Полоус М.А., Алексеев П.А., Ехлаков И.А.ФГУП ГНЦ РФ-Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского

.

Задача оптимизации радиационной защиты КЯЭУ

состоит в минимизации ее массогабаритных характеристик при

обеспечении ей допустимых радиационных нагрузок на всех

защищаемых объектах. Одним из ключевых направлений решения

данной задачи является нахождение оптимального профиля защитных

слоев блока радиационной защиты.

1

s - пчелы-разведчики; n – кол-во лучших участков; m - кол-во выбранных участков; N –кол-во пчел на лучших участках; M – кол-во

пчел на выбранных участках; d - размер окрестности

1

2

Алгоритм искусственной пчелиной колонии

В настоящее время основные задачи расчета и оптимизации характеристик термоэмиссионного реактора-преобразователя (ТРП) в составе космической ЯЭДУ –

расчет выходных характеристик ЭГК, нейтронно-физический расчет характеристик ТРП и оптимизация массогабаритных характеристик радиационной защиты – решаются

отдельно. В то же время они не являются независимыми друг от друга. Совместное решение этих задач является актуальным и позволяет в будущем

поставить задачу разработки методики оптимизации ТРП как целого, что отвечает самому современному тренду в ядерной энергетике.

Появление нового комплекса космических задач, требующих для своей реализации десятков и сотен киловатт электрической мощности, ставит вопрос создания энергетических установок

большей мощности. Разрабатываемые в настоящее время космические ядерные энергетические установки (КЯЭУ) с термоэмиссионным преобразованием энергии способны

перекрыть весь необходимый мощностной диапазон с приемлемыми эксплуатационными показателями. НИОКР по созданию КЯЭУ нового поколения ведутся при значительном ужесточении требований по увеличению ресурса, величины выходной электрической

мощности, ядерной и радиационной безопасности.

Обеспечение необходимых нейтронно-физических

характеристик (НФХ) реактора является оптимизационной

задачей.Оптимизация на основе

имитационного моделирования заключается в совместном

использовании имитационной модели (ИМ) сложной системы и

алгоритма оптимизации.

Для того, чтобы сократить временные затраты на поиск решения, вместо использования имитационной модели реактора, можно использовать,

полученную на ее основе, метамодель, которая позволяла бы делать прогноз относительно НФХ реактора при выбранных изменяемых параметрах реактора.

Для решения реакторных оптимизационных задач

удобно применять ГЕНЕТИЧЕСКИЙ

АЛГОРИТМ который более устойчив к попаданию в локальные оптимумы и

имеет ряд других преимуществ перед

классическими численными методами.

Основными операторами генетических алгоритмов являются кроссинговер,

мутация, выбор родителей и селекция (отбор хромосом в новую

популяцию).

ГА принято использовать биологическую терминологию. Термин особь означает набор

хромосом, т.е. альтернативный вариант решения задачи – совокупность значений оптимизируемых

параметров реактора, хромосома – число, значение параметра реактора, популяция –совокупность особей, набор альтернативных

решений задачи.

Общий алгоритм решения задачи расчета электротеплофизических характеристик ЭГК в программной среде

COMSOL-ЭГК

• Выбор размерности физической модели (1D, 2D или 3D), определениефизического раздела (сопряженный стационарный анализтемпературных и электрических полей)• Определение рабочей области и построение геометрической моделиЭГК• Задание исходных данных и зависимостей переменных от координат ивремени• Задание экспериментальных ВАХ ТЭП• Указание теплофизических и электромагнитных свойствконструкционных материалов ЭГК и начальных условий• Задание граничных условий (объемные источники тепла, тепловыепотоки через моделируемые поверхности ЭГК, источники электрическоготока, заземление и др.)• Генерация конечно-элементной расчетной сетки модели• Определение параметров решающего устройства и запуск расчета• Постобработка полученных результатов