船用堆辐射屏蔽优化设计平台开发与验证

船用堆对核反应堆屏蔽设计提出了更高的要求,传统辐射屏蔽设计方法及设计软件已不能满足要求。为了得到更加精确的辐射屏蔽设计,本文基于开源的SALOME框架建立了一套集“几何建模-材料建模-屏蔽优化-结果可视化”功能为一体的船用堆辐射屏蔽多目标优化平台——MOSRT。MOSRT平台可实现屏蔽结构三维CAD实体建模、基于遗传算法的辐射屏蔽多目标优化以及屏蔽计算结果剂量场三维可视化。基于Savannah和MRX船用堆模型对MOSRT平台进行了辐射屏蔽优化验证,优化方案与初始方案相比,在剂量、质量、体积方面均得到了良好的优化效果,证明了MOSRT平台初步具备辐射屏蔽优化设计功能,可为船用堆工程及概念屏蔽设计提供辅助设计手段。      

基于非支配排序遗传算法的核动力堆中子-γ混合射线屏蔽智能优化

以萨瓦纳船用核动力堆为原型,等比构建了中子-γ混合辐射场多目标优化模型,使用非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）与神经网络相结合的屏蔽智能优化方法,将屏蔽层总重量和屏蔽后的剂量率作为优化目标,进行多目标寻优,得到了pareto最优解;选取其中1组最优解分别利用蒙特卡罗方法计算和神经网络预测进行可行性对比验证,在神经网络预测误差允许的范围内,得到的剂量率均满足寻优时设置的约束限值。研究结果表明,该屏蔽智能优化方法对反应堆中子 γ混合射线的屏蔽参数优化是可行的,相比于传统的纯蒙特卡罗方法而言,能在计算准确的前提下极大减少计算时间。     

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。     

百千瓦级空间核反应堆屏蔽优化研究

屏蔽体尺寸和重量对空间核反应堆和核动力航天器性能有着重要影响,因而屏蔽设计优化是空间核动力系统设计的关键。本文以JIMO项目反应堆为对象,在铍-碳化硼-钨-氢化锂分层组合屏蔽方案的基础上,考虑到辐照剂量的径向分布,采用蒙特卡罗方法计算了负载处辐照剂量和氢化锂中子剂量,分析了屏蔽设计原理,并提出了分步优化方法以实现屏蔽优化。根据结果分析,调整了铍和碳化硼的厚度比例、钨半径及布置位置,获得了优化的屏蔽方案,在满足屏蔽要求的基础上质量减少了98.41 kg。提出的屏蔽方案及设计流程可为空间核电源屏蔽设计优化提供参考。     

基于SuperMC的船用反应堆辐射屏蔽结构优化研究

船用反应堆辐射屏蔽结构的重量严重影响着船舶的机动性，如何在现有屏蔽空间内进行屏蔽设计以减少屏蔽体的重量，对船舶机动性能提高有着重要意义。本文基于中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC中的智能核设计模块对固定屏蔽空间的屏蔽优化问题开展了研究，采用“萨瓦娜”号反应堆模型进行了屏蔽优化计算。结果表明，优化方案相比于原始设计方案屏蔽体重量大幅度减小，该方法为指导船用反应堆辐射屏蔽的材料选择与屏蔽体布局提供了新的技术手段。      

反应堆辐射屏蔽多目标优化方法研究

为解决基于蒙特卡罗方法的传统屏蔽优化方法效率低、可应用性差的缺点，本文基于精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）和小批量随机梯度下降法（MBGD）对反应堆屏蔽优化方法进行了研究，同时改进了遗传算法自适应变异率算子以增强遗传算法的全局寻优能力，提出了反应堆屏蔽多目标优化方法。构建反应堆二次屏蔽多目标优化模型，将蒙特卡罗方法与神经网络预测方法输出的屏蔽后归一化中子透射率进行对比，验证了MBGD的准确性。通过神经网络与NSGA-Ⅱ的耦合对屏蔽参数进行约束寻优，能够快速找到屏蔽设计模型的Pareto前沿，可实际应用于反应堆辐射屏蔽多目标优化工程设计。      

摇摆流动不稳定性的遗传算法优化神经网络预测

摇摆工况下自然循环系统的流动不稳定性现象对船用核动力系统的安全性有着显著影响。结合神经网络和遗传算法,对复杂不稳定性行为的预测进行了优化。采用小数据量法计算了流量时间序列的最大Lyapunov指数,得到了时间序列的最大可预测时间。应用单隐层BP神经网络对流量变化进行了多步滚动预测,在步数较少时预测结果与实验结果符合较好。但由于BP神经网络存在陷入局部最优解的问题,为此采用遗传算法对神经网络的初始阈值和权值进行优化,从而改善了BP神经网络的非线性预测性能。本文结果为流动不稳定性的实时预测提供了一种易于实际应用且准确度较高的途径。     

华龙一号反应堆本体屏蔽设计

华龙一号(HPR1000)在设计过程中,为了满足通风和安全要求,在反应堆周围增设了贯穿件,另外,为了辐射防护优化的需求,相对于二代核电厂对部分位置辐射分区进行了更为严栺的调整。为应对上述改进,HPR1000反应堆本体屏蔽设计引入了先进屏蔽计算方法,开展了堆腔漏束和深穿透屏蔽计算分析,提出了先进屏蔽结构设计方案。通过采取针对性的屏蔽设计,HPR1000反应堆本体屏蔽各项指标均达到了工程设计要求,能够保护工作人员的安全健康和仪器设备的正常工作。     

基于遗传算法的核反应堆辐射屏蔽优化方法研究

基于遗传算法,对核反应堆辐射屏蔽设计的单设计目标和多设计目标优化问题展开了研究。基于"萨瓦娜"号核动力船辐射屏蔽问题的测试,验证了单设计目标和多设计目标辐射屏蔽优化设计方法的有效性和正确性,为未来核反应堆的辐射屏蔽的优化设计提供新的技术手段。     

MC-MC耦合计算方法在核电厂中子屏蔽设计中的应用

中子屏蔽精细化设计是三代堆型核电厂区别于二代堆的主要辐射防护设计特征之一,其设计优劣直接影响了辐射场内设备寿命及功率运行期间可能进入的工作人员的辐射安全。为了精确、快速、有效解决大尺度复杂厂房中子屏蔽计算难题,提出了将MC-MC耦合计算应用于解决核电厂大型复杂计算模型的中子屏蔽设计方法。通过与欧洲第三代压水堆技术方案(CEPR)设计结果对比表明,计算结果偏差小于15%,满足工程屏蔽设计误差要求,证明该方法的正确性与可行性。该方法已应用于国内某三代堆型核电厂反应堆厂房中子屏蔽设计。