Ядерная физика в виртуальной реальности

Июль 2021

Ядерная физика в виртуальной реальности

В 2018 году в ИЯФиТ была создана уникальная лаборатория, которая впервые в мире объединила возможности современного ядерно-физического моделирования и актуальный инструментарий виртуальной и дополненной реальности. Уже за первый год работы нового коллектива удалось создать первый виртуальный аналог уран-графитовой подкритической сборки, реальный прототип которой расположен на территории НИЯУ МИФИ. Перед физиками стояла задача обеспечить проведение лабораторных работ на сборке, доступ к которой значительно ограничен не только иностранным студентам, но и зачастую российским гражданам, поскольку ряд профилактических работ и лицензирований на длительный срок выводит установку из эксплуатации, не позволяя полностью реализовать образовательные программы.

Основным преимуществом лабораторных работ в виртуальной реальности оказалась возможность демонстрации процессов, не доступных глазу человека. Впервые студенты смогли увидеть процессы размножения нейтронов, распределения нейтронных полей, радиационный фон. Так в качестве дополнительной нагрузки виртуальный дозиметр измеряет накопленную в ходе работы дозу и не позволяет закончить работу, если её значение превысит установленный разработчиками порог.

На сегодняшний день в учебный процесс введены две лабораторные работы: на уран-графитовой и уран-водной подкритических сборках, которые прошли апробацию не только на студентах НИЯУ МИФИ, но и были переданы в ДВФУ как первые действующие ядерно-физические VR лабораторные работы. По ссылкам вы можете посмотреть короткий и подробный ролики, демонстрирующие дизайн и функционал работ, созданных в среде Unreal Engine.

В настоящее время разработка ведется по широкому научному фронту. В области физики элементарных частиц впервые, применяя такие знаменитые пакеты моделирования как CORSIKA и GEANT4, удалось визуализировать в виртуальной реальности широкие атмосферные ливни от первичных космических лучей сверхвысоких энергий, изучить их покомпонентную структуру и развитие, продемонстрировать рождение элементарных частиц и света в детекторах, их отклик и принципы функционирования. Рассматривается вопрос о визуализации таких масштабных ускорительных экспериментов как NICA.

Но наиболее интересные результаты можно ожидать от проектов, связанных с критическими экспериментами, доступ к которым ограничен даже квалифицированным физикам-ядерщикам. На сегодняшний день на этапе предварительного тестирования находится лабораторная работа на классическом реакторном эксперименте «Годива», в котором при сближении двух половин урановой сферы достигается критическое состояние, а потому принципиально не доступная студентам.
В сотрудничестве с коллегами из ВИШ создается виртуальный аналог ИРТ МИФИ, а для коллег с кафедры №13 создан виртуальный аналог теплогидравлического стенда.

В широкий функционал лаборатории входит реверсивный инжиниринг, позволяющий с помощью инструментов трехмерного сканирования создавать копии реальных объектов. Так в рамках сотрудничества с АО «Прорыв» проведены работы по фотограмметрии крупных промышленных объектов, исследовались возможности и ограничения современной аппаратуры и программного обеспечения в этой области.

Лаборатория активно привлекает студентов и лицеистов к разработке новых работ, моделированию, созданию небольших демонстрационных материалов, таких, например, как ядерно-физический арканоид, где с помощью нейтронной пушки необходимо разрушить кристаллическую решетку из ядер тяжелых элементов. В сентябре стартует курс по разработке VR/AR приложений для учащихся Предуниверситария НИЯУ МИФИ. Кроме того, коллектив лаборатории дважды становился лауреатами чемпионата WorldSkills.

Обсудить материал в социальных сетях