סקירת מחקר

מחקריו של פרופ' גלעד עוסקים בקידום ההבנה הפיזיקלית והיכולות החישוביות של כורים גרעיניים מודרניים. מחקר זה מתבצע בצומת שבין תורת הטרנספורט של ניטרונים, פיזיקת כורים, אופטימיזציה ולמידת מכונה. קבוצת המחקר מפתחת תיאוריות בסיסיות וכלים חישוביים מתקדמים, שמטרתם לתכנן ולנתח מערכות אנרגיה גרעיניות בטוחות יותר, יעילות יותר וחדשניות יותר.

• תורת הטרנספורט של ניטרונים ושיטות נומריות

מחקר זה עוסק ביסודות המתמטיים והפיזיקליים של תורת הטרנספורט של ניטרונים ומפתח שיטות פתרון דטרמיניסטיות וסטוכסטיות מתקדמות. במוקד עומדות שיטות קוואזי-סטטיות ושיטות פקטוריזציה מוכללות, וכן אסטרטגיות פתרון מואצות לגאומטריות הטרוגניות מורכבות ולתרחישים חולפים מהירים.

• קינטיקה של כורים, רעש ניטרונים וניסויים

המחקר עוסק בהתנהגות התלויה בזמן של כורים גרעיניים, מקינטיקה נקודתית ומרחבית ועד תנודות הספק סטוכסטיות. בצד התיאורטי מפתח פרופ' גלעד פורמליזמים לרעש ניטרונים המבוססים על משוואות Pál-Bell ועל מודלים סטוכסטיים מסוג Langevin ו-Itô-Langevin. בצד הניסויי משתתפת הקבוצה בתכנון, ביצוע וניתוח של ניסויים בהספק אפס, מדידות רעש ניטרונים ופיתוח גלאים ייעודיים, בשיתוף שותפים בארץ ובחו"ל. ניסויים אלו משמשים לאימות המודלים.

• תכן ליבה ואופטימיזציה של ניהול דלק

המחקר מפתח שיטות אופטימיזציה מבוססות פיזיקה לניהול דלק ולתכן ליבות. השיטות משלבות ניתוח רגישות מבוסס המשוואה הצמודה עם אלגוריתמים אבולוציוניים והיברידיים, ומטפלות באופטימיזציה של תבניות טעינה, פרופיל הבעירה וניצולת הדלק, תוך שמירה על אילוצי הפעלה ומרווחי בטיחות.

• בקרת ריאקטיביות במיקרו-כורים

מחקר חדשני זה עוסק בבקרת ריאקטיביות (תגובת השרשרת) במיקרו-כורים המבוססים על תופי בקרה מסתובבים. המחקר מתמקד בצימוד המרחבי והספקטרלי החזק בין תופי הבקרה לליבת הכור, בדגש על אינטראקציות ניטרוניות בין התופים והשפעתן על בקרת הריאקטיביות בליבה. עבודה זו חוקרת את קריסת הנחת הסופרפוזיציה הקלאסית בליבות קומפקטיות וצפופות, שבהן האינטראקציות בין אלמנטי בקרה הן לא-ליניאריות באופן מובהק.

שטף ניטרונים בחישוב מונטה-קרלו בכור החלל TOPAZ-II, הנשלט בשנים-עשר תופים מסתובבים.

• כורים מתקדמים וניתוח רב-פיזיקלי

המחקר עוסק בניתוחים ניטרוניים ובטיחותיים של כורים מתקדמים, בדגש על כורים מודולריים קטנים, מיקרו-כורים וכורי מלח מותך. הקבוצה מפתחת מודלים רב-פיזיקליים המצמדים טרנספורט של ניטרונים, תרמו-הידראוליקה ומנגנוני בקרה ומשוב. כלים אלו מאפשרים ניתוח טרנזיאנטים, הערכת משובים וחקר מרחב התכן של ארכיטקטורות כור חדשות.

שטף ניטרונים בחישוב מונטה-קרלו במודל של מיקרו-הכור KRUSTY.

• למידת מכונה לפיזיקת כורים

מחקרים אלו משלבים למידת המכונה בניתוח כורים באמצעות רשתות נוירונים מונחות-פיזיקה (PINN), ארכיטקטורות היברידיות CNN-PINN, ומודלים מבוססי נתונים. כלים אלו מיועדים להאצת חישובי ליבה, לשחזור התפלגויות שטף והספק, לשיפור אמידת פרמטרים ופיתוח מודלי זמן-אמת של מערכות כור מורכבות.

שלושה ממבני מכלולי הדלק 17x17 ששימשו לבדיקה: מוטות דלק (אפור), תעלות מים (אדום) ומוטות בקרה מבורון (תכלת).

השטף התרמי באותם שלושה מכלולים, מכלול אחד בכל שורה. משמאל לימין: חיזוי מודל ה-CNN אחרי 50 ואחרי 450 מחזורי אימון, וחישוב הייחוס ב-OpenMC.