Semina định kỳ “Phát triển chương trình tăng tính chính xác của mô phỏng cho hiện tượng tái cấp nước vùng hoạt trong sự cố LOCA vỡ lớn”

    Vừa qua, Đoàn thanh niên Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân (KH&KTHN) đã tổ buổi hội thảo với chủ đề “Phát triển chương trình tăng tính chính xác của mô phỏng cho hiện tượng tái cấp nước vùng hoạt trong sự cố LOCA vỡ lớn” do TS Nguyễn Hữu Tiệp - cán bộ nghiên cứu thuộc Trung tâm Năng lượng hạt nhân trình bày. Đây là kết quả nghiên cứu trong luận án tiến sĩ của cán bộ Nguyễn Hữu Tiệp được thực hiện và bảo vệ tốt nghiệp vào tháng 4/2022 tại Đại học Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc, Viện Nghiên cứu Năng lượng nguyên tử Hàn Quốc. Tham dự buổi hội thảo có PGS. TS Phạm Đức Khuê - Viện trưởng Viện KH&KTHN, lãnh đạo một số đơn vị trực thuộc và đông đảo cán bộ nghiên cứu trong và ngoài Viện.

Hình ảnh TS. Nguyễn Hữu Tiệp trình bày tại buổi hội thảo

       Trong báo cáo của mình, TS. Nguyễn Hữu Tiệp đã trình bày kỹ thuật đồng hóa dữ liệu để cải thiện các tính toán mô phỏng cho hiện tượng thủy nhiệt sau khi tái cấp nước cho vùng hoạt trong sự cố mất nước làm mát. Các kết quả tính toán cho thấy sự phù hợp tốt hơn của kết quả mô phỏng với thực nghiệm khi sử dụng kỹ thuật đồng hóa dữ liệu. Hơn nữa, các mô hình vật lý quan trọng nhất trong mô phỏng, đã được xác định bằng cách sử dụng phân bố độ lệch chuẩn. Bài báo “Dùng kỹ thuật đồng bộ hoá dữ liệu (data assimilation) để tăng tính chính xác của kết quả tính toán cho hệ thực nghiệm FLECHT SEASET dùng chương trình tính toán SPACE” công bố trên tạp chí Annals of Nuclear Energy, Tập 161, tháng 10 2021, 108462. Phương pháp gieo sắc xuất ngẫu nhiên được sử dụng trong chương trình PAPIRUS trong bài báo. Theo đó, khi áp dụng phương pháp gieo số ngẫu nhiên cùng với xác suất chấp nhận nghiệm xấu, hàm phân bố giải tích đã được xác định sau 20000 vòng lặp. Điều này giúp tăng sự kỳ vọng tìm thấy nghiệm tốt hơn khi áp dụng phương pháp này cho bài toán tăng tính chính xác của mô phỏng dùng data assimilation.

Hình 1. Kết quả mô phỏng bình thường (chưa áp dụng phương pháp tăng tính chính xác)

Hình 2. Kết quả tính toán quenching time trước và sau khi áp dụng kỹ thuật data assimilation.

       Các kết quả trên hình cho thấy các kết quả sau khi áp dụng kỹ thuật data assimilation đã phù hợp rất tốt với kết quả thực nghiệm (Hình 1, 2). Điều này khẳng định rằng, việc áp dụng phương pháp Metropolis-Hasting Monte Carlo trong kỹ thuật data assimilation đã đúng đắn và thu được những kết quả rất tốt. 

       Tuy nhiên, chương trình PAPIRUS (do KAERI phát triển) có tỷ lệ chấp nhận thấp và thời gian tính toán dài. Do đó, trong thời gian làm nghiên cứu sinh, TS. Nguyễn Hữu Tiệp đã tự phát triển chương trình STARU (STARU là chương trình đồng hóa dữ liệu tối ưu dựa trên độ bất định và phương pháp gieo số ngẫu nhiên Monte Carlo cho bài toán không tuyến tính) để so sánh với PAPIRUS, với mục đích cải thiện thuật toán và giảm thời gian tính toán. Trong chương trình này, TS. Tiệp đã đề xuất một phương pháp đánh giá độ chính xác cũng như phương pháp mới để lấy mẫu Monte Carlo. Kết quả là, sự hội tụ của hệ thống nhanh hơn, tốt hơn và ổn định hơn. Chương trình STARU, có thể áp dụng cho các chương trình khác để tìm kiếm các giá trị tốt nhất của các thông số có thể điều chỉnh trong phạm vi độ không đảm bảo của chúng. Điểm nổi bật của STARU là tỷ lệ chấp nhận cao hơn và thời gian tính toán nhanh hơn so với PAPIRUS.

       Kết quả nghiên cứu và phát triển STARU được TS. Nguyễn Hữu Tiệp cùng cộng sự công bố có tên “Phát triển chương trình tăng tính chính xác của mô phỏng cho hiện tượng tái cấp nước vùng hoạt trong sự cố LOCA vỡ lớn dùng kỹ thuật data assimilation” đăng trên tạp chí Nuclear Engineering and Design, Tập 390, 15 Tháng 4 năm 2022, 111724.  Hình 3 cho thấy sự cải tiến của STARU là tốt hơn so với PAPIRUS vì STARU đã tìm thấy nghiệm tốt hơn so với PAPIRUS (giá trị R nhỏ hơn). R là đại lượng để xác định độ chính xác của kết quả mô phỏng, giá trị của R càng nhỏ thì kết quả mô phỏng càng tốt so với thực nghiệm.

Hình 3. Kết quả so sánh giữa chương trình STARU và chương trình PAPIRUS

Hình 4. Sự cải tiến của các kết quả mô phỏng dùng STARU và PAPIRUS

       Kết quả mô phỏng các thông số đặc trưng vật lý trong Hình 4 cho thấy sự cải tiến của STARU đạt được là tốt hơn so với chương trình PAPIRUS. Ngoài ra, các mô hình vật lý quan trọng nhất (ảnh hưởng lớn nhất tới tính toán) đã được đánh giá một cách khách quan từ kết quả data assimilation của STARU và PAPIRUS. Hơn thế nữa, các kết quả đó của STARU cũng phù hợp rất tốt với PAPIRUS, điều này càng củng cố tính đúng đắn của cả hai chương trình data assimilation trong việc cải tiến mô hình mô phỏng cho hiện tượng tái cấp nước vùng hoạt sau sự cố LOCA vỡ lớn của chương trình SPACE.

       Bài trình bày của TS. Nguyễn Hữu Tiệp nhận được sự quan tâm của các cán bộ tham dự hội thảo với nhiều tiềm năng hợp tác cũng như ứng dụng chương trình STARU trong một số lĩnh vực liên quan. Trong phần thảo luận, TS. Nguyễn Hữu Tiệp đã trả lời nhiều câu hỏi nhằm giải đáp thắc mắc về các nội dung trong bài trình bày. Thông qua buổi hội thảo, nhóm nghiên cứu của Trung tâm Năng lượng hạt nhân nói riêng và các cán bộ nghiên cứu của Viện KH&KTHN đã có thêm thông tin, kiến thức liên quan đến lĩnh vực nghiên của an toàn nhà máy điện hạt nhân. Với những nỗ lực và thành tích đạt được, TS. Nguyễn Hữu Tiệp đã nhận được học bổng sau tiến sĩ trong thời gian 2 năm và tiếp tục hướng nghiên cứu của mình tại Đại học Sejong, Hàn Quốc.

Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân