基于Delaunay三角化方法的三维辐射场可视化研究

根据三维空间立体剖分特点,采用逐点插入法对空间离散点的三角剖分进行改进;对理论计算或实测产生的辐射场离散数据进行重构,得到三维空间内连续分布的辐射场数据;最后结合VR仿真技术,构建某核设施的三维仿真场景,并利用可视化映射技术,实现虚拟环境中的三维辐射场的可视化.结果表明,VR技术与Delaunay三角化方法结合使用可显...     

秦山一期堆本体退役源项估算及辐射场可视化

针对我国秦山一期核反应堆实际情况,利用蒙特卡罗程序建立了细化到燃料棒结构的全堆芯pinby-pin模型进行中子输运计算,并对计算模型的可靠性进行了验证;基于堆本体结构部件的几何参数、材料参数及堆本体中子注量率分布,在假定功率运行史的情况下,利用燃耗计算程序计算了反应堆停堆后的中子活化产物作为堆本体退役源项的估算结果,并对源项产生的三维辐射场剂量分布情况进行了可视化建模与分析,模拟结果与理论分析一致。本研究是下一步建立我国秦山核电厂退役技术安全验证和虚拟仿真平台的关键性基础工作。     

核事故应急演练培训仿真系统设计与应用

为解决核事故应急演练中辐射场不可见、潜在的辐射风险、多工种参与人员众多等问题，本文提出了一种基于特征重要性的自适应光线投射三维核辐射场可视化方法。采用三维仿真引擎Unity3D研发了核事故应急演练培训仿真系统，通过ShaderLab编程实现百万网格数量级的核辐射场的三维可视化，基于有限状态机实现了多工种人员协同作业演练仿真等功能，系统帧率60帧左右，可满足实时交互需求。以放射源失控事故为案例，真实还原了核事故应急演练中的作业模式及处理流程，为保障人员辐射安全、丰富培训手段、降低培训成本提供了支持。     

核设施退役过程中的辐射场重构与拆除路径优化

辐射场分布和路径选择是核设施退役过程中影响工作人员吸收剂量的主要因素。针对核设施退役过程中多源项的三维辐射场,采用点核积分的方法进行重构,重构结果与蒙特卡罗程序计算结果吻合很好,验证了点核积分法的可行性。将核退役拆除路径问题抽象为一种类旅行商问题数学模型,构造不同拆除路径下所受外照射剂量对应的剂量矩阵,根据辐射防护ALARA(As Low As Reasonably Achievable)原则,利用遗传算法进行寻优。对于多源项退役拆除实例,计算给出了最优化拆除路径和三维可视化显示,并对优化效果进行了讨论。设计开发了面向核设施退役过程的辐射场重构与拆除路径优化功能软件。     

反应堆退役仿真技术研究方案

在反应堆退役仿真系统功能需求的基础上,设计退役仿真技术研究的总体方案,包括系统的总体结构设计、软件开发平台方案设计、硬件方案设计等。在总体方案中分析提炼出5项关键技术,并给出概况性的设计方案,包括三维模型数据处理技术、辐射场的可视化显示技术方案、基于退役工艺的人员受照剂量计算方案、虚拟切割和拆除技术方案以及碰撞检测技术方案等。     

核级设备鉴定装置γ辐射场计算平台开发

为更广泛、更方便地解决实际工作中的辐射场计算问题,采用有效可靠的计算模型以及计算机数据管理和数据可视化技术,并利用贪心算法快速求解复杂方程,开发了通用的γ辐射场计算平台,该平台实现了放射源管理、三维显示放射源布置和辐射场剂量率水平以及自动生成布置方案等功能。实验表明,用该平台自动生成的方案布置的γ辐射场能够满足核级设备γ辐照鉴定的要求。      

基于蒙卡-点核积分耦合的核电厂退役辐射场计算

针对核电厂退役现场中复杂和简单几何区域并存的问题,以及退役过程对辐射场计算提出的快速、准确的要求,提出了蒙卡和点核积分耦合计算方法,并开发了耦合计算程序。对于单体源模型,由于模型简单,耦合方法、点核方法与蒙卡方法的计算结果均较接近,相对偏差小于10%,但耦合方法的计算速度比蒙卡方法提高了3.5倍;采用耦合方法和蒙卡方法分别计算了多体源模型的辐射场,结果表明耦合方法的计算准确度较高,相对蒙卡方法偏差小于40%,计算时间约为蒙卡方法的1/5。以秦山一期退役辐射场为例开展了计算分析,结果显示,耦合方法与蒙卡方法的计算结果相差不超过1个数量级,但前者计算速度比后者提高了约3倍,说明耦合方法可以满足核电厂退役辐射场计算需要。     

海上核动力平台核应急辐射场快速反演

提出了一种海上核应急三维辐射场快速反演方法。利用反距离权重方法,基于测量船上预安装的探测器定时回传的辐射监测值,不断迭代优化反演三维空间辐射场,实现真实场景情况下的光子剂量场与核素活度场耦合。结果表明,该方法能快速反演三维辐射场,满足核应急救援时间紧迫的需要,为核动力舰船等核设施应急提供有力的剂量评估与辐射场反演工具。     

Multiquadric散乱数据插值方法在γ辐射场可视化中的应用初探

探究γ辐射场分布及其变化规律对于核设施的状态监控以及核辐射的防护研究具有重要意义。获取γ辐射场的空间分布需要解决利用少量、离散且分布不规则的实验数据重构整个辐射场的难题。本文首次将Multiquadric径向基函数散乱数据插值方法应用于γ辐射场的重构,并实现了γ辐射场模拟数据重构及可视化。对于具有轴对称性的γ辐射场,在采样数据点个数相同的条件下,与数据处理软件MATLAB中自带的Spline方法得到的插值结果相比,Multiquadric方法插值结果的平均相对误差仅为前者的9.47%;对于转动π/2对称的γ辐射场,提出了一种采样数据优化方案,重构结果的平均相对误差相较于未优化采样数据的结果降低了约64.51%。     

蒙卡-点核耦合方法计算核设施退役辐射场

在核设施退役过程中,随着退役设备的拆除,需要计算其三维辐射场的分布,并对核退役场景进行快速、精确的剂量计算和评估,以降低辐射对人员和环境的危害。目前,使用单一的确定论方法和随机性方法计算结构复杂的辐射场均存在不足,无法快速准确的计算退役设施辐射场的分布,而蒙卡-点核耦合计算可精确快速给出辐射场的分布,因此,利用蒙卡-点核耦合方法计算退役辐射场。对多点源辐射场模型计算结果表明,蒙卡-点核耦合计算比单一点核方法计算误差精度提高约1～2个数量级,相比于单一的蒙特卡罗计算可节约几十倍的时间;同时,蒙卡-点核耦合计算对体源模型的计算结果表明,耦合计算比单一的蒙卡方法计算速度提高几十倍,且最大相对误差在30%以内,计算精度较高。基于蒙卡-点核耦合计算方法,初步开发了核设施退役三维辐射场计算程序软件。     

泊松克里金算法在核辐射场重构中的应用研究

为验证泊松克里金法在核辐射场重构中的应用效果,本文对泊松克里金算法在辐射场剂量率插值计算中的计算原理进行了研究,结合代理模型对泊松克里金算法进行了求解。通过SuperMC软件建立虚拟辐射场,对泊松克里金算法的参数影响进行了分析,筛选出二次多项式基函数和GAUSS误差相关模型。采用6150AD-b闪烁体探测器对实际放射源进行测量,并利用实测辐射场剂量率数据和福岛周边空间剂量率数据对泊松克里金算法在核辐射场重构中的可行性进行了验证。结果表明：小范围简单辐射场中,样本数据量为网格点数的1/10时,平均相对误差在10%以内;大范围辐射场中,辐射热点区域略有偏移,平均相对误差为141.69%。以上结果表明,该方法在快速、低成本解决未知放射源辐射场的重构问题中有一定的潜力。     

强γ射线辐射场束流特性诊断

针对校准实验室内强γ射线辐射场束流应用及特性诊断需要,本文建立了辐射场束流特性模拟方法,设计了大面积快响应闪烁体与高速CCD相机组成的束流诊断系统。通过理论模拟及实验测量,在亚毫米位置分辨指标下,实现了对该辐射场内不同距离的束流均匀性、发散角、束流中轴线及快门渡越时间测量。     

医用加速器X线百分深度剂量外推计算研究

根据射线与物质相互作用理论 ,建立百分深度剂量 (PDD)外推计算数学模型 ,将常规剂量仪测得的较浅水深PDD值外推到更深深度处 ,满足没有三维水箱放疗单位临床治疗需要。在2 0cm水深范围内 ,不同大小射野 ,PDD外推值与三维水箱测量值之间最大绝对差异为 0 .0 0 6×10 0 % ,最大相对差异为 1.1% ,两者相当吻合     

随机扰动三维流体界面不稳定性的并行计算

对三维流体界面不稳定性的数值模拟引进了新的数值计算方法,并在 MPI 并行计算环境下进行了数值模拟。利用 Level Set 方法确定界面位置,零水平集对应界面位置。对应离散 Level Set 方程和界面两侧的两套 Euler 方程,借助于 Ghost 网格方法完成离散。如何确定临近界面的网格点的状态量,涉及到跨界面点的两套 Euler方程,借助于 Ghost 网格点思想实现在全流场用二阶 TVD 格式的统一计算。对最后网格点上的两套状态量的辨认依赖于该点的 LevelSet 值的符号。数值计算结果表明,TVD 格式结合 Ghost 方法较好地保持了跨界面密度的 Heaviside 剖面。采用区域分解方法对多处理机分配计算负载,每一个处理机有自己的内存和 CPU。讨论了缓冲区设定和数据交换方式。实际计算网格数为 102.4 万。得到Rayleigh-Taylor 不稳定性随机扰动的图象。     

基于克里金理论的辐射剂量场插值重构与可视化研究

使用基于克里金理论的插值计算方法对均匀网格与随机排列等不同分布类型的辐射剂量场进行了数据重构与可视化研究,并将重构结果与常用的反距离加权插值法进行了对比,分析了不同插值方法对辐射剂量场重构精度与可视化显示效果的影响。结果表明:对于多数情况,克里金插值法在辐射剂量场重构的精度与可视化显示的效果上均明显优于反距离加权插值法,算例中克里金插值法的结果与原始数据之间的偏差在10%以内,而反距离加权插值法的结果与原始数据之间的偏差基本在15%以上;但在辐射剂量场梯度变化较大且已知数据极少的区域,克里金插值法的计算结果偏差会增大,此时可使用反距离加权插值作为其补充,综合使用。本文的研究工作,验证了克里金插值法在辐射剂量场重构与可视化方面的应用潜力,可为推动辐射剂量场可视化仿真技术的发展提供技术支持。     

基于射频偏转腔的束团长度测量系统

本文建立了基于偏转腔的电子束团长度测量系统的模型,揭示了束流和偏转腔参数对测量结果的影响机制,给出了一种束团长度的计算方法。用三维仿真软件CST对腔体建模,得到了最优的单腔腔体尺寸、最优的耦合器尺寸和工作模式场分布,对应的偏转腔系统时间分辨率为182 fs,满足设计要求。用粒子跟踪软件Parmela进行束流动力学模拟,阐明了下游荧光屏上出现束团横向偏移的原因,并验证了理论结果的正确性。     

Spreading of a heavy ion beam with the dual-ring double scattering method

A flat radiation field for heavy ion beams is used in research experiments and clinical treatments. When a flat field is required, a beam spreading system must be installed for a beam line; thus a simple and affordable method is desirable. To achieve the carbon ion beam spreading, we employed a dual-ring double scattering method (DDSM), which consists of an initial scattering foil and a dual-ring subsequent scatterer. The scatterers for the DDSM were designed and tested to verify the flatness of the radiation field of the carbon ion beam. We obtained 100 mm of the flat radiation field in the isocenter plane for the 2D radiation field, as expected. For the 3D radiation field, we obtained a field size of 80 mm. With a 60-min setup time, using the DDSM system, and by placing only two scatterers, we can form the flat radiation field.     

中国实验快堆工程主工艺管系及设备三维校核设计

利用三维软件模拟设备及管系，在计算机上实现设备和管系的预安装，提前发现并解决中国实验快堆工程系统布置和安装过程中存在的问题。文章论述了三维校核设计的应用背景、技术方案、具体实现，给出了效果图例。