Dobókocka

Az Európai Atomenergia-közösség idei nukleáris innovációs díjazottjai ­között szerepel a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Természettudományi Karának Légrády Dávid egyetemi docens által vezetett kutatócsoportja. A Guardyan szimulációs szoftverért odaítélt megosztott harmadik helyezés díját a franciaországi Lyonban megrendezett FISA 2022 konferencián adták át a csoport vezetőjének.

Légrády Dávid Atomfizikus 20220609 Budapest Fotó Bach Máté Magyar Nemzet Fotó: Bach Máté

– Azt lehet olvasni az atomreaktorok biztonsági kockázatainak elemzésére alkotott szimulációs szoftverükről, hogy olyan pontosságú neutronfizikai számításokat tesz lehetővé, amelyek néhány éve még elképzelhetetlenek voltak. Hány ember és mennyi év erőfeszítése van ebben az elismerésben?
– Tíz fizikus és informatikus kolléga hat-hét éves összehangolt munkája. Az alapötlet az én fejemből pattant ki, de Tolnai Gábor fizikus kollégám volt az, aki magát a kódot írta, valamint részfeladatok elvégzése révén fontos szerep jutott a munkacsoportot alkotó mester-, illetve doktori képzésben részt vevő hallgatóknak is.

– Közelebbről mire való a szoftver?
– Az atomreaktorok biztonságos üzemeltetésének egyik kulcsa, hogy pontos képünk legyen arról, milyen folyamatok játszódhatnak le a reaktorban bármilyen váratlan esemény következtében. Minden elképzelhető és elképzelhetetlen eshetőséget számításba kell venni, ami nagyon pontos szimulációs modellezést tesz szükségessé. Az elmúlt fél évszázadban egyre pontosabb számítási módszerek terjedtek el az iparágban, de a mi programunk ezeket túlszárnyalja, ezt díjazta az uniós szervezet. Ötletünk a Monte-Carlo-módszeren alapul, amelyet erre a feladatra mi kezdtünk el elsőként használni.

– Monte-Carlo-módszer?
– Ez egy valószínűségszámítási modell, amelynek kifejlesztésében annak idején Neumann Jánosnak is szerepe volt. Az elnevezés a kaszinókban működő szerencsejátékokra utal, persze egy atomreaktor esetén nem hatoldalú dobókockával, hanem egy, tíz a kétszázharmincadikon oldalú „kockával” van dolgunk. Az alapötlet az, ha nagyon sokszor kipróbáljuk, hogy mi történik, majd vesszük a történések átlagát, az megmutatja, hogy nagy valószínűséggel mi lesz a törvényszerűség. A részecskék atomreaktor-béli mozgását a nagy számok miatt kézenfekvő ezzel a valószínűségszámítási módszerrel meghatározni. Az akadályt eddig a számítógépes kapacitás hiánya jelentette, legalábbis mindenki azt hitte, hogy nincs az a teljesítmény, amely elegendő volna egy ilyen szoftver futtatására.

– És itt jöttek önök a képbe, ha jól sejtem…
– Az ihletet a számítógépes képi látvány-előkészítő folyamatok adták, amelyek ugyancsak a Monte-Carlo-módszer szerint működnek. Akik kicsit is jártasak a digitális filmek vagy számítógépes játékok készítésében, azok számára a renderelés (leszámoltatás) kifejezés nem ismeretlen. Ez az, amikor a számítógép a rengeteg input adatból egy megjelenítésre alkalmas fájlt készít (minden egyes pixel külön adat, amely képfrissítéstől függően másodpercenként átlag 25-50 alkalommal változik). A fény terjedése nagyon hasonlít a neutronok anyagban történő mozgásához, ezért a reaktorbeli folyamatok hasonló algoritmussal számíthatók ki, mint egy számítógépes játékban az élethűnek látszó digitális világ képe. A videó­kártyákat kifejezetten az ilyen nagyon gyorsan elvégzendő számítási feladatra fejlesztették ki. A számítógépes játékok teljesítményigénye miatt ez a technológia ugrásszerű fejlődésen ment keresztül. A Guardyan kódját éppen ezért kifejezetten GPU videókártyákra optimalizáltuk, a programot pedig nukleáris reaktorok működésének elemzésére írtuk. A program legfőbb erénye a pontosság, ezért elsősorban hatósági ellenőrzéseknél, az adatok validálásánál lehet szerepe. Baleseti szcenáriókkal eddig is rutinszerűen számoltak a szakemberek, de más módszerekkel. Ha nálunk is ugyanaz az eredmény jön ki, akkor az visszaigazolja az ő számításaikat.

– Igaz, hogy az üzemelő paksi blokkok egyikét már ellenőrizték is?
– Igen, amihez figyelembe kellett venni a zóna 44 ezer üzemanyagpálcájában lejátszódó kölcsönhatások sokéves történetét, a neutron­fluxust mérő detektorok elhelyezkedését, a hőmérsékleti viszonyokat és még egy sor más tényezőt. A reaktorindítás előtti, rutinszerű időfüggő mérések eredményeit a program teljes részletességgel és kiváló eredménnyel reprodukálta.

– Ezek után hol fogják alkalmazni a programjukat?
– Erre jelenleg nem tudok választ adni. Idehaza az atomenergia-hivatalnak lehet fontos, hogy a program segítségével vissza tudja ellenőrizni a más módon elvégzett számításokat. A díjnyertes szoftver a Budapesti Műszaki Egyetem tulajdona, egyetemként pedig elvileg abban lennénk érdekeltek, hogy tudományos szolgáltatásként érté­kesítsük az erőművi blokkokra vonatkozó számítási eredményeket akár idehaza, akár a nemzetközi porondon. Ehhez célszerű volna a Guardy­an fejlesztését folytatni, amire részleges finanszírozást biztosított a Tématerület Kiválósági ­Program, de ez a nyárral kifut. A további finanszírozást adó Országos Atomenergia Hivatallal kötött kétéves keretszerződésünk is lejárt, ők egyelőre nem tudják tovább finanszírozni a munkát. Most tehát anyagi bázist keresünk. Ha megtalálnánk, akkor összekapcsolnánk a neutronszámításokat a termodinamikai folyamatok szimulációjával. Már van is ilyen kódunk, meglenne a csatolás, most jönne az, hogy elemezzük, valóban működik-e. Ha mindez a reményeink szerint alakulna, a jövőben tudományos szolgáltatásként egy ilyen kóddal kiegészítve egyetemünk biztonsági elemzéseket végezhetne a világ atomreaktorai, illetve nukleáris hatóságai számára.

Borítókép: Légrády Dávid (Fotó: Bach Máté)