Speakers
Description
Переработка отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) является серьезной экологической проблемой в современном мире[1]. Ее решение позволит не только снизить негативное влияние атомной энергетики на окружающую среду, но и увеличит экономический выход получения атомной энергии. Концепция плазменно-оптической масс-сепарации с потенциальной ямой, предложенная В.П. Смирновым[2], реализуется на практике в Лаборатории Плазменной Сепарации ОИВТ РАН, однако данная задача представляется весьма многогранной и требующей детальных высоконагруженных расчетов. Целью настоящей работы ставится разработка программного кода, который может быть широко использован для конструирования экспериментальной установки ЛаПлаС, что позволит сократить временные затраты и экономические ресурсы исследований[3].
Некоторое время назад В.С. Смирновым был разработан программный код PICSIMPL[3], использующийся по сей день коллегами, чьей задачей является непосредственно разработка экспериментальной установки для реализации идеи плазменной масс-сепарации ОЯТ. Данное решение проводит моделирование плазменно-сепарационных систем в двумерной геометрии на грубых сетках и обладает весьма внушительным средним временем расчета. Эти факторы могут замедлять работу коллег - экспериментаторов или же вовсе cделать невозможным моделирование целевых систем ввиду скорости расчетов.
В рамках проведенной работы был разработан программный код на языке C++, который представляет из себя ядро логики моделирования процессов плазменной сепарации в установке ЛаПлаС. Интеграция средств библиотеки pybind11 позволила разрабатывать код непосредственно симуляций на языке Python, что многократно упростило моделирование целевых процессов.
Кроме того, показано, что в сравнении с вышеупомянутым кодом PICSIMPL наше решение показывает ускорение более, чем в 50 раз, что позволит моделировать плазменно-сепарационные системы на более точных расчетных сетках, системы, размеры которых приближены к размерам реальных или же вовсе проводить моделирование систем в трехмерной геометрии.
Помимо этого, в работе предлагается метод численного решения уравнения Пуассона с применением средств библиотеки Eigen3 для языка C++, модифицированный средствами технологии распараллеливания расчетов по ядрам процессора. Интеграция подобного решения позволила достичь еще более значительных результатов в увеличение скорости моделирования по сравнению с решением, предоставляемым PICSIMPL.
[1] Stanek J. et al. Automated radiosynthesis of [18F] ciprofloxacin //Applied Radiation and Isotopes. – 2015. – Т. 99. – С. 133-137.
[2] Smirnov V. P. et al. Study of charged particle motion in fields of different configurations for developing the concept of plasma separation of spent nuclear fuel //Plasma Physics Reports. – 2013. – Т. 39. – №. 6. – С. 456-466.
[3] Smirnov V. S. et al. Simulation of ion flux of actinides and uranium fission products in the plasma separator with a potential well //Physics of Plasmas. – 2020. – Т. 27. – №. 11. – С. 113503.
