Study of a Three-way Coupling Calculation Method Based on Particle Transport-Activation Calculation-Intelligent Optimization
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摘要: 现有屏蔽设计优化技术通常依赖设计者的经验，其效率低，不确定性大。为了提高屏蔽设计效率，本文结合多目标优化算法和辐射屏蔽计算开展屏蔽设计，开发了基于粒子输运-活化计算-智能优化的三向耦合计算程序，并基于本文构造的屏蔽计算模型进行了验证。数值计算结果表明，基于离散纵标方法和遗传算法的屏蔽设计优化方法可以实现屏蔽材料体积、屏蔽材料质量、停堆后活化剂量率和正常运行剂量率等多个目标的同时优化。Abstract: Existing shielding design optimization techniques usually rely on the experience of the designer, which is inefficient and has high uncertainty. In order to improve the efficiency of shielding design, this paper combines the multi-objective optimization algorithm and radiation shielding calculation to carry out shielding design, and develops a three-way coupling calculation code based on particle transport-activation calculation-intelligent optimization. The code is validated using the shielding calculation model constructed in this study. The numerical results show that the shielding design optimization method based on the discrete ordinate method and genetic algorithm can achieve the simultaneous optimization of multiple objectives, such as shielding volume, weight, activation dose rate after reactor shutdown and normal operation dose rate.
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Key words:
- Discrete ordinate /
- Genetic algorithm /
- Multi-objective optimization /
- Shielding design
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图 1 屏蔽设计优化流程
Pk—第k代父代种群，其中有6个个体(1,2,3,4,5,6)；Qk—第k代子代种群，其中有6个个体(a,b,c,d,e,f)；Fn—按照非支配关系进行排序的第n个前沿
Figure 1. Shielding Design Optimization Flow
图 2 三向耦合多目标优化算法框架
Figure 2. Three-way Coupling Multi-objective Optimization Algorithm Framework
表 1 随机生成的屏蔽方案
Table 1. Randomly Generated Shielding Scheme
方案 厚度
/cm质量
/t停堆后活化
剂量率
/(mSv·h−1)正常运行
剂量率
/(mSv·h−1)1 62.8 39.1 1.45×104 4.00×104 2 70.4 48.8 4.94×103 1.52×104 3 74.7 52.9 2.58×103 1.01×104 4 76.5 43.5 2.72×103 9.02×103 5 78.1 53.9 1.92×103 6.63×103 6 79.5 53.5 1.69×103 5.72×103 7 81.7 56.2 1.21×103 5.11×103 8 86.3 43.8 1.13×103 5.51×103 9 93.4 57.8 3.91×102 1.74×103 
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表 2 最终优化得到的屏蔽方案
Table 2. Final Optimized Shielding Scheme
方案 厚度
/cm质量
/t停堆后活化
剂量率
/(mSv·h−1)正常运行
剂量率
/(mSv·h−1)1 62.8 29.7 2.36×104 50.8×103 2 77.4 45.7 1.99×103 7.16×103 3 79.9 40.6 2.43×103 9.24×103 4 81.0 51.0 1.40×103 4.82×103 5 83.2 55.7 1.12×103 4.00×103 6 83.2 47.4 1.23×103 4.82×103 7 86.3 52.5 7.13×102 2.93×103 8 87.0 49.4 5.93×102 3.07×103 9 88.6 56.1 6.04×102 2.33×103 10 90.6 53.4 3.68×102 2.00×103 11 91.5 70.6 3.57×102 1.63×103 12 93.7 41.3 1.76×103 8.58×103 13 96.2 55.3 2.91×102 1.64×103 14 97.4 53.8 3.29×102 1.99×103 15 97.6 56.7 2.11×102 1.30×103 16 100.0 53.1 2.37×102 1.80×103
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表 3 最终优化得到的屏蔽方案厚度
Table 3. Thickness of the Final Optimized Shielding Scheme
方案 水箱厚度/cm 铅厚度/cm 不锈钢4厚度/cm 13 83.9 10.6 1.7 14 85.8 9.5 2.1 15 85.1 11.2 1.3
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