多目标辐射屏蔽优化设计方法

由于复杂核装置的屏蔽设计目标的多样化,同时屏蔽设计过程的不确定因素众多,因此有必要开发一种智能屏蔽优化设计的方法,实现屏蔽方案选择的自动化,减少人因等不确定因素的影响。本工作结合遗传算法与离散纵标方法,同时考虑造价、体积、重量等的最小化,开发了遗传算法多目标屏蔽优化程序,实现了经济可行的辐射屏蔽设计方案的自动化获取。该工作对优化屏蔽设计方案的获取有一定的现实意义。

CARR堆冷源孔道组合屏蔽优化设计

CARR堆冷源孔道组合屏蔽优化设计是通过使用CSA算法结合一维SN程序ANISN编写的屏蔽优化程序,得到屏蔽部分屏蔽材料的优化组合,使闸门关闭时混凝土墙外侧总剂量率达到最低剂量率水平。

基于智能决策支持系统的空间堆辐射屏蔽优化

由于运载重量和成本的限制,空间核动力系统的质量是一个关键参数。辐射屏蔽系统是空间核动力系统自重的主要贡献之一。因此,有必要研究空间核动力系统质量最小化的屏蔽优化问题。为了实现空间堆辐射屏蔽快速设计与智能优化,基于精英策略的快速非支配遗传算法(Non Dominated Sorting Genetic Algorithm II,NSGA-Ⅱ)与反向传播(Back Propagation,BP)神经网络算法相结合的智能优化方法,对Topaz-II空间堆辐射屏蔽进行优化,将屏蔽层的总质量与剂量率作为优化目标,得到辐射屏蔽方案Pareto最优解集。同时,为了实现屏蔽方案自动化选择,将NSGA-II得到的Pareto解集作为BP神经网络算法的数据库对数据进行分析学习,建立屏蔽方案智能决策支持系统。该系统可根据工程实际需求,设置基础理论模型,获得满足工程需求的空间堆屏蔽方案。最后利用Topaz-II空间堆模型对本文方法开展了数值验证研究,证明了本文方法的正确性与可行性,可为空间堆辐射屏蔽优化提供理论与技术支撑。

乏燃料运输容器二维辐射屏蔽优化分析

智能辐射屏蔽优化设计软件平台是基于遗传算法程序和一维离散纵标程序ANISN而开发的一维多目标屏蔽优化程序。使用该程序对乏燃料运输容器进行辐射屏蔽优化设计,构建了乏燃料运输容器多目标优化辐射屏蔽设计的计算模型,对乏燃料运输容器重量和外部剂量率进行了优化计算,并使用蒙特卡罗程序MCNP/4C进行校核计算。优化后乏燃料运输容器重量为原来的81.1%,剂量率下降到原来的65.4%以下。该程序计算结果与MCNP/4C校核计算结果最大偏差小于5%。计算结果证明了优化设计方案的可行性并验证了该程序计算的正确性。

基于电磁屏蔽的专用车辆屏蔽箱体结构优化及仿真验证

为满足专用汽车轻量化与安全的要求,减少专用汽车电磁干扰,该文以专用车辆碳纤维复合材料电磁屏蔽箱为研究对象,使用Ansys Electronics Desktop软件对专用汽车结构设计方案进行了仿真试验,研究了屏蔽箱体厚度、开孔形状对电磁屏蔽性能的影响,并进行轻量化设计优化。结果表明:在低频率和高频率频段的电磁干扰下,箱体的厚度与屏蔽效能呈正相关;相同开孔面积下,箱体的开孔形状为圆形时屏蔽效能更好,而在谐振频率频段内上述因素无明显影响。经过轻量化设计优化后的车体屏蔽箱结构在低频率和高频率频段,屏蔽效能分别达到46.3 dB、32.2 dB,符合专用车辆对电磁屏蔽性能的要求。

医用直线加速器室辐射屏蔽防护的优化设计

目的满足国家标准GB18871-2002电离辐射防护与辐射安全基本标准的同时,优化设计医用加速器室的辐射屏蔽防护。方法以新的国家标准GB18871-2002电离辐射防护与辐射安全基本标准为准则,运用电离辐射屏蔽原理、计算方法,根据安装的医用加速器所具有的辐射物理特点和辐射防护的发展需求,对所有产生的射线进行严谨的、规范的和优化的屏蔽计算。结果辐射屏蔽防护符合我国医用加速器机房使用标准。结论我院医用加速器室屏蔽防护可以满足新的国家标准GB18871-2002电离辐射防护与辐射安全基本标准,并降低了辐射防护成本,兼顾了辐射防护的发展需求。

一种用于船用反应堆屏蔽结构优化的方法

本文研究了一种基于神经网络和遗传算法的船用反应堆屏蔽优化方法,并开发了可视化操作界面。给出船用反应堆四层屏蔽结构模型,将蒙特卡罗方法计算的归一化中子透射率与训练后的神经网络预测值进行对比,验证了神经网络方法预测的准确性。通过将神经网络预测结果作为遗传算法适应度函数的参数进行约束寻优,能够快速找到船用反应堆模型最佳的屏蔽结构参数,大幅度提高了反应堆屏蔽结构优化计算效率。

中国先进研究堆水平孔道屏蔽设计优化研究

考虑辐射安全和经济性,对中国先进研究堆(CARR)的水平烫源孔道作了屏蔽设计优化研究。通过分步计算,克服了MCNP4C在计算粒子深穿透问题中的耗时、结果差的缺陷。再建立模型,将转门的屏蔽设计优化问题转化为屏蔽材料的组合优化问题。使用特征统计算法(CSA)结合ANISN程序,编写屏蔽设计优化程序。经过大量方案的筛选,很快找到了符合辐射安全、经济性和材料的机械特性的屏蔽设计优化方案optCH2;用MCNP4C程序计算了优化的方案,并与原方案做了比较。结果表明,optCH2方案的安全性能和经济性都比原方案提高很多。

先进压水堆核电站辐射屏蔽优化设计对蒙特卡罗方法的要求

在分析M310堆型核电站辐射屏蔽设计中由于工具限制存在的问题以及“华龙一号”堆型核电站辐射屏蔽设计提出的要求的基础上,从程序界面、输入接口、计算功能和辐射场应用扩展4个方面提出先进压水堆核电站辐射屏蔽优化设计对于蒙特卡罗(MC)方法的要求。MC方法在“华龙一号”辐射屏蔽优化设计的应用实践表明,基于MC方法的计算程序在程序界面、输入接口和辐射场应用扩展方面进一步提升之后,可在先进压水堆核电站辐射屏蔽优化设计方面发挥巨大的作用,显著提升核电站辐射屏蔽优化设计的水平。

基于遗传算法的反应堆三维屏蔽结构高维多目标优化方法研究

辐射屏蔽设计是反应堆设计的重要组成,面向陆海空天全域的新型核动力技术的发展对辐射屏蔽优化设计方法提出了新需求。采用传统屏蔽结构多目标优化方法处理三维屏蔽结构优化问题时,存在寻优速度慢、难以收敛、全局性差等缺陷,基于第三代非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅲ,NSGA-Ⅲ),开展面向三维屏蔽结构设计的高维多目标优化方法研究。基于核反应堆三维屏蔽结构模型,以屏蔽层重量、体积和特定区域辐射剂量率为优化目标,开展NSGA-Ⅲ优化方法的性能对比分析研究。数值结果表明:本文建立的高维多目标优化方法可更高效、稳定地搜寻Pareto前沿解,可为辐射屏蔽设计优化提供新思路。

月球基地用反应堆电源方案研究

针对月球基地反应堆电源应用需求及月球的特殊使用环境,提出了一种锂回路冷却快堆方案。采用MCNP程序对该方案的核特性进行深入研究,详细计算分析了反应性、燃耗、通量及功率分布等堆芯物理量,并对反应堆的掉落临界安全和屏蔽进行了详细的计算分析。研究结果表明:锂冷回路冷却快堆方案具有堆芯结构紧凑、质量轻、导热效率高、堆芯固有安全性高、功率输出性能好、停堆深度深等优点,适合用作月球探索活动的能量源。

10MeV辐照型电子直线加速器迷道出口处的设计优化

辐照型电子直线加速器的应用已经越来越广泛,但是其辐射屏蔽优化一直是需要解决的问题,所以设计出既经济又有效的屏蔽方法是非常有意义的。本文叙述了对一台10 MeV的辐照型电子直线加速器迷道出口的剂量率所进行的经验公式计算和蒙特卡罗(Monte Carlo,Fluka)模拟,结合伽马探测器和微型数据采集器Mini-DDL(Mini Digital Data Logging)的连续实时测量结果进行了对比分析。分析结果显示,只要在迷道门处增加一个拐弯,就增加一次反散射,出口处的剂量率会下降一个量级以上,使其不仅低于剂量限值而且合理地达到尽可能低。这个结果是在基本没有增加额外成本的基础上实现的,符合辐射防护ALARA(as low as reasonably achievable)原则,为以后加速器的屏蔽设计提供了很好的参考。

探讨医用电子直线加速器辐射防护优化与比较

目的:探析医用电子直线加速器辐射防护优化与比较。方法:采用修正法及常规法对主、副屏蔽墙厚度的辐射防护状况进行计算。结果:若散射线安全系数是2,能量在15MV以下时,同常规法比例系数相比,修正法的比例系数更大;若能量在15MV以上,那么常规法比例系数接近修正法比例系数;如果散射线安全系数是1,能量在15MV以下,那么相比于修正比例系数,常规法比例系数更大;若能量在15MV以上,那么常规法比例系数接近修正法比例系数;主屏蔽中,因为主射线大于漏散射线,所以,利用主射线对漏散射线和屏蔽厚度进行计算而获取的屏蔽厚度较其相应的十值层厚度更高,因此不必对比例系数问题进行考虑。结论:计算住屏蔽厚度的过程中,因为主射线较漏散射线更高,因此无需对比例系数问题进行考虑,仅需要采用主射线对其屏蔽厚度进行计算;计算副屏蔽墙厚度的过程中,需以漏射线与散射线比例和能量状况为依据,对合适的射线种类进行选择,以此优化辐射防护屏蔽。

基于BP神经网络的船用反应堆屏蔽设计快速计算功能研究

船用反应堆的屏蔽设计问题直接关系到核能能否安全的用作舰船的动力系统,而在屏蔽设计问题中屏蔽计算是十分重要的环节。为了实现在一定误差范围内实现快速计算功能,采用BP神经网络模拟学习MCNP的计算过程,仅需给出指定的输入变量即可预测屏蔽计算输出结果,解决了MCNP计算耗时过长问题,提高了屏蔽设计优化效率。

重水堆核电站反应堆端面风机电机检修辐射防护优化

重水堆核电站反应堆端面风机电机在检修过程中存在较高的γ外照射,通过有效的管理流程、技术措施和防护手段,将能在保证人员设备安全和检修质量的前提下,大幅度降低维修人员所受到的集体剂量,从而达到辐射防护最优化。

无损检测加速器辐射防护屏蔽模拟设计

利用加速器的工程CAD模型和MCNP计算文件获得的辐射剂量分布图,定性分析了加速器周围的辐射场分布,并结合国家相关标准GB/T20129-2015对加速器防护性能的剂量学相关指标进行了模拟计算和优化分析.研究结果表明在加速器初步设计的状态下,利用CAD精确建模和MC模拟计算的方式进行加速器防护性能指标的快速检测和评价具有一定可行性,并以此为基础进行加速器屏蔽结构、材料设置的优化.

基于全装置蒙特卡罗模拟的超短超强激光装置光子剂量研究

为了准确评估激光装置靶室内、外的周围剂量当量分布情况,进一步验证剂量评估模型的合理性,利用蒙特卡罗程序FLUKA对激光靶室进行了全建模,基于现有电子源项理论模型以及XG-Ⅲ激光装置典型实验条件对靶室内外剂量情况进行了计算分析。为了更准确地测量光子周围剂量当量,需要对光子剂量测量组件进行设计,对不同能量区间电子对测量元件的总剂量贡献进行了模拟分析,在此基础上针对0~15 MeV区间电子的屏蔽进行了优化设计,最后对光子剂量测量组件的效果进行了模拟计算,并进行了设计优化。模拟结果表明靶室内、外电子周围剂量当量均高于光子剂量当量。激光靶室主观察窗内、外的电子与光子剂量水平相差约1个量级。相较于无屏蔽情况下,优化后的测量组件使电子剂量水平下降了99.7%,光子剂量水平仅衰减了30.9%,电子与光子的剂量比值约为0.12,总光子剂量中有5%是高能电子在PMMA中发生轫致辐射所贡献。模拟结果表明:经过对测量结果的合理修正,该组件可适用于强激光装置中靶室内的光子剂量测量。

一种快速估算聚焦型空间X射线仪器粒子本底水平的方法及应用

仪器的本底是空间天文观测项目实施过程中关注的一个重要内容,对于聚焦型空间X射线望远镜,仪器的粒子本底水平直接关系到观测灵敏度及本底重建的系统误差.因此,在仪器设计及工程实现迭代过程中,需要确定仪器粒子本底水平,保证其在可接受范围内.本文发展了一种基于面密度插值快速估计聚焦型空间X射线望远镜粒子本底的方法,该方法同时具有较高的本底估计精度和快的计算速度,适合于在望远镜方案设计的早期对各种设计方案的本底屏蔽效果进行快速估计并据此提出优化设计的建议,可以大大提高早期方案设计的有效性,对于聚焦型空间高能天文仪器的研制及其他类似领域具有一定的参考意义.

探伤机机房辐射防护

研究在不同管电压情况下,主、副防护墙屏蔽的最佳厚度情况。结果表明,单纯采用经验公式法、比较法、叠加法中的一种确定最佳厚度均有不足之处。在主射线方向,从偏安全角度考虑,在管电压小于500 k V时,采用层值法计算模式;在管电压大于500 k V时,采用经验公式法计算模式;在次射线方向,采用经验公式法、比较法计算模式,其计算结果较为接近。

空间堆阴影屏蔽结构与材料选型

空间堆对辐射屏蔽尺寸和重量要求苛刻,为寻找合适的屏蔽方案,需要对屏蔽材料、结构进行选型研究。本文首先介绍了国内外对空间堆屏蔽目标及限值的研究进展,基于反应堆屏蔽设计原理,针对不同应用场景抽象出平板模型和球模型,在不同设计目标下对不同材料的屏蔽性能进行分析,基于分析结果采用自动化优化工具对屏蔽方案进行选型,分析了各个方案的优缺点。结果表明,放射源的能谱、源的尺寸大小、屏蔽体离源的距离、不同的屏蔽设计目标都会影响屏蔽材料和结构的选择,需要根据应用需求进行筛选;碳化硼、氢化锂和钨是较好的空间堆屏蔽材料;利用自动化优化工具对屏蔽体进行分层布置可实现有效减重。