Yazılımların simülatör oluşturması işleri çok kolaylaştırır ve çalışmayı çok ekonomik hale getirir. Ancak simülatörlerin arkasında ciddi bir iş yükü olduğu unutulmamalıdır. Yanlış bir hesaplama deneylerinizi istenmeye yöne çekebilir. Bu yüzdende kendi işinizin uzmanı olmanız ve simülasyon yazılırken birazda yazılım işine bulaşmanız iyi olur. Hep söylerim “herkes bir gün kendi yazılımını yazacak!”.
Her neyse konu bu hafta yine Nükleer Enerji ve Reaktörlerinin yeni nesil çalışmaları. Bu konuda hızlı bir araştırma yapmak için genellikle doktora çalışmalarına bakarım. Bu çalışmaların bitenlerine değil. Hali hazırda yeni çalışmalarına devam edenlerin açıklamamaları beni etkiler. Çünkü gerçekten “yeni” dir.
Aşağıdaki yazı, Nötron’un Nükleer Reaktörler içindeki davranışlarını araştıran bir doktora öğrencisinin çalışmasından.
Nükleer reaktörlerde nötron davranışını simüle etmek
Amelia Trainer bir iddiayı kaybettiği için MIT’e başvurdu.
Dördüncü sınıf nükleer bilim ve mühendislik (NSE) doktora öğrencisinin “ergenlik asi evresi” olarak adlandırdığı dönemin bir parçası olarak Trainer, başvuruda bulunması durumunda başvuru ücretini boşa harcayacağına oldukça ikna olmuştu. Üniversiteye gitmek istediğinden “süper emin” bile değildi. Ancak bir lise arkadaşı, Trainer’ın başvuru yapması halinde “en iyi okullardan” birine girebileceğine inanıyordu. Bunun üzerine bir iddia ortaya çıktı: Antrenör kaybederse MIT’e başvurmak zorunda kalacaktı. Antrenör kaybetti ve kazandığına sevindi.
Daytona Beach, Florida’da büyüyen biri olarak iyi notlar almak Trainer’ın işiydi. Arkadaşlarının okullar arası matematik yarışmalarına katıldığını gören Trainer, ona katılmaya karar verdi ve çok geçmeden onları sevdiğini fark etti. Odayı okuma konusunda usta olduğunu hatırlıyor: Eğer takımlar özellikle bir problem üzerinde mücadele ediyorsa, Trainer cevabın sıfır veya bir gibi kolay bir şey olması gerektiğini düşündü. “En zor problemler genellikle en saçma cevaplara sahip olur” diye gülüyor.
Nötron davranışını simüle etmek
Bir doktora öğrencisi olarak matematikteki zor problemler, özellikle hesaplamalı reaktör fiziği, Eğitmenin en güçlü yanı olmaya devam ediyor.
MIT NSE’nin Hesaplamalı Reaktör Fiziği Grubu’ndan (CRPG) Profesör Benoit Forget’in rehberliğinde yaptığı araştırma, reaktörlerdeki karmaşık nötron davranışının modellenmesine odaklanıyor. Simülasyon, potansiyel olarak ekonomik olmayan bir birimin geliştirilmesine milyonlarca dolar harcanmadan önce reaktörlerin davranışının tahmin edilmesine yardımcı olur. Eğitmen simülasyonları kullanarak “nötronların nereye gittiğini, ne kadar ısı üretildiğini ve reaktörün ne kadar güç üretebileceğini” görebilir. Araştırmaları gelecek nesil nükleer santrallerin temelini oluşturmaya yardımcı oluyor.
Bir nükleer reaktör içindeki nötron davranışını simüle etmek için öncelikle nötronların sistem içindeki çeşitli malzemelerle nasıl etkileşime gireceğini bilmeniz gerekir. Bu nötronlar son derece farklı enerjilere sahip olabilir, dolayısıyla onları farklı fiziksel olaylara karşı duyarlı hale getirebilirler. Lisansüstü eğitiminin tamamı boyunca Trainer öncelikle yavaş hareket eden nötronlar ve onların saçılma davranışları ile ilgili fizikle ilgilendi.
Yavaş bir nötron bir malzemeden saçıldığında, malzemenin atomları arasındaki moleküler titreşimleri indükleyebilir veya iptal edebilir. Malzeme titreşimlerinin nötron enerjileri ve dolayısıyla reaktör davranışı üzerindeki etkisi, yıllar içinde büyük ölçüde tahmin edilmiştir. Eğitmen öncelikle, tarihsel olarak yanlış tanıtılan materyaller için saçılma verileri oluşturarak ve yavaş nötron saçılım verilerini hazırlamak için yeni teknikler keşfederek bu yaklaşımlardan biraz uzaklaşmakla ilgileniyor.
Eğitmen, sınırlı girdi verileriyle nötron davranışını tahmin etmenin bir yolunu keşfettiği Kovid-19 salgınının ilk günlerinde bir simülasyonun tamamlanmasını beklediğini hatırlıyor. Geleneksel olarak “insanların, nötronların belirli koşullar altında ne yapacağına dair büyük tablolar depolaması gerekiyor” diyor. Trainer, “Bundan gerçekten çok mutluyum, çünkü bu, nötronunuzun çok az bilgiden ne yaptığını örneklemenin gerçekten harika bir yöntemi” diyor.
Trainer, araştırmasının bir parçası olarak genellikle iki yazılım paketiyle yakın işbirliği içinde çalışıyor: OpenMC ve NJOY. OpenMC, CRPG’de geliştirilen ve reaktör sistemlerindeki nötron davranışını simüle etmek için kullanılan bir Monte Carlo nötron taşıma simülasyon kodudur. NJOY nükleer bir veri işleme aracıdır ve OpenMC gibi araçlara beslenen maddi verileri oluşturmak, artırmak ve hazırlamak için kullanılır. Eğitmen, bu iki kodu da kendi spesifikasyonlarına göre düzenleyerek, “yukarı akış” malzeme verilerinin “aşağı akış” reaktör hesaplamaları üzerindeki etkisini gözlemleyebilir. Bu sayede ek sorunları tanımlamayı umuyor: fizikte gözle görülür bir yanlış beyana yol açabilecek yaklaşımlar.
Geometri ve şiir aşkı
Eğitmen bilimin havalılığını çocukken keşfetti. İç mekan bitkileriyle ilgilenen ve birden fazla sera işleten annesi ile zanaatı aracılığıyla malzeme bilimini keşfeden bir demirci ve nalbant olan babası, kendi kendini yetiştirmiş ilham kaynaklarıydı.
Eğitmen’in babası, kızını heyecan verici bulduğu her konuyu öğrenmesi ve takip etmesi konusunda teşvik etti ve erken çocukluk döneminde konuşma engeliyle mücadele ederken onu “Calvin ve Hobbes” şiirlerinden yüksek sesle okumaya teşvik etti. Her gün aynı pasajları okumak onları ezberlemesine yardımcı oldu. Trainer, “Bunun doğal tezahürü şiir sevgisine kadar uzandı” diyor.
Trainer’ın eğlence eğilimiyle birleşen şiir aşkı, onu MIT’nin sponsorluğunda mezunlara yönelik bir etkinliğin parçası olarak pi’ye bir kaside yazmaya yöneltti. “Aslında sadece kek için bu işin içindeydim” diye gülüyor. (Katılımcılara hoşgörülü bir ikram verildi).
Hesaplamalar ve nükleer bilim
MIT’e kabul edildikten sonra Trainer, becerilerini mevcut seviyelere taşıyacak bir alanda eğitim almak istediğini biliyordu – “genel açıdan bakıldığında matematik becerilerim oldukça az gelişmişti” diyor. NSE bölümünden öğretim üyeleriyle buluştuğu MIT’de halka açık bir haftasonu ve temiz enerjiye yönelik çalışan bir disipline katkıda bulunma fırsatı, Trainer’ın NSE’ye katılma kararını pekiştirdi.
Trainer, bir lise öğrencisi olarak bilgisayar kodlamayı öğrenmek için Embry-Riddle Havacılık Üniversitesi’nden burs kazandı ve hesaplamalı fiziğin kendi ilgi alanlarına daha uygun olabileceğini biliyordu. 2014 yılında lisans öğrencisi olarak MIT’ye katıldıktan sonra, kodlama ve modellemeye odaklanan CRPG’nin iyi bir seçim olabileceğini fark etti. Neyse ki, Forget’in ekibinden bir yüksek lisans öğrencisi, Lisans birinci yılında bile Trainer’ın araştırma konusundaki coşkusunu memnuniyetle karşıladı. O zamandan beri laboratuvarda kalıyor.
NJOY’un yaratıcıları olan Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’ndaki araştırma stajları, Trainer’ın modelleme ve hesaplamalı fizik konusundaki tutkusunu daha da artırdı. MIT’de bir konuşma yaptıktan sonra Los Alamos’lu bir bilim adamıyla tanıştı ve bu, NJOY kodunun bazı bölümleri üzerinde çalışabileceği bir işbirliğine dönüştü. Trainer, “Beni fizik ve veri hazırlama tekniklerine derinlemesine dalmaya yönlendiren gerçekten harika bir işbirliği haline geldi ve bu çok tatmin ediciydi” diyor. Sırada ne olduğuna gelince, Trainer, Enerji Bakanlığı’nın Deniz Reaktörleri Bölümü tarafından nükleer mühendislik alanında Rickover bursuyla ödüllendirildi ve mezun olduktan sonra Pittsburgh’daki programa katılacak.
Trainer’ın kedileri Jacques ve Monster uzun yıllardır sürekli bir arkadaştır. “Nötronlar, bilgisayarlar ve kediler benim kişiliğimdir” diye gülüyor. Çalışma onun tutkusunu beslemeye devam ediyor. Trainer’ın favori “Calvin” avatarı Spaceman Spiff’in favori ifadesini ödünç alırsak, Trainer’ın araştırmaya yaklaşımı her zaman şu olmuştur: “Başka bir gün, başka bir akıllara durgunluk veren macera.”