news 2025/12/25 3:38:41

遗传算法加速器堆顶屏蔽优化设计毕业论文【附代码】

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张小明

前端开发工程师

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遗传算法加速器堆顶屏蔽优化设计毕业论文【附代码】

博主简介:擅长数据搜集与处理、建模仿真、程序设计、仿真代码、论文写作与指导,毕业论文、期刊论文经验交流。

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1) 针对加速器驱动系统堆顶屏蔽设计中缺乏快中子注量率标准的问题,通过辐射剂量与释能等效原理推导适用限值。分析CiADS堆顶漏束中子能谱,计算其与热中子在活化材料中的等效损伤系数,建立注量率转换模型。考虑顶盖结构材料(如不锈钢、聚乙烯)的衰减效应,采用蒙特卡罗模拟验证等效关系,最终保守确定漏束中子注量率限值为7×10^5 n·cm^-2·s^-1,为屏蔽设计提供量化目标。该限值受顶盖几何影响小,可推广至其他ADS装置。

(2) 开发耦合MCNPX蒙特卡罗模拟与遗传算法的智能优化程序,实现堆顶屏蔽自动化设计。程序集成MCNPX作为中子输运计算引擎,遗传算法作为优化器:染色体编码屏蔽层材料类型和厚度,适应度函数综合中子注量率、重量和体积,采用锦标赛选择、模拟二进制交叉和多点变异操作。为提升效率,引入并行计算同时评估多个设计方案,并设置约束处理机制惩罚违反限值的解。优化程序可在百次迭代内收敛,相比人工试错法节省90%时间,且能发现非直觉最优方案。

(3) 应用优化程序对CiADS堆顶盖和束管屏蔽进行多目标优化。堆顶盖设计变量为硼聚乙烯、碳化硼和不锈钢的厚度组合,束管设计变量为聚乙烯层数和孔径。优化目标是最小化重量和体积的同时满足中子注量限值。结果得到堆顶盖总厚度183.67厘米、重量56.45吨,束管厚度23.13厘米、重量5.55吨的紧凑方案。灵敏度分析显示硼聚乙烯对中子屏蔽贡献最大,不锈钢提供结构支撑。该方案为工程建设提供关键数据,并验证了算法在核反应堆屏蔽设计中的实用性。

import numpy as np import random class GeneticAlgorithmShielding: def __init__(self, population_size, gene_length, bounds, objective): self.population = np.random.rand(population_size, gene_length) * (bounds[1] - bounds[0]) + bounds[0] self.fitness = np.zeros(population_size) self.bounds = bounds self.objective = objective self.best_solution = None self.best_fitness = float('inf') self.gene_length = gene_length def evaluate(self): for i in range(len(self.population)): self.fitness[i] = self.objective(self.population[i]) if self.fitness[i] < self.best_fitness: self.best_fitness = self.fitness[i] self.best_solution = self.population[i].copy() def selection(self, tournament_size=3): selected = [] for _ in range(len(self.population)): contestants = np.random.choice(len(self.population), tournament_size, replace=False) best_contestant = contestants[np.argmin(self.fitness[contestants])] selected.append(self.population[best_contestant]) return np.array(selected) def crossover(self, parent1, parent2, crossover_rate=0.9): if random.random() < crossover_rate: beta = random.random() child1 = beta * parent1 + (1 - beta) * parent2 child2 = (1 - beta) * parent1 + beta * parent2 return child1, child2 return parent1.copy(), parent2.copy() def mutation(self, individual, mutation_rate=0.1): mutated = individual.copy() for i in range(len(mutated)): if random.random() < mutation_rate: mutated[i] += random.uniform(-0.1, 0.1) * (self.bounds[1] - self.bounds[0]) mutated[i] = np.clip(mutated[i], self.bounds[0], self.bounds[1]) return mutated def optimize(self, generations): for gen in range(generations): self.evaluate() new_population = [] selected_population = self.selection() for i in range(0, len(selected_population), 2): parent1 = selected_population[i] parent2 = selected_population[i + 1] if i + 1 < len(selected_population) else selected_population[i] child1, child2 = self.crossover(parent1, parent2) child1 = self.mutation(child1) child2 = self.mutation(child2) new_population.extend([child1, child2]) self.population = np.array(new_population[:len(self.population)]) return self.best_solution, self.best_fitness def shielding_objective(design): thickness1, thickness2, thickness3 = design neutron_flux = 1e6 * np.exp(-0.1 * thickness1 - 0.05 * thickness2 - 0.01 * thickness3) weight = 2.5 * thickness1 + 1.8 * thickness2 + 7.8 * thickness3 volume = thickness1 + thickness2 + thickness3 penalty = max(0, neutron_flux - 7e5) * 1000 return neutron_flux + 0.01 * weight + 0.001 * volume + penalty ga = GeneticAlgorithmShielding(50, 3, [0, 200], shielding_objective) best_design, best_obj = ga.optimize(100) print(f"Optimal Shielding Design: Thicknesses = {best_design}, Objective = {best_obj}")


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