гипотетической аварии при работе реакторной установки средней мощности ВБЭР-300. Рассматривалось поведение ограничительного устройства в случае гипотетической аварии, связанной с гильотинным разрывом патрубка в процессе эксплуатации реактора ВБЭР-300. Моделирование показало, что использование данного устройства не допускает критического истечения теплоносителя первого контура через образовавшийся зазор (рис. 1). Это позволило обосновать безопасность конструкции без натурного эксперимента, в результате срок разработки конструкции был существенно минимизирован.
По заказу ОАО «СПбАЭП» для ЛАЭС-2 исследованы прочностные свойства устройства локализации расплава (УЛР) ВВЭР-1000 в условиях тяжелой аварии, сопровождающейся выходом расплава за пределы корпуса реактора. С помощью численного моделирования обоснована эффективность данного устройства для сохранения целостности корпуса УЛР в условиях термомеханической нагрузки в процессе захолаживания расплава с учетом гравитационного поля. Моделирование позволило существенно уменьшить число натурных экспериментов и ускорить процесс проектирования.
Исследовано состояние контейнмента АЭС при падении на него самолета, в результате чего обоснована достаточная прочность контейнмента для защиты станции от падения самолета с учетом взрыва топлива. Моделирование, наряду с другими факторами, позволило обосновать продление срока эксплуатации ряда станций. ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» совместно с ОКБ «ГИДРОПРЕСС» ведет тестирование и верификацию пакета программ ЛОГОС на примере расчетов задач течения теплоносителя в элементах конструкции реакторных установок. Проведены первые расчеты по определению гидравлических характеристик ячейки твэльного пучка ТВС-1200 проекта «АЭС-2006», которая включает один твэл натурной длины с 13 дистанционирующими решетками. Полученные результаты сравнили с экспериментальными данными по коэффициентам гидравлического сопротивления твэльного пучка; результаты вычислений практически находятся в диапазоне ошибки стендового эксперимента.
Расчетная сетка содержит около 2 млн ячеек. Время расчета данной задачи с использованием 10 вычислительных ядер на суперЭВМ составляет три часа. Время расчета на ПЭВМ – один день.
Проводится моделирование гидродинамических процессов в реакторной установке проекта «АЭС-2006». Рассматривается полномасштабная CFD-модель тракта течения теплоносителя в корпусе реактора. Анализ сравнения расчетов и экспериментальных данных, полученных при выполнении пусконаладочных работ на действующих АЭС, показывает адекватность моделирования.
Расчетная сетка содержит около 83 млн ячеек. Время расчета данной задачи с использованием 320 вычислительных ядер на суперЭВМ составляет 20 часов, время расчета на ПЭВМ – четыре с половиной месяца.
Сегодня активно развивается оснащение предприятий ГК «Росатом» и других отраслей уникальными аппаратно-программными комплексами, включающими компактную суперЭВМ производительностью 1 Тфлопс и отечественное программное обеспечение имитационного 3D-моделирования.
Ожидаемыми результатами применения суперкомпьютерных технологий в атомной энергетике являются:
- минимизация дорогостоящих натурных экспериментов для подтверждения ресурсов оборудования реакторных установок, составляющих до 20% стоимости НИОКР;
- сокращение объема НИОКР в инновационных проектах на 40-50%;
- снижение сроков разработки и проектирования РУ на 20-50%.
Реализация проекта в целом позволит уже в ближайшие годы внедрить в ряд ведущих предприятий наукоемких отраслей промышленности отечественные пакеты программ имитационного моделирования на суперЭВМ и, тем самым, приступить к решению проблемы информационно-технологического перевооружения высокотехнологичных отраслей на основе суперкомпьютерных технологий.Это будет способствовать повышению конкурентоспособности отечественной высокотехнологичной продукции на внутреннем и внешних рынках. Позволит обеспечить рост поступлений в бюджет страны и решение социальных проблем, включая занятость в высокотехнологичной сфере, где к 2019 году может быть дополнительно создано около 1000 рабочих мест.
Від слів до діла
В Японии планируют запуск суперкомпьютера Cray XC50, предназначенного для исследований в области ядерного синтеза. Представленный суперкомпьютер не является самым мощным в мире, но является мощнейшим в своей области.Национальные институты квантовой и радиологической науки и техники проголосовали за то, чтобы суперкомпьютер использовался в вышеописанной области. Установлен он будет в институте Rokkasho Fusion. Компьютер будет играть важную роль в поддержке ИТЭР – проекте международного экспериментального термоядерного реактора, возглавляемого ЕС. Сейчас проект уже на полпути к завершению. Тысячи исследователей из Японии и других стран смогут использовать эту систему для расчетов физики плазмы и энергии плавления.
В ожидании нового суперкомпьютера, Япония списала свою предыдущую модель, которая называется Helios. К слову, в 2012 году он занял 15-е место среди самых мощных суперкомпьютеров. Аналогом такой системы является третий по производительности суперкомпьютер из Швейцарии. Первый плазменный реактор планируют запустить в 2035 году. Его стоимость будет составлять миллиарды долларов. Исследователи сообщают, что ядерный синтез перспективное направление, которое может покрыть мировые потребности в энергии на тысячу лет вперед. Ядерный синтез более безопасен чем влияние твердого топлива на климат или радиоактивная угроза при ядерном делении.США также не отстает в гонке суперкомпьютеров и в прошлом году вложила 258 миллионов долларов для финансирования различных компаний, среди них Cray, AMD, Intel, Nvidia и другие. Все они сосредоточены на создании компьютеров exascale, которые могут выполнять миллиарды вычислений в секунду.н суперкомпьютер для исследований в области ядерного синтеза
Джерела
- Японии представлен суперкомпьютер для исследований в области ядерного синтеза
- Мирный атом: Япония построит самый мощный суперкомпьютер для ядерных исследований
- технологии – важнейшее инновационное направление развития атомной отрасли
- Б.А.Головкин, "Параллельные вычислительные системы". М.. Наука, 1980, 519 с
- Российские физики превратили ПК в суперкомпьютер для решения уравнений квантовой механики
