Phát triển mô phỏng vật lý tương tác theo thời gian thực cho lò phản ứng Đà Lạt
Nhóm các nhà nghiên cứu ở Trung tâm Hạt nhân TPHCM, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, đã phát triển DalatSim, một hệ mô phỏng vật lý tương tác theo thời gian thực cho lò phản ứng nghiên cứu Đà Lạt.
Các mô phỏng lò phản ứng hạt nhân đều vô cùng cần thiết để đảm bảo cho vận hành lò phản ứng an toàn, hiệu quả và tiên tiến. Bằng việc sao chép các điều kiện của thế giới thực – từ các chuỗi thao tác hằng ngày đến các kịch bản sự cố – chúng đem lại môi trường không nguy cơ rủi ro cho đào tạo, tinh chỉnh thiết kế và nghiên cứu. Các hệ mô phỏng có vai trò rất quan trọng với lò phản ứng nghiên cứu, nơi diễn ra các thí nghiệm khoa học, thử vật liệu và sản xuất đồng vị phóng xạ cho y tế… Với các quốc gia phát triển năng lực hạt nhân, các năng lực mô phỏng thiết yếu cho kinh nghiệm vận hành và đạt được các yêu cầu vận hành.
Cơ quan Năng lượng nguyên tử Quốc tế (IAEA) nhấn mạnh vào vai trò quan trọng này thông qua các tài liệu hướng dẫn về đào tạo, quy trình kỹ thuật và tích hợp an toàn. Các tài liệu này xác định các thực hành tối ưu cho phân loại mô phỏng, độ chính xác, chất lượng huấn luyện và các chiến lược đạt được, nhấn mạnh vào sự cần thiết của các công cụ chính xác cao có thể phản ánh được hành xử của nhà mát và các giao thức an toàn.
Các tác giả cho biết, một thành phần chính của nhiều mô phỏng là lõi thủy nhiệt RELAP5, vốn được sử dụng rộng rãi cho mô hình hóa các lò phản ứng nước nhẹ, tuy nhiên lại ẩn chứa vô số sự thiếu ổn định trong nhiều bước nhỏ, có thể ảnh hưởng đến độ chính xác trong quá trình đáp ứng thức thời của hệ thống đối với sự thay đổi đột ngột từ trạng thái cân bằng (rapid transients).
Do đó, họ phát triển DalatSim, một mô phỏng vật lý tương tác theo thời gian thực cho lò phản ứng Đà Lạt (DNRR), lò phản ứng TRIGA Mark-II được xây dựng từ những năm 1960 với công suất 250 kW, sau được Nga khôi phục, mở rộng vào năm 1984 với công suất 500 kW, kiểu bể với nhiên liệu có độ giàu 36 % (HEU), và được chuyển đổi sang nhiên liệu có độ giàu 19,75 % (LEU) vào năm 2011. Với vai trò sản xuất đồng vị phóng xạ, nghiên cứu, phân kích kích hoạt neutron, đào tạo, lò phản ứng Đà Lạt được vận hành với sự hỗ trợ của môi trường mô phỏng có độ trung thực cao của DalatSim.
DalatSim có hai đổi mới chính: một bộ giải động học điểm có độ chính xác cao (mô tả phản ứng chuỗi, phân tích an toàn và dự đoán hành xử lò phản ứng) dựa trên bộ tính toán SUNDIALS; và một mô hình thủy nhiệt chi tiết đánh giá báo cáo an toàn của lò phản ứng Đà Lạt. Kết hợp với xu hướng tính toán nguồn mở, DalatSim đem lại một nền tảng minh bạch, hợp tác và hiệu quả về chi phí. Cấu tạo kiểu mô đun của nó hỗ trợ cho các kịch bản vận hành, bao gồm vận hành thông thường, dự đoán sự bất thường và vô số điều kiện sự cố mà trong nghiên cứu của họ là kiểm tra các mô phỏng chi tiết về sự cố làm mát…
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học của Trung tâm hạt nhân TPHCM đã thực hiện thí nghiệm mô phỏng khởi động lò phản ứng tới hạn tại mức 5 W, với mọi thanh điều khiển được đặt hoàn toàn vào vị trí.
Trên thực tế, lò phản ứng Đà Lạt đạt trạng thái tới hạn ở mức 5 W. Việc dự đoán và ghi nhận công suất lò theo thời gian chứng tỏ sự gia tăng theo hàm mũ khi lò phản ứng tiến gần tới hạn. Tuy nhiên, mô phỏng chạm tới điểm tới hạn nhanh hơn. Sự khác biệt này có thể xuất phát từ những thay đổi trong quy trình khởi động, đặc biệt là việc người vận hành không đợi đủ 10 phút cần thiết trước khi tăng công suất từ 400 kW lên 500 kW. Mặc dù vậy, các dự đoán của trình mô phỏng gần như trùng khớp với dữ liệu vận hành, chỉ có một số sai lệch nhỏ so với các thay đổi về quy trình.
Mô phỏng DalatSim đã được phát triển và chứng minh đáp ứng các yêu cầu mô phỏng quá độ thời gian thực của lò phản ứng Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt (DNRR). Các quy trình xác minh và thẩm định khẳng định DalatSim phù hợp cho đào tạo vận hành, giáo dục đại học và nghiên cứu. Nó đem lại một giải pháp thay thế tiết kiệm chi phí và an toàn cho việc sử dụng lò phản ứng nghiên cứu hạt nhân trên thực tế để đào tạo và phân tích. Điều này góp phần nâng cao hiệu quả vận hành.
Kết quả được nêu chi tiết trong bài “Development of a real-time interactive physics simulator for the Dalat Nuclear Research Reactor of Vietnam”, xuất bản trên tạp chí Annals of Nuclear Energy.□
Bài đăng Tia Sáng số 20/2025
