Increasing the operation cycle length can be an important goal in the fuel reload design of a nuclear reactor core. In this research paper, a new optimization approach, electromagnetism mechanism (EM), is applied to the fuel arrangement design of the Bushehr WWER-1000 core. For this purpose, a neutronic solver has been developed for calculating the required parameters during the reload cycle of the reactor. In this package, two modules have been linked, including PARCS v2.7 and WIMS-5B codes, integrated in a solver for using in the fuel arrangement optimization operation. The first results of the prepared package, along with the cycle for the original pattern of Bushehr WWER-1000, are compared and verified according to the Final Safety Analysis Report and then the results of exploited EM linked with Purdue Advanced Reactor Core Simulator (PARCS) and Winfrith Improved Multigroup Scheme (WIMS) codes are reported for the loading pattern optimization. Totally, the numerical results of our loading pattern optimization indicate the power of the EM for this problem and also show the effective improvement of desired parameters for the gained semi-optimized core pattern in comparison to the designer scheme.
PURPOSES : The purpose of this study is to present a linear programing optimization model for the design of lane-based lane-uses and signal timings for an isolated intersection. METHODS: For the optimization model, a set of constraints for lane-uses and signal settings are identified to ensure feasibility and safety of traffic flow. Three types of objective functions are introduced for optimizing lane-uses and signal operation, including 1) flow ratio minimization of a dual-ring signal control system, 2) cycle length minimization, and 3) capacity maximization. RESULTS : The three types of model were evaluated in terms of minimizing delay time. From the experimental results, the flow ratio minimization model proved to be more effective in reducing delay time than cycle length minimization and capacity maximization models and provided reasonable cycle lengths located between those of other two models. CONCLUSIONS : It was concluded that the flow ratio minimization objective function is the proper one to implement for lane-uses and signal settings optimization to reduce delay time for signalized intersections.
This paper considers an Economic Order Quantity Model under random life cycle. It is assumed that the life cycle of the product is unknown; a random variable. Three cost parameters are considered; ordering cost, inventory carrying cost and salvage cost. Expected total cost is the optimization criterion. We show that the optimal cycle length is unique and finite, and present a simple line search method to find an optimal cycle length.
Democratic People's Republic of Korea (DPRK) has produced weapon-grade plutonium in a graphite-moderated experimental reactor at the Yongbyon nuclear facilities. The amount of plutonium produced can be estimated using the Graphite Isotope Ratio Method (GIRM), even without considering specific operational histories. However, the result depends to some degree on the operational cycle length. Moreover, an optimal cycle length can maximize the number of nuclear weapons made from the plutonium produced. For conservatism, it should be assumed that the target reactor was operated with an optimal cycle length. This study investigated the optimal cycle length using which the Calder Hall MAGNOX reactor can achieve the maximum annual production of nuclear weapons. The results show that lower enrichment fuel produced a greater number of critical plutonium spheres with a shorter optimal cycle length. Specifically, depleted uranium (0.69wt%) produced 5.561 critical plutonium spheres annually with optimal cycle lengths of 251 effective full power days. This research is crucial for understanding DPRK's potential for nuclear weapon production and highlights the importance of reactor operational strategy in maximizing the production of weapons-grade plutonium in MAGNOX reactors.
The main features of the loading pattern optimization (LPO) problem, such as high-dimensionality, multi-modality, and non-linearity, make it difficult to achieve a truly optimal configuration. In recent years, metaheuristic methods have been successfully used to solve this problem. In this research, a discrete golden eagle optimization (DGEO) algorithm has been developed to solve the LPO problem in the first cycle of VVER-1000 reactor core. To evaluate the proposed algorithm, a linear multi-purpose fitness function has been used to improve the safety parameters of the reactor core by obtaining a flatter power distribution during the first cycle, and also to enhance the economic parameters by increasing the cycle length and reducing the cost of fuel recycling. For this purpose, a FORTRAN program has been written to map the DGEO algorithm for the LPO problem using the PMAX and PARCS core calculation code to compute the fitness function in each iteration. To speed up the calculations, parallel computing has been applied in the written program. The results demonstrated that the loading pattern, which is suggested by the DGEO algorithm, enhances all the safety and economic parameters in the fitness function. Thus, the DGEO algorithm is highly reliable for the LPO problems in the VVER 1000 reactor core.
This study presents critical buckling load optimization of the axially graded layered uniform columns. In the first place, characteristic equations for the critical buckling loads for all boundary conditions are obtained using the transfer matrix method. Then, for each case, square of this equation is taken as a fitness function together with constraints. Due to explicitly unavailable objective function for the critical buckling loads as a function of segment length and volume fraction of the materials, especially for the column structures with higher segment numbers, initially, prescribed value is assumed for it and then the design variables satisfying constraints are searched using Differential Evolution (DE) optimization method coupled with eigen-value routine. For constraint handling, Exterior Penalty Function formulation is adapted to the optimization cycle. Different boundary conditions are considered. The results reveal that maximum increments in the critical buckling loads are attained about 20% for cantilevered and pinned-pinned end conditions and 18% for clamped-clamped case. Finally, the strongest column structure configurations will be determined. The scientific and statistical results confirmed efficiency, reliability and robustness of the Differential Evolution optimization method and it can be used in the similar problems which especially include transcendental functions.
Abu Saleem, Rabie;Radaideh, Majdi I.;Kozlowski, Tomasz
Nuclear Engineering and Technology
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제52권12호
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pp.2709-2716
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2020
Compositions of large nuclear cores (e.g. boiling water reactors) are highly heterogeneous in terms of fuel composition, control rod insertions and flow regimes. For this reason, they usually lack high order of symmetry (e.g. 1/4, 1/8) making it difficult to estimate their neutronic parameters for large spaces of possible loading patterns. A detailed hyperparameter optimization technique (a combination of manual and Gaussian process search) is used to train and optimize deep neural networks for the prediction of three neutronic parameters for the Ringhals-1 BWR unit: power peaking factors (PPF), control rod bank level, and cycle length. Simulation data is generated based on half-symmetry using PARCS core simulator by shuffling a total of 196 assemblies. The results demonstrate a promising performance by the deep networks as acceptable mean absolute error values are found for the global maximum PPF (~0.2) and for the radially and axially averaged PPF (~0.05). The mean difference between targets and predictions for the control rod level is about 5% insertion depth. Lastly, cycle length labels are predicted with 82% accuracy. The results also demonstrate that 10,000 samples are adequate to capture about 80% of the high-dimensional space, with minor improvements found for larger number of samples. The promising findings of this work prove the ability of deep neural networks to resolve high dimensionality issues of large cores in the nuclear area.
터널시공에 있어서 굴진장은 기술적인 면뿐만이 아니라 경제적인 면에서도 큰 영향을 끼치지만 현재까지 굴진장 결정을 위한 일관된 절차는 연구되지 않았다. 본 연구에서는 수치해석을 통해 굴진장이 연암터널의 거동형태에 끼치는 영향을 알아보았다. 터널 막장과 무지보구간의 거동형태를 막장안전률과 설계차트를 이용해 정량적으로 판단할 수 있도록 하였으며, 설계단계에서의 최적 굴진장을 사이클타임과 공사비 등의 시공자료를 이용해 분석하였다. 비록 본 연구결과가 몇몇 적용한계를 가지고 있지만 설계단계에서 터널 굴착을 최적화하기 위한 정보를 제공할 수 있다.
최근 인공지능 알고리즘을 활용한 교통 신호 제어에 관한 관심 증대와 함께, 관련 모델구축 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 대부분의 연구는 독립 교차로를 대상으로, 교통량 변화에 연동되는 신호 주기 산정을 위한 이론 전개가 주를 이루고 있다. 본 연구에서는 신호제어 알고리즘 구축을 위한 실증 분석을 통해, 신호운영과 회전교차 방식의 실제 교차로를 대상으로 분석을 진행하였다. 기존 연구에서 많이 활용되는 GA와 PSO 알고리즘을 개선한 PSO-BFO 알고리즘을 제시하여 두 교차로의 운영 효과 증진을 위한 신호제어 방안을 강구 하였다. 그 결과, 158초의 신호 주기하에 신호 교차로의 경우, 용량 증대 3.4%, 지체도 및 정지횟수 감소는 각각 8.2%, 8.3%의 효과가 발생하고, 회전교차로에서는 용량증대 9.2%, 지체도 및 정지횟수 감소가 각각 7.1%, 27.2%에 이르는 효과가 발생하는 것으로 나타났다.
Do, Manseok;Nguyen, Xuan Ha;Jang, Seongdong;Kim, Yonghee
Nuclear Engineering and Technology
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제52권5호
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pp.869-877
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2020
A 24-month Advanced Power Reactor 1400 (APR1400) core with a very-low-boron (VLB) concentration has been investigated for an inherently safe and high-performance PWR in this work. To develop a high-performance APR1400 which is able to do the passive frequency control operation, VLB feature is essential. In this paper, the centrally-shielded burnable absorber (CSBA) is utilized for an efficient VLB operation in the 24-month cycle APR1400 core. This innovative design of the VLB APR1400 core includes the optimization of burnable absorber and loading pattern as well as axial cutback for a 24-month cycle operation. In addition to CSBA, an Er-doped guide thimble is also introduced for partial management of the excess reactivity and local peaking factor. To improve the neutron economy of the core, two alternative radial reflectors are adopted in this study, which are SS-304 and ZrO2. The core reactivity and power distributions for a 2-batch equilibrium cycle are analyzed and compared for each reflector design. Numerical results show that a VLB core can be successfully designed with 24-month cycle and the cycle length is improved significantly with the alternative reflectors. The neutronic analyses are performed using the Monte Carlo Serpent code and 3-D diffusion code COREDAX-2 with the ENDF/B-VII.1.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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