Исследования нейтронных шумов в ядерных ректорах

В период с 1967 по 1996 годы занимался изучением частотного спектра флуктуаций нейтронного потока(называемых также нейтронными шумами) в активной зоне ядерного реактора с целью определения по ним его технологических параметров, которые не поддаются прямой диагностике стандартными системами контроля. Отсутствие, в то время, серийно выпускаемой промышленностью, экспериментальной аппаратуры, позволяющей непосредственно в процессе экспериментов осуществлять спектральный анализ нейтронных шумов, вызвало необходимость произвести разработку малошумящего 4-х канального усилителя, аналого-цифрового преобразователя и магнитографа, для осуществления записей нейтронных шумов в частотном диапазоне от 0,01 до 100 гц.

В течение этого периода была проведена серия экспериментов сначала на водо-водяном, а затем на промышленном двух целевом уран-графитовом реакторах, по результатам исследования которых представлена диссертационная работа на тему: «Исследование нейтронных шумов промышленного уран-графитового реактора, соответствующих нормальному режиму его работы, с целью ранней диагностики возникновения аварийных ситуаций в его  активной зоне  в процессе эксплуатации».

Исследования показали, что для промышленного реактора в режиме нормального функционирования характерно наличие в частотном спектре нейтронных шумов резонансов на частоте 0,6 и 1,2 гц, которые объясняются, согласно проведенным расчетам и результатам математического моделирования на аналоговой ЭВМ, влиянием прохождения теплоносителя через активную зону реактора, а также отклонением от косинусной формы распределения нейтронного потока по высоте активной зоны. Наличие других резонансов в спектре объясняется проведенными расчетами вибрацией технологических каналов под действием турбулентного потока теплоносителя, вибрирующих на собственной резонансной частоте.

В пятой главе диссертации описаны два новых метода: с помощью первого, названного в последствии фазокогерентным методом, осуществляется определение момента закипания теплоносителя в канале уран-графитового реактора, а второго – определяется координата границы, разделяющей экономайзерный и кипящий участки по высоте технологического канала  уран-графитового реактора в случае закипания теплоносителя.  На эти методы были выданы авторские свидетельства.

            Исследования ресурсных характеристик космического термоэмиссионного реактора-генератора путем его имитационного моделирования на ЭВМ.

Начиная с 1978 и по 1985 годы руководил на кафедре Прикладной математики Кибернетического центра ТПИ лабораторией «Имитационного моделирования» в количестве 26 человек, которая выполняла научно-исследовательские работы для НПО «Энергии» по Постановлению ВПК Совмина СССР. Необходимость создания 3-х мерной нестационарной имитационной модели космического термоэмиссионного ядерного реактора была обусловлена высокой стоимостью данной установки. Для уменьшения объемно-весовых габаритов в качестве ядерного топлива использовался уран  с 94 % обогащением U235.  В качестве конструкционного материала использовался редкоземельный материал бериллий, который по стоимости,  был сопоставим с золотом.  Поэтому создание полномасштабной натурной модели такого реактора было государству в то время не по карману.

Коллективом лаборатории по заданию Правительства был создан программный комплекс для 3-х закольцованных в центре космических исследований БЭСМ-6, позволяющий исследовать динамику изменения характеристик нейтронно-физических и тепло-гидравлических процессов, а также изменения электрических параметров низкотемпературной плазмы в  электрогенерирующих элементах и электрогенерирующих каналах в любой точке активной зоны термоэмиссионного ректора-генератора, в котором происходило прямое преобразование тепловой энергии, выделяющейся в результате деления урана, в электрическую энергию.

Кроме того разработанный программный комплекс позволял проигрывать  возможные аварийные ситуации, в процессе эксплуатации реактора-генератора. Проведенные исследования на имитационной модели термоэмис­сионного реактора-генератора, выявили возможное возникновение неизвестной для того времени большой аварии характерной для реакторов данного типа. В результате возникновения короткого замыкания в одном из электрогенерирующих элементов вследствие распухания в нем твэла, возникает лавинообразный аварийный процесс в активной зоне реактора-генератора, подобный эффекту «домино», приводящий в конечном итоге выходу из строя всей космической установки.

На основании полученных результатов ис­следований зародилось новое научное направление по созданию аварийных систем, предохраняющих возникновение каскадных коротких замыканий в активной зоне энерге­тического термоэмиссионного реактора-генератора. Кроме того отдельные программы комплекса использовались для идентификации внутренних параметров электрогенерирующих каналов, вышедших из строя в процессе ресурсных испытаний в активной зоне исследовательского водо-водяного реактора в городе Алма-ата. По результатам проведенных исследований представили и защитили диссертации на соискание степени кандидата технических наук следующие сотрудники лаборатории: 1. Мендельбаум М.А., 2. Суханов М.С. 3. Великанов В.В. 4. Бабушкин Ю.В. 5. Зимин В.П.

Создание компьютерных автоматизированных систем для обучения
курсантов военно-морских училищ СССР

С 1986 года лаборатория «Имитационного моделирования» перешла к работам по созданию первых АОС для подготовки курсантов ВМФ СССР.  По Постановлению ВПК при Совмине СССР Томскому политехническому институту  было поручено выполнить НИР «Таверна», результатом которой является создание Автоматизированной обучающей системы для обучения курсантов военно-морского училища имени Ф.З. Дзержинского по . В качестве персональных компьютеров были приобретены персональные компьютеры, выпускаемые Курским заводом вычислительных машин. По своим характеристикам они значительно уступали персональным компьютерам, выпускаемым в Америке и соответственно системное программное обеспечение было у них доморощенное и не стыковалось с импортными ПК. Несмотря на отсутствие опыта, лаборатория успешно разработала АОС, которая по архитектуре построения и своим возможностям соответствовала обучающим системам, разрабатываемым в то время за рубежом и была принята Заказчиком в эксплуатацию.

На основании успешно проведенных работ для ВМФ Решением ГК СМ СССР от 5.11.88 г. была утверждена НИР  «Луноход», согласно которой Кибернетическому центру Томского политехнического института   поручалось выполнить научно-исследовательскую работу по теме: «Теоретическое и экспериментальное исследование проблемы создания самосовершенствующейся компьютерной обучающей системы для коллективно-индивидуальной подготовки курсантов ВМУЗ СВМИУ на базе методологии экспертных систем».  Данная работа выполнялась ТПУ  для СВВМИУ ВМФ СССР. Чтобы обеспечить успешное выполнение правительственное задание на высоком научном уровне в 1989 году  лаборатория «Имитационного моделирования» была преобразована приказом директора КЦ ТПУ  В.З.Ямпольского в  «Отделение прикладных проблем искусственного интеллекта» (ОППИИ), соcтоящее из трех лабораторий и одного отдела. Численность научного коллектива в отделении ППИИ до развала СССР достигала 70 человек.

Темпы и тенденции развития наукоемких областей военной техники в частности атомного военно-морского флота предъявляют все более жесткие требования к качеству и времени подготовки специалистов. Профессиональная подготовка операторов корабельной ядерной реакторной установки (КЯРУ) осуществляется на тренажерах, имитирующих реальную обстановку, в которой действует оператор.

Рабочим местом оператора являются в настоящее время функционально-аналитические (понятийные) тренажеры, реализованные на ЭВМ, и пришедшие на смену полномасштабным тренажерам. Использование в обучении понятийных тренажеров позволяет сформировать умение у операторов воссоздать реальный процесс, протекающий в технологических цепях, по показаниям приборов, учит распознавать аварийные ситуации и принимать оптимальные управленческие решения

Наряду с тренажерной подготовкой курсанта осуществляется и предтренажерная его подготовка, которая включает в себя: освоение курсантом теоретических  курсов, выполнение  практических и лабораторных работ по обслуживанию и эксплуатации технических средств корабля, проводимых под контролем  преподавателей. Однако эффективность использования существующих технических средств обучения в учебном процессе,  значительно отличается от эффективности достигаемой на понятийных тренажерах КЯРУ.