Simulador de Reator

 (dalton-nrs.manchester.ac.uk)
3 pontos por GN⁺ 2023-12-07 | 1 comentários | Compartilhar no WhatsApp
  • Um simulador virtual de reator oferecido pelo Dalton Nuclear Institute da University of Manchester, que permite vivenciar o processo de fornecimento de energia de um Pressurised Water Reactor (PWR)
  • O jogador pode inserir um apelido de 2 a 4 caracteres, assistir ao tour ou começar imediatamente, e durante a experiência são oferecidos o Brain Challenge e a opção do Day 2
  • O objetivo é operar o reator durante um dia de acordo com a demanda nacional de energia, e na tela de resultados a correspondência entre demanda e produção aparece na pontuação
  • Na comparação educacional, mostra-se que uma usina nuclear usa cerca de 118 kg de combustível nuclear por dia, enquanto uma usina a carvão precisa de 14.000.000 kg de carvão
  • O simulador apresenta temas educacionais do Dalton Nuclear Institute, como ciência e engenharia nuclear, descomissionamento de usinas nucleares, novos reatores, melhoria de combustível e fusão nuclear, por meio de um jogo de operação de reator

Estrutura do simulador

  • É um simulador baseado na web oferecido pelo Dalton Nuclear Institute da University of Manchester
  • O alvo é o Pressurised Water Reactor (PWR), e na tela é possível ver um diagrama 2D do PWR e orientações com informações adicionais
  • Antes de começar, é possível inserir um apelido de 2 a 4 caracteres
  • Há campos opcionais de entrada como se é professor, país, código postal, faixa etária educacional e disciplina responsável

Progresso do jogo e elementos educacionais

  • O jogo avança no formato de fornecer energia com o reator ao longo de um dia, e após jogar são exibidos a pontuação e o desempenho
    • Ao concluir, aparece a mensagem “Você forneceu energia ao reator”
    • Pode ser exibida uma mensagem de resultado indicando que a demanda do dia e a produção de energia não coincidiram
    • Depois disso, é possível continuar no Day 2 ou aumentar a pontuação com o Brain Challenge
  • Ao iniciar o Brain Challenge, o jogo atual é encerrado e não é possível continuar para o Day 2
  • Também é oferecida uma comparação do consumo de combustível
    • Usina nuclear: cerca de 118 kg de combustível nuclear por dia
    • Usina a carvão: 14.000.000 kg de carvão por dia
  • O Dalton Nuclear Institute é um centro acadêmico britânico de ciência e engenharia nuclear, com foco em descontaminação ambiental, fechamento seguro de antigos sítios de usinas nucleares, projeto de novos reatores, melhoria de combustível, desenvolvimento de geração por fusão nuclear e formação da próxima geração de especialistas nucleares

Leituras relacionadas

1 comentários

 
GN⁺ 2023-12-07
Opiniões do Hacker News

  • Que estranho! Isso foi feito por um colega que ainda é meu amigo, por volta de 2012~2013. Mais precisamente, foi um port para WebGL, que na época era uma tecnologia relativamente nova, de um programa antigo escrito originalmente em Delphi/Pascal e que usava chamadas OpenGL brutas.
    Pelo que entendi, o principal motivo para levá-lo a plataformas modernas era permitir que rodasse em eventos interativos em lugares como escolas. Ele era mais otimizado para diversão do que para realismo, e lembro que engenheiros nucleares de verdade reclamavam dizendo que “a demanda em uma usina nuclear comercial não variaria tão rápido assim”.

    • No fim dos anos 1970 e início dos anos 1980 havia um simulador de reator chamado SCRAM para Atari 400/800. Joguei no Atari 400 quando estava no ensino médio.
      https://en.wikipedia.org/wiki/Scram_(video_game)
    • Décadas atrás, fiz um curso de engenharia nuclear em uma usina que tinha reatores Magnox refrigerados a gás, talvez Hinkley ou Oldbury. Lembro de ter aprendido que o reator tinha um coeficiente de reatividade térmica ligeiramente positivo.
      O sistema de controle automático não funcionava bem, então ele era operado manualmente, e o simulador de treinamento rodava 10 vezes mais rápido que o real; pudemos experimentar tudo. Mesmo em velocidade acelerada não era difícil, e havia vários sistemas automáticos de segurança em espera para interromper tudo antes que algo ruim acontecesse caso o operador perdesse o controle.
    • O ponto principal parece ser que esta simulação roda com o tempo bastante acelerado.
      Na prática, as pessoas não ficam girando mostradores como “mais vapor” ou “maior potência do reator”; obviamente isso fica a cargo de controladores PID e software. As pessoas monitoram a situação e seguem checklists quando o software não reage corretamente.

  • Isso me fez lembrar de uma ideia de jogo que tenho há tempos.
    Quero criar um jogo em que o jogador monta várias peças para construir motores ou sistemas. Criar o sistema necessário já seria um quebra-cabeça, mas depois seria preciso mostrar que é possível controlar o sistema mesmo com falhas em várias peças, usando sensores, chaves etc. Você consegue construir um reator? Se algo quebrar, consegue descobrir o que estragou olhando apenas para os sensores que posicionou? Consegue consertar o sistema com as chaves que colocou?
    A melhor parte dos simuladores de voo, para mim, sempre foram os aviônicos simulados. Eu adoro apertar botões virtuais e observar instrumentos virtuais.

    • Muito tempo atrás, quando eu estudava “ciência da computação”, uma das aulas era depuração de hardware em um minicomputador PDP-8, que já era antigo mesmo naquela época.
      O instrutor cortava bem de leve, com um estilete, uma trilha da placa de circuito impresso em algum lugar da máquina, e nós escrevíamos código de depuração e usávamos osciloscópio, multímetro etc. para isolar a falha. Consertávamos com uma gota de solda; era extremamente divertido e ensinava muito. Seria ótimo ter um jogo online ou simulador lógico que permitisse fazer algo parecido.
    • Injured Engine é um jogo semelhante: você não monta tudo diretamente, mas precisa fazer manutenção em um motor de carro e reparar peças que quebram por desgaste: https://en.wikipedia.org/wiki/Injured_Engine
    • Não é exatamente a mesma coisa, mas essa ideia me lembrou Gizmos and Gadgets, que eu jogava quando era criança.
      Joguei de novo em um site de arquivo online, e ele continuava tão divertido quanto eu lembrava.
    • Alguns CTFs de segurança são feitos mais ou menos assim. Cria-se um sistema ou aplicativo funcional com falhas, e os participantes precisam encontrar as falhas e explorá-las.
      Em CTFs mais avançados, como o NetWars, às vezes também é preciso corrigir as falhas e se defender dos concorrentes.

  • O primeiro simulador de usina nuclear que experimentei era um programa primitivo baseado em texto que rodava em um DEC 11/780. Para vencer, era preciso atingir uma certa média de MWh a cada turno, ou seja, em períodos de alguns dias.
    Parecia fácil se você simplesmente deixasse ligado, mas havia uma pegadinha. Ele simulava fadiga normal, então quanto mais tempo rodava, maior era a probabilidade de surgir um problema; e quanto maior a potência, mais rápido a fadiga se acumulava. Era preciso desligar o reator periodicamente para manutenção, e quanto mais tempo ele operava, mais longo ficava o período de manutenção. Para ter sucesso, era preciso equilibrar tempo de operação, geração de energia e o tempo necessário de parada para manutenção.
    Quando criança aprendi como reatores produzem eletricidade, então só no ano passado fiquei surpreso ao descobrir que há pessoas que não sabem que reatores, como outras usinas, aquecem água para produzir vapor. Achar que um reator gera eletricidade diretamente a partir da reação também é um modelo até razoável.

    • Só fui entender como reatores funcionam na pós-graduação, e mesmo assim fiquei espantado. Se somos capazes de dividir átomos, eu imaginava que haveria um modo melhor de produzir eletricidade do que girar uma turbina com vapor.
      É claro que existem geradores termoelétricos de radioisótopos, e também https://en.wikipedia.org/wiki/Betavoltaic_device.
    • Por acaso você está falando do Oakflat Nuclear Power Plant Simulator? Não conheço uma versão que rodasse em DEC, mas ela poderia muito bem ter existido, e a descrição é bem parecida.
      Com certeza posso creditar a esse jogo o mérito de alimentar minha obsessão nada saudável por energia nuclear. O mau hábito de apertar botões para ver o que acontece provavelmente também veio dele.
      [1] https://www.mobygames.com/game/62490/the-oakflat-nuclear-pow...

  • Sou ex-operador de reator de submarino da Marinha dos EUA.
    A parte de ajustar a saída de vapor me pareceu um pouco estranha. Em um submarino, o vapor usado para propulsão supera de longe todas as outras cargas de vapor, então há uma pessoa separada responsável pela válvula de aceleração que controla isso.
    Esta simulação é simplificada, mas não é ruim. Só que ela esconde alguns dos aspectos realmente interessantes de um reator resfriado e moderado a água. O ponto mais interessante é que o reator tem autorregulação por causa do coeficiente de reatividade de temperatura negativo da água.
    Quando um átomo de urânio-235 absorve um nêutron que estava vagando, ele fica instável, se divide e libera mais nêutrons. Destes, apenas um número muito pequeno é absorvido por átomos de urânio-235 próximos — e, na verdade, isso é bom. A maioria sai do combustível, e alguns ricocheteiam na água ao redor. Isso desacelera os nêutrons, e alguns retornam ao combustível, são absorvidos e causam mais fissões.
    Por exemplo, se ocorrerem 1.000 fissões e, dos nêutrons resultantes, 800 forem absorvidos por outros átomos de urânio-235, haverá apenas 800 fissões adicionais. Como a reação não se sustenta sozinha, o reator está subcrítico.
    Se 1.000 fissões produzirem 1.200 absorções de nêutrons e reações, o resultado será 1.200 fissões. Como o número de fissões aumenta, o reator está supercrítico.
    Se, como resultado de 1.000 fissões, 1.000 nêutrons forem absorvidos e produzirem novamente 1.000 fissões, o reator está crítico. Dizer que “o reator está crítico” significa que o número de fissões se sustenta sozinho, sem aumentar nem diminuir.
    O número de nêutrons que retornam ao combustível pode ser alterado pela densidade da água. Quanto mais densa a água, maior a probabilidade de os nêutrons colidirem com moléculas de água e voltarem em direção ao combustível.
    A densidade da água é alterada pela temperatura. Quando a água está fria, ela fica mais densa, e a probabilidade de os nêutrons retornarem ao combustível também aumenta.
    A temperatura da água é alterada pela quantidade de calor retirada ao usar mais ou menos vapor.
    Juntando tudo: quanto maior a demanda de vapor, mais calor é retirado da água. Então água mais fria entra no reator, e a água fria reflete mais nêutrons. Mais nêutrons levam a mais fissões, e mais fissões levam a mais calor. Mais calor aquece a água, o que modera o aumento das fissões, até que se alcance um equilíbrio.
    Se a potência estiver alta demais, a temperatura do refrigerante sobe e a potência cai. Se a potência estiver baixa demais, a temperatura do refrigerante cai e a potência sobe. É por isso que a água é um excelente refrigerante e moderador.

    • Sei que terra e mar são diferentes, mas, vendo como submarinos nucleares funcionaram tão bem por décadas, é uma pena que pequenos reatores modulares ainda não tenham sido implantados em abundância.
    • Tenho uma dúvida sobre as barras de controle. Para operar um reator, normalmente as barras de controle são retiradas completamente? Se elas ficam parcialmente inseridas, parece que os pellets de baixo se consumiriam antes dos de cima, fazendo o combustível queimar de forma desigual.
      Fico curioso para saber se isso realmente acontece e, se acontecer, se é um problema com alguma medida de mitigação.
    • Adoro explicações assim. É bonito, elegante e simples.
      Faz décadas desde que, no passado, examinei os detalhes de vários projetos de reatores. Na época, eu ainda não tinha tido contato adequado com conceitos como “teoria de controle” nem com áreas como “engenharia de sistemas” ou “engenharia química” — áreas que pensam em como combinar leis e propriedades simples de energia e matéria para criar sistemas robustos ou, no mínimo, práticos.
      Eu já tinha lido sobre o acidente de Chernobyl e a excursão de potência, a enorme injeção de água, o estado próximo do ponto de ebulição, vazios de vapor etc., mas a questão da temperatura e da densidade nunca tinha me atingido dessa forma.
      Gosto muito desse tipo de “como tudo se encaixa”: o momento em que coisas que, à primeira vista, parecem leis secas e mortas acabam levando a sistemas úteis. Mesmo quando os professores passavam tarefas aparentemente práticas, quem, aos 15 anos, teria interesse em comparar o peso de um pato com o de uma bruxa para determinar combustibilidade e bruxidade? ;)
      Quero dizer que as leis citadas aqui são modelos simplificados da matéria e de processos físicos, válidos sob certas suposições e premissas, como escala ou referencial.
    • No trecho “quando a água está fria, ela fica mais densa e aumenta a probabilidade de os nêutrons retornarem ao combustível”, se bem me lembro, a reatividade aumenta porque a água mais densa termaliza os nêutrons em menos tempo.
    • Reatores civis têm coeficiente de temperatura do moderador positivo logo após o recarregamento. Então algumas semanas ficam bem interessantes.

  • Hoje em dia isso pode parecer completamente aleatório, mas eu realmente aprendi isso na escola, na Alemanha. Não em detalhes minuciosos, mas tínhamos aulas de duas horas para cada tipo de reator.
    O que lembro até hoje é que normalmente dá para identificar o tipo de reator só pelo formato do prédio.

  • Legal. Isso me lembra Three Mile Island, da Muse Software para Apple II, um dos primeiros jogos de simulação legais que joguei quando era criança. A sensação de dominar aquela simulação foi incrível na época.
    Manual
    https://archive.org/details/ThreeMileIslandAppleIIManual
    Jogo. Como observação, o salvamento/reinicialização de estado na tela 7 parece estar quebrado, então é melhor evitar.
    https://archive.org/details/a2_Three_Mile_Island_Special_Ver...

    • Era aquele jogo em que você precisava fazer manutenção do trocador de calor e do circuito do refrigerante para impedir contaminação?

  • Link para um vídeo de uma versão para ZX81 na mesma linha.
    https://youtu.be/tB6CC8UbJLU

  • Eu, aos 12 anos, entrei com um único objetivo: fazer explodir.
    O maldito sistema de segurança atrapalhava a minha diversão.

    • Foi a primeira coisa que eu também tentei, todo empolgado esperando uma fusão do núcleo.

  • Meu simulador clássico de usina nuclear favorito é o SIMULA-C, de Ralph Reuhl. Hoje só consigo encontrar este relatório[1], mas tanto o código-fonte em C quanto o executável para MS-DOS já foram disponibilizados publicamente
    Na época em que eu sabia a URL, a Wayback Machine conseguia buscar o arquivo .exe, mas não o arquivo do código-fonte. Alguém se lembra disso? Há capturas de tela no final do PDF
    [1] https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:29043408

  • Elegante. Mas o que exatamente a alavanca do gerador de vapor controla? A bomba na parte inferior? As barras de controle se movem na imagem, então ficam mais claras

    • Ela controla a vazão da água que passa pelo gerador de vapor