Investigadores de la UNED han desarrollado E-Lite

El desarrollo de computadoras más avanzadas y códigos más sofisticados finalmente ha permitido la creación de modelos tokamak cada vez más realistas y complejos. En los últimos años, por lo tanto, los investigadores de todo el mundo han introducido una serie de nuevos modelos parciales para su uso en el análisis nuclear. Alternativamente, también se consideraron modelos simplificados de la máquina completa, dependiendo de la aplicación. No obstante, ninguno de estos modelos capturó una representación completa y detallada de la máquina, que los ingenieros deseaban para determinar la seguridad y la calidad de operación de los reactores con altos niveles de confianza.

«Para septiembre de 2018, en la UNED, estábamos trabajando en mejoras para algunos modelos parciales en colaboración con ITER Organization y Fusion for Energy y conectamos los puntos: nos dimos cuenta de que ya estábamos en condiciones de cambiar el enfoque, en lugar de mejorarlo. «, Dijo Juárez. «Yo diría que fue una acumulación de evidencia a lo largo de los años que alguien solo necesitaba vincular para darse cuenta de las implicaciones de los tremendos avances realizados por toda la comunidad en los últimos años. Esto nos inspiró a crear un modelo completo de la ITER para análisis nuclear. Lo probamos y funcionó. «El modelo MCNP ideado por los investigadores se inspira en gran medida en modelos parciales anteriores, incluido el llamado modelo C. Los modelos parciales fueron concebidos para que los usuarios no los cuidaran y los adaptaran para aplicaciones específicas.

El nuevo modelo está dispuesto en una estructura de bloques, con piezas modulares que representan componentes específicos del tokamak ITER. Para desarrollarlo, los investigadores desplegaron la estructura de bloques del modelo C previamente ideado en siete casos, cubriendo 280 grados del tokamak, luego agregaron una representación detallada de los 80 grados restantes, que contenían los inyectores de haz neutro del tokamak. Posteriormente, ajustaron y revisaron el modelo para asegurarse de que también tuviera en cuenta algunas de las asimetrías de la máquina.

«Los bloques se llenaron con la última representación disponible de MCNP de componentes específicos de la máquina», dijo Juárez. «Se repitieron las representaciones de componentes simétricos, como casetes desviadores, mientras que el resto, como los enchufes de los puertos de diagnóstico, aparecen en casos únicos. En general, podemos decir que E-lite es en gran parte un mosaico de modelos ordenados correctamente y que mantienen la filosofía de sus predecesores se erigen como un modelo mantenible y sintonizable. «La diferencia clave entre el modelo ideado por Juárez y sus colegas y los modelos ITER tokamak anteriores es que no necesita condiciones de contorno para representar todo el dispositivo. Por otro lado, el nuevo modelo captura la geometría completa del dispositivo, incluidas las asimetrías que dan forma a los campos de radiación. Los modelos anteriores no tenían en cuenta estas asimetrías, lo que era una fuente de incertidumbre y conducía a resultados poco fiables.

«Ahora se pueden estimar las incertidumbres en las respuestas nucleares del ITER Tokamak asociadas al uso de modelos parciales», dijo Juárez. «Alternativamente, el análisis nuclear puede realizarse directamente en E-lite para evitar esta incertidumbre. Esto afecta a cada cantidad en general en un grado diferente, algunos de ellos tan relevantes como el calor nuclear de las bobinas superconductoras, la tasa de dosis de apagado para mantenimiento in situ o calibración de los detectores de radiación que medirán la potencia del plasma «. Juárez y sus colegas demostraron que la creación de un modelo MCNP completo y heterogéneo del tokamak ITER es ahora computacionalmente viable. Además, demostraron que dicho modelo sería significativamente más confiable y preciso que los modelos parciales existentes.

El modelo pronto podría usarse para realizar análisis nucleares, lo que permitirá a los investigadores evaluar la posible seguridad y confiabilidad de los reactores con mayor certeza. Además, este reciente estudio podría inspirar a otros equipos de investigación de todo el mundo a diseñar modelos MCNP de otros sistemas nucleares complejos. «En TECF3IR tenemos dos líneas de trabajo, la primera de las cuales está relacionada con la mejora de los métodos y herramientas utilizados para el análisis nuclear». Juárez dijo. «Actualmente estamos trabajando en una herramienta para traducir de CAD a MCNP (GEO-UNED) y nuevas técnicas de reducción de varianza para acelerar la determinación de las tasas de dosis de cierre en el enfoque de Monte Carlo. También estamos trabajando en métodos nuevos y más precisos para determinar la evolución temporal del inventario radiactivo de fluidos sometidos a irradiación, de relevancia en decenas de aplicaciones «.

Además de diseñar mejores herramientas para la investigación relacionada con el análisis nuclear, los investigadores están realizando actualmente análisis nucleares de alta precisión para instalaciones nucleares en todo el mundo. Por lo tanto, planean seguir colaborando con la organización ITER, así como con otros equipos que trabajan en tecnología nuclear en todo el mundo. «También estamos trabajando en diversos proyectos bajo el paraguas del consorcio EUROfusion: (i) la instalación IFMIF-DONES, un acelerador de partículas especial para la investigación relacionada con la fusión, con una colaboración duradera de gran relevancia para nosotros, (ii) JET (Joint European Torus) el Tokamak nuclear más potente en funcionamiento en la actualidad, con actividades singulares como la validación experimental de códigos en entornos de fusión, (iii) el diseño del futuro reactor europeo DEMO, en el que por supuesto, tenemos previsto continuar estar involucrado «, agregó Juárez.

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