Reaktor-Simulator

 (dalton-nrs.manchester.ac.uk)
3 Punkte von GN⁺ 2023-12-07 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Ein virtueller Reaktor-Simulator des Dalton Nuclear Institute der University of Manchester, mit dem man den Prozess der Stromversorgung durch einen Pressurised Water Reactor (PWR) erleben kann
  • Spieler geben einen Nickname mit 2 bis 4 Zeichen ein und können eine Tour ansehen oder direkt starten; während des Ablaufs gibt es eine Brain Challenge und Optionen für Day 2
  • Ziel ist es, den Reaktor einen Tag lang so zu betreiben, dass er den nationalen Strombedarf deckt; auf dem Ergebnisbildschirm zeigt die Punktzahl, ob Nachfrage und Leistung übereinstimmen
  • In einem didaktischen Vergleich wird gezeigt: Während ein Kernkraftwerk pro Tag etwa 118 kg Kernbrennstoff verbraucht, benötigt ein Kohlekraftwerk 14.000.000 kg Kohle
  • Über das Reaktor-Betriebsspiel führt der Simulator an Bildungsthemen des Dalton Nuclear Institute heran, etwa Nuklearwissenschaft und -technik, Stilllegung von Kernkraftwerken, neue Reaktoren, Brennstoffverbesserungen und Kernfusion

Aufbau des Simulators

  • Ein webbasierter Simulator des Dalton Nuclear Institute der University of Manchester
  • Gegenstand ist ein Pressurised Water Reactor (PWR); auf dem Bildschirm sind ein 2D-Diagramm des PWR und Hinweise mit zusätzlichen Informationen zu sehen
  • Vor dem Start kann ein Nickname mit 2 bis 4 Zeichen eingegeben werden
  • Optionale Eingabefelder umfassen Lehrkraft-Status, Land, Postleitzahl, Bildungsaltersgruppe und Unterrichtsfach

Spielablauf und Bildungselemente

  • Der Ablauf besteht darin, einen Tag lang Strom mit dem Reaktor bereitzustellen; nach dem Spielen werden Punktzahl und Leistung angezeigt
    • Nach Abschluss erscheint die Meldung, dass der Reaktor mit Leistung versorgt wurde
    • Es kann eine Ergebnismeldung angezeigt werden, dass Tagesbedarf und Energieausgabe nicht übereinstimmten
    • Anschließend kann man mit Day 2 fortfahren oder die Punktzahl über die Brain Challenge erhöhen
  • Beim Start der Brain Challenge wird das aktuelle Spiel beendet; Day 2 kann dann nicht fortgesetzt werden
  • Zusätzlich wird ein Vergleich des Brennstoffverbrauchs bereitgestellt
    • Kernkraftwerk: etwa 118 kg Kernbrennstoff pro Tag
    • Kohlekraftwerk: 14.000.000 kg Kohle pro Tag
  • Das Dalton Nuclear Institute ist ein akademisches Zentrum für Nuklearwissenschaft und -technik in Großbritannien und konzentriert sich auf Umweltsanierung, die sichere Stilllegung alter Kernkraftwerksstandorte, die Entwicklung neuer Reaktordesigns, Brennstoffverbesserungen, die Entwicklung der Kernfusionsenergie und die Ausbildung der nächsten Generation von Nuklearexperten

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2023-12-07
Hacker-News-Kommentare

  • Seltsam! Das hat ein Kollege gebaut, mit dem ich damals etwa 2012–2013 zusammengearbeitet habe und mit dem ich bis heute befreundet bin. Genauer gesagt war es eine Portierung eines alten Programms, das ursprünglich in Delphi/Pascal geschrieben war und rohe OpenGL-Aufrufe verwendete, auf das damals noch vergleichsweise neue WebGL
    Soweit ich es verstanden habe, war der Hauptgrund für die Portierung auf eine moderne Plattform, dass es sich bei Mitmach-Veranstaltungen an Orten wie Schulen einsetzen ließ. Es war eher auf Spaß als auf Realismus optimiert, und ich erinnere mich noch daran, dass echte Nuklearingenieure sich beschwerten, „in einem kommerziellen Kernkraftwerk würde sich die Nachfrage niemals so schnell ändern“

    • In den späten 1970ern bis frühen 1980ern gab es für den Atari 400/800 einen Reaktorsimulator namens SCRAM. Ich habe ihn in der Highschool auf einem Atari 400 gespielt
      https://en.wikipedia.org/wiki/Scram_(video_game)
    • Vor Jahrzehnten habe ich einen Studiengang in Kerntechnik an einem Kraftwerk mit gasgekühlten Magnox-Reaktoren besucht, entweder in Hinkley oder in Oldbury. Ich meine mich zu erinnern, dass wir lernten, der Reaktor habe einen leicht positiven Temperatur-Reaktivitätskoeffizienten
      Die automatische Regelung funktionierte nicht besonders gut, daher wurde manuell gefahren, und der Trainingssimulator lief zehnmal schneller als die Realität, sodass jeder selbst damit arbeiten konnte. Trotz der höheren Geschwindigkeit war es nicht schwer, und selbst wenn der Bediener die Kontrolle verlor, warteten mehrere automatische Sicherheitssysteme darauf, alles zu stoppen, bevor etwas Schlimmes passieren konnte
    • Der entscheidende Punkt scheint zu sein, dass diese Simulation mit ziemlich beschleunigter Zeit läuft
      In der Realität dreht kein Mensch an Reglern für „mehr Dampf“ oder „mehr Reaktorleistung“; solche Dinge übernehmen selbstverständlich PID-Regler und Software. Menschen beobachten die Situation und arbeiten Checklisten ab, wenn die Software nicht richtig reagiert

  • Wenn ich das sehe, fällt mir eine Spielidee ein, über die ich schon lange nachdenke
    Ich würde gern ein Spiel machen, in dem die Spieler aus verschiedenen Bauteilen Motoren oder Systeme zusammenbauen. Das Erstellen des benötigten Systems ist schon als solches ein Rätsel, aber danach muss man noch zeigen, dass man das System mit Sensoren, Schaltern usw. auch bei mehreren Komponentenausfällen unter Kontrolle halten kann. Kann man einen Reaktor bauen? Kann man allein anhand der platzierten Sensoren herausfinden, was kaputtgegangen ist, wenn etwas ausfällt? Kann man mit den eingebauten Schaltern das System wieder in Ordnung bringen?
    Der beste Teil an Flugsimulatoren waren für mich immer die simulierten Avioniksysteme. Ich liebe es einfach, virtuelle Knöpfe zu drücken und virtuelle Instrumente zu beobachten

    • Als ich vor sehr langer Zeit „Informatik“ studierte, bestand eine der Lehrveranstaltungen darin, Hardware-Debugging an einem damals schon veralteten PDP-8-Minicomputer zu machen
      Der Dozent ritzte mit einem Bastelmesser irgendwo auf einer Leiterplatte im Gerät ganz leicht eine Leiterbahn an, und wir schrieben dann Debug-Code und nutzten Oszilloskop, Multimeter und Ähnliches, um den Fehler einzugrenzen. Repariert wurde mit einem Tropfen Lötzinn, und es hat riesigen Spaß gemacht und viel gelehrt. Es wäre toll, ein Online-Spiel oder einen Logiksimulator zu haben, mit dem man etwas Ähnliches machen kann
    • Injured Engine ist ein ähnliches Spiel: Man baut nicht selbst zusammen, muss aber einen Automotor warten und durch Verschleiß ausfallende Teile reparieren: https://en.wikipedia.org/wiki/Injured_Engine
    • Nicht ganz dasselbe, aber bei dieser Idee muss ich an Gizmos and Gadgets denken, das ich als Kind gespielt habe
      Ich habe es auf einer Online-Archivseite noch einmal gespielt, und es hat immer noch genauso viel Spaß gemacht, wie ich es in Erinnerung hatte
    • Manche Security-CTFs sind ein Stück weit so aufgebaut. Es wird ein funktionierendes System oder eine Anwendung mit absichtlichen Schwachstellen bereitgestellt, und die Teilnehmer müssen die Fehler finden und ausnutzen
      In fortgeschritteneren CTFs wie NetWars muss man manchmal sogar die Fehler beheben und das System gegen Konkurrenten verteidigen

  • Der erste Kernkraftwerkssimulator, den ich gespielt habe, war ein primitves textbasiertes Programm auf einer DEC 11/780. Um zu gewinnen, musste man pro Runde, also über jeweils einige Tage, einen bestimmten durchschnittlichen MWh-Wert erreichen
    Es sah einfach aus, wenn man die Anlage einfach laufen ließ, aber es gab einen Haken. Normale Materialermüdung wurde simuliert, sodass die Wahrscheinlichkeit von Problemen stieg, je länger man den Reaktor laufen ließ, und bei höherer Leistung trat die Ermüdung schneller ein. Man musste den Reaktor regelmäßig für Wartung herunterfahren, und je länger er lief, desto länger dauerten auch die Wartungsintervalle. Um erfolgreich zu sein, musste man Laufzeit, Stromerzeugung und notwendige Wartungsabschaltungen in ein Gleichgewicht bringen
    Als Kind hatte ich gelernt, wie Reaktoren Strom erzeugen, und erst letztes Jahr war ich überrascht, dass es Menschen gibt, die nicht wissen, dass ein Reaktor wie andere Kraftwerke Wasser erhitzt, um Dampf zu erzeugen. Es ist aber auch ein gewissermaßen plausibles Modell zu denken, der Reaktor erzeuge den Strom direkt aus der Reaktion

    • Erst im Graduiertenstudium habe ich verstanden, wie Reaktoren funktionieren, und selbst da war ich überrascht. Wenn man Atome spalten kann, würde man doch erwarten, dass es eine bessere Methode zur Stromerzeugung gibt, als mit Dampf eine Turbine anzutreiben
      Natürlich gibt es Radioisotopen-Thermoelektrische Generatoren und auch https://en.wikipedia.org/wiki/Betavoltaic_device
    • Meinst du vielleicht den Oakflat Nuclear Power Plant Simulator? Ich kenne die DEC-Version nicht, aber es hätte sie gut gegeben haben können, und die Beschreibung passt ziemlich gut
      Dieses Spiel trägt definitiv eine Mitschuld an meiner ungesunden Obsession mit Kernenergie. Wahrscheinlich kommt auch meine schlechte Angewohnheit, einfach auf Knöpfe zu drücken und zu schauen, was passiert, von dort
      [1] https://www.mobygames.com/game/62490/the-oakflat-nuclear-pow...

  • Ehemaliger Reaktorbediener auf einem U-Boot der US Navy
    Der Teil mit der Regelung der Dampfleistung wirkte etwas seltsam. Auf U-Booten übertrifft der für den Antrieb verwendete Dampf alle anderen Dampflasten bei weitem, daher gibt es eine eigene Person, die für den Schubregler zuständig ist
    Diese Simulation ist vereinfacht, aber nicht schlecht. Sie blendet allerdings einige der wirklich interessanten Aspekte wassergekühlter und wassermoderierter Reaktoren aus. Das Interessanteste ist, dass der Reaktor wegen des negativen Temperatur-Reaktivitätskoeffizienten von Wasser selbstregelnde Eigenschaften hat
    Wenn ein Uran-235-Atom ein frei umherfliegendes Neutron absorbiert, wird es instabil, spaltet sich und setzt weitere Neutronen frei. Nur ein sehr kleiner Teil davon wird von benachbarten Uran-235-Atomen absorbiert, und das ist tatsächlich gut so. Die meisten verlassen den Brennstoff, und einige prallen im umgebenden Wasser umher. Dadurch werden die Neutronen langsamer, und manche kehren wieder in den Brennstoff zurück, werden dort absorbiert und lösen weitere Spaltungen aus
    Wenn es zum Beispiel 1.000 Spaltungen gibt und 800 der dabei freigesetzten Neutronen von anderem Uran-235 absorbiert werden, entstehen nur 800 weitere Spaltungen. Die Reaktion erhält sich also nicht selbst, der Reaktor ist unterkritisch
    Wenn 1.000 Spaltungen 1.200 Neutronenabsorptionen und Reaktionen erzeugen, entstehen daraus 1.200 Spaltungen. Da die Zahl der Spaltungen zunimmt, ist der Reaktor überkritisch
    Wenn das Ergebnis von 1.000 Spaltungen darin besteht, dass 1.000 Neutronen absorbiert werden und wiederum 1.000 Spaltungen auslösen, ist der Reaktor kritisch. „Der Reaktor ist kritisch“ bedeutet, dass sich die Zahl der Spaltungen selbst erhält und weder zu- noch abnimmt
    Die Zahl der Neutronen, die in den Brennstoff zurückkehren, lässt sich über die Dichte des Wassers verändern. Je dichter das Wasser ist, desto wahrscheinlicher stoßen Neutronen mit Wassermolekülen zusammen und werden zurück in Richtung Brennstoff gelenkt
    Die Dichte des Wassers lässt sich über die Temperatur verändern. Wenn das Wasser kälter ist, ist es dichter, und die Wahrscheinlichkeit steigt, dass Neutronen zum Brennstoff zurückkehren
    Die Temperatur des Wassers lässt sich über die Wärmemenge verändern, die ihm durch mehr oder weniger Dampfnutzung entzogen wird
    Nimmt man alles zusammen, dann wird dem Wasser bei steigender Dampfnachfrage mehr Wärme entzogen. Dadurch gelangt kälteres Wasser in den Reaktor, und kälteres Wasser reflektiert mehr Neutronen. Mehr Neutronen bedeuten mehr Spaltungen, mehr Spaltungen bedeuten mehr Wärme. Mehr Wärme erwärmt das Wasser wieder, wodurch der Anstieg der Spaltungsrate gedämpft wird, bis sich schließlich ein Gleichgewicht einstellt
    Ist die Leistung zu hoch, steigt die Temperatur des Kühlmittels und die Leistung sinkt. Ist die Leistung zu niedrig, sinkt die Temperatur des Kühlmittels und die Leistung steigt. Deshalb ist Wasser ein hervorragendes Kühlmittel und zugleich ein guter Moderator

    • Mir ist klar, dass Land und See unterschiedlich sind, aber wenn man sieht, wie gut nuklear angetriebene U-Boote seit Jahrzehnten funktionieren, ist es wirklich schade, dass Small Modular Reactors noch nicht weit verbreitet sind
    • Ich habe eine Frage zu den Steuerstäben. Werden Steuerstäbe beim Betrieb eines Reaktors normalerweise vollständig herausgezogen? Wenn sie teilweise eingefahren bleiben, sieht es so aus, als würden die unteren Pellets früher verbraucht als die oberen, sodass der Brennstoff ungleichmäßig abbrennt
      Ich frage mich, ob das tatsächlich so ist und falls ja, ob es dafür Gegenmaßnahmen gibt
    • Solche Erklärungen sind wirklich großartig. Schön, elegant und zugleich einfach
      Es ist Jahrzehnte her, dass ich mir die Details verschiedener Reaktordesigns angesehen habe. Damals hatte ich noch kaum Berührung mit Konzepten wie „Regelungstechnik“ oder mit Disziplinen wie „Systemtechnik“ oder „Verfahrenstechnik“. Ich meine damit Felder, in denen man durch die Kombination einfacher Gesetze und Eigenschaften von Energie und Materie robuste oder zumindest praktische Systeme schafft
      Ich hatte zwar über den Unfall von Tschernobyl und das Durchgehen des Reaktors gelesen, über die Einspeisung gewaltiger Wassermengen, Zustände nahe dem Siedepunkt und Dampfblasen, aber der Zusammenhang von Temperatur und Dichte ist mir nie so klar geworden
      Ich liebe dieses „wie alles ineinandergreift“. Diesen Moment, in dem scheinbar trockene und tote Gesetze zu nützlichen Systemen führen. Selbst wenn Lehrkräfte praktisch wirkende Aufgaben stellen, fragt man sich doch, wer sich mit 15 dafür interessiert, das Gewicht einer Ente mit dem Gewicht einer Hexe zu vergleichen, um Brennbarkeit und Hexensein zu bestimmen ;)
      Mit den hier erwähnten Gesetzen sind vereinfachte Modelle von Materie und physikalischen Prozessen gemeint, also Modelle, die unter bestimmten Annahmen und Voraussetzungen wie Größenordnung oder Bezugssystem gültig sind
    • Bei der Stelle „Wenn das Wasser kälter ist, ist es dichter, und die Wahrscheinlichkeit steigt, dass Neutronen zum Brennstoff zurückkehren“ dachte ich meiner Erinnerung nach eher daran, dass dichteres Wasser Neutronen in kürzerer Zeit thermalisiert, wodurch die Reaktivität steigt
    • Bei zivilen Reaktoren ist der Moderator-Temperaturkoeffizient direkt nach dem Nachladen positiv. Daher werden die ersten paar Wochen ziemlich interessant

  • Das wirkt heute vielleicht völlig aus der Zeit gefallen, aber in deutschen Schulen hat man das tatsächlich unterrichtet. Nicht bis ins kleinste Detail, aber wir hatten jeweils zwei Unterrichtsstunden zu jedem Reaktortyp
    Was ich bis heute behalten habe, ist, dass man den Reaktortyp oft schon allein an der Form des Gebäudes erkennen kann

  • Cool. Das erinnert mich an Three Mile Island von Muse Software für den Apple II, eines der ersten coolen Simulationsspiele, die ich als Kind gespielt habe. Das Gefühl, diese Simulation zu beherrschen, war damals wirklich großartig
    Handbuch
    https://archive.org/details/ThreeMileIslandAppleIIManual
    Das Spiel. Nur als Hinweis: Speichern/Status zurücksetzen in Ansicht 7 scheint kaputt zu sein, das sollte man besser vermeiden
    https://archive.org/details/a2_Three_Mile_Island_Special_Ver...

    • War das das Spiel, bei dem man den Wärmetauscher und den Kühlmittelkreislauf warten musste, um Kontamination zu verhindern?

  • Hier ist ein Videolink zur ZX81-Version aus derselben Richtung
    https://youtu.be/tB6CC8UbJLU

  • Als Zwölfjähriger hatte ich genau ein Ziel. Das Ding hochgehen zu lassen
    Die verdammten Sicherheitssysteme standen meinem Spaß im Weg

    • Das war auch das Erste, was ich ausprobiert habe, und ich war ganz aufgeregt in der Hoffnung auf eine Kernschmelze

  • Mein liebster klassischer Kernkraftwerks-Simulator ist Ralph Reuhls SIMULA-C. Heute lässt sich anscheinend nur noch dieser Bericht[1] finden, aber damals waren sowohl der C-Quellcode als auch eine MS-DOS-Executable öffentlich verfügbar.
    Als ich die URL noch kannte, konnte die Wayback Machine zwar die .exe-Datei sichern, aber nicht das Quellcode-Archiv. Erinnert sich jemand daran? Am Ende des PDFs gibt es Screenshots.
    [1] https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:29043408

  • Sauber gemacht. Aber was genau steuert der Dampferzeuger-Hebel? Die Pumpe unten? Die Steuerstäbe sind klarer, weil sie sich in der Abbildung bewegen.

    • Er steuert den Wasserdurchfluss durch den Dampferzeuger