Чтобы продемонстрировать обоснованность своих выводов, исследовательская группа провела два отдельных эксперимента.
Новая разработка преодолевает ограничения традиционных методов проектирования экранирования, которые не отвечают требованиям современных ядерных реакторов.
ПитДрейпер /iStock
Ученые из NEAL Южно-Китайского университета разработали новый метод оптимизации радиационной защиты, позволяющий улучшить конструкцию и эффективность радиационной защиты, особенно для ядерных реакторов следующего поколения.
«В последние годы разработка новых типов ядерных реакторов, таких как транспортабельные, морские и космические реакторы, поставила новые задачи по оптимизации конструкции радиационной защиты реакторов», — заявили исследователи в новом исследовании.
Исследовательская группа успешно создала два алгоритма оптимизации, названные RP-NSGA и RP-MOABC, оба из которых разработаны на основе сложной стратегии выбора опорной точки.
Эти алгоритмы предназначены для эффективного решения сложной задачи по достижению баланса между несколькими целями при проектировании радиационной защиты, такими как минимизация веса и размера при максимальной защите от радиации.
«Обычный многоцелевой (двух- или трехцелевой) метод оптимизации для проектирования радиационной защиты имеет ограничения для ряда целей оптимизации и переменных параметров, а также не позволяет достичь глобального оптимального решения, тем самым не отвечая требованиям оптимизации защиты для новых разрабатываемых реакторов», — подчеркивают исследователи.
Устранение ограничений традиционных методов
Новая разработка устраняет ограничения традиционных методов проектирования экранирования, которые часто в значительной степени полагаются на экспертную интуицию и борьбу за удовлетворение жестких требований современных ядерных реакторов. В частности, эти новые типы реакторов требуют легких, компактных и высокоэффективных решений по радиационной защите.
«Обычно защитные конструкции должны быть легкими, миниатюрными и защищенными от радиации, что представляет собой многопараметрическую и многоцелевую задачу оптимизации», — говорится в исследовании.
Новые алгоритмы, разработанные командой NEAL, преодолевают эти ограничения за счет интеграции стратегии выбора опорной точки с устоявшимися методами оптимизации — генетическими алгоритмами (NSGA) и алгоритмами искусственных пчелиных колоний (MOABC).
«В этом исследовании генетические и искусственные алгоритмы пчелиных колоний объединяются со стратегией выбора опорной точки и применяются к многоцелевой (имеющей четыре или более целей) оптимальной конструкции радиационной защиты реактора», — пояснила исследовательская группа.
Такая интеграция значительно повышает производительность оптимизации и позволяет алгоритмам автоматически определять наилучшие возможные конфигурации экранирования, которые удовлетворяют нескольким целям (например, минимизации веса и объема) и при этом соблюдают строгие ограничения по дозе облучения.
Такая автоматизация снижает сложность проектирования и обеспечивает жизненно важную техническую поддержку на критическом этапе концептуального проектирования новых реакторов.
Проверка посредством численных экспериментов
Исследовательская группа провела два эксперимента для подтверждения достоверности своих выводов.
«Чтобы подтвердить надежность методов, проводится оптимизационное моделирование на трехмерных защитных конструкциях и решается еще одна сложная задача оптимизации экранирования», — утверждают исследователи.
В первом случае, который представлял собой простую оптимизацию трехмерной структуры экранирования, алгоритм RP-NSGA продемонстрировал значительные улучшения и достиг окончательного поколения схем экранирования со средними значениями объема и веса, которые составили всего 24,5% и 14,5% от значений, полученных с использованием традиционной стратегии скученности и расстояния.
Алгоритм RP-MOABC показал еще большие улучшения в этом эксперименте. Он достиг средних значений объема и веса всего 17,3% и 9,77% по сравнению с обычным методом.
Во втором эксперименте использовалась более сложная многослойная конструкция экранирования из нескольких материалов, в которой алгоритм успешно оптимизировал структуру, достигнув значительного уменьшения объема на 19,12% и уменьшения веса на 24,50%.
Разработанные алгоритмы потенциально могут применяться для решения широкого спектра инженерных задач, включающих многокритериальную оптимизацию.
«Предложенные в этом исследовании алгоритмы предлагают новые идеи по улучшению характеристик конструкции экранирования и качества экранирования новых типов реакторов», — говорится в заключении исследования.
Sourse: interestingengineering.com
