С тех пор реакторы значительно улучшились с точки зрения безопасности, устойчивости и эффективности. В отличие от легководных реакторов на Фукусиме, в которых использовался жидкий теплоноситель и урановое топливо, реакторы нынешнего поколения имеют множество вариантов теплоносителя, включая смеси расплава и соли, сверхкритическую воду и даже газы, такие как гелий.

Доктор Жан Рагуза и доктор Маурисио Эдуардо Тано Ретамалес с факультета ядерной инженерии Техасского университета A &M изучали новый реактор четвертого поколения - реакторы с галечным слоем. Реакторы с галечным слоем используют сферические топливные элементы (известные как галька) и жидкий теплоноситель (обычно газ).

"В таком реакторе содержится около 40 000 топливных камешков", - сказал Рагуза. "Представьте себе реактор как действительно большое ведро с 40 000 теннисными мячами внутри".

Во время аварии, когда газ в активной зоне реактора начинает нагреваться, холодный воздух снизу начинает подниматься, процесс, известный как естественное конвекционное охлаждение. Кроме того, топливная галька изготовлена из пиролитического углерода и трехструктурно-изотропных частиц, что делает ее устойчивой к температурам до 3000 градусов по Фаренгейту. Будучи реакторами с очень высокой температурой (VHTR), реакторы с галечным слоем могут охлаждаться за счет пассивной естественной циркуляции, что делает теоретически невозможным возникновение аварии, подобной Фукусиме.

Однако при нормальной работе высокоскоростной поток охлаждает гальку. Этот поток создает движение вокруг топливных камешков и между ними, подобно тому, как порыв ветра изменяет траекторию теннисного мяча. Как вы объясняете трение между камушками и влияние этого трения на процесс охлаждения?

Именно на этот вопрос Рагуза и Тано стремились ответить в своей последней публикации в журнале Ядерная технология под названием "Связанная вычислительная гидродинамика - Исследование байпасных потоков в реакторе с галечным слоем методом дискретных элементов".

"Мы определили местоположение этих "теннисных мячей", используя метод дискретных элементов, где мы учитываем движение, вызванное потоком, и трение между всеми теннисными мячами", - сказал Тано. "Затем связанная модель проверяется на соответствие тепловым измерениям в эксперименте SANA".

Эксперимент SANA был проведен в начале 1990-х годов и измерял, как механизмы в реакторе меняются местами при передаче тепла от центра цилиндра к внешней части. Этот эксперимент позволил Тано и Рагузе получить стандарт, по которому они могли бы проверять свои модели.

В результате их команды разработали связанную модель вычислительной гидродинамики с использованием методов дискретных элементов для изучения течения над галечным слоем. Эта модель теперь может быть применена ко всем высокотемпературным реакторам с галечным слоем и является первой в своем роде вычислительной моделью, позволяющей это сделать. Именно такие высокоточные инструменты, как этот, позволяют поставщикам разрабатывать более совершенные реакторы.

"Вычислительные модели, которые мы создаем, помогают нам более точно оценивать различные физические явления в реакторе", - сказал Тано. "В результате реакторы могут работать с более высоким запасом, теоретически производя больше энергии при одновременном повышении безопасности реактора. Мы делаем то же самое с нашими моделями реакторов на расплавленной соли для Министерства энергетики".

По мере того как искусственный интеллект продолжает развиваться, его приложения для вычислительного моделирования растут. "Мы переживаем очень волнующее время для этой области", - сказал Рагуза. "И мы призываем всех будущих студентов, интересующихся компьютерным моделированием, обратиться к нам, потому что, мы надеемся, эта область будет существовать еще долгое время".