KR20100066572A - Reactor dosimetry applications using a parallel 3-d radiation transport code - Google Patents

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Abstract

The invention relates generally to a method for the calculation of radiation field distributions employing a new parallel 3-D radiation transport code and, a multi-processor computer architecture. The code solves algorithms using a domain decomposition approach. For example, angular and spatial domains can be partitioned into subsets and, the subsets can be independently allocated and processed.

Description

방사선 필드 계산 방법 및 컴퓨터 프로그램{REACTOR DOSIMETRY APPLICATIONS USING A PARALLEL 3-D RADIATION TRANSPORT CODE}FIELD CIRCUIT Calculation Method and Computer Program

관련 출원에 대한 교차 참조Cross Reference to Related Applications

본 가특허 출원은 2007년 9월 27일에 출원된 미국 가특허 출원 제 60/975,525호에 대한 우선권을 주장한다.
This provisional patent application claims priority to US Provisional Patent Application No. 60 / 975,525, filed September 27, 2007.

본 발명은 전반적으로 방사선 필드 분포의 계산에 관한 것으로, 특히 원자로 캐비티에 대한 중성자-선량 측정 응답 및 내부 성분을 예측하는 데 유용하다.
The present invention relates generally to the calculation of the radiation field distribution and is particularly useful for predicting neutron-dose response and internal components for the reactor cavity.

중성자 및 감마 방사선 전송 애플리케이션에 대한 선형 볼츠만 방정식(Linearized Boltzmann Equation; LBE)의 수치적 해법을 얻기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. 이산 세로좌표(discrete ordinates) 방법(SN)이 하나의 이러한 방법인데, 특히 원자공학 분야에서 사용된다. SN 방정식의 수치적 해법은 위상 공간, 즉, 각도, 공간 및 에너지 도메인의 동시적 이산화를 통해 달성된다. 위상 공간의 동시적 이산화는 SN 방정식에 많은 알려지지 않을 것들을 유도하므로, 이 문제를 해결하기 위해 광대한 계산 리소스가 요구된다.Various methods can be used to obtain numerical solutions to the Linearized Boltzmann Equation (LBE) for neutron and gamma radiation transmission applications. Discrete ordinates method (S N ) is one such method, especially in the field of atomic engineering. The numerical solution of the S N equation is achieved through simultaneous discretization of the phase space, ie the angle, space and energy domains. Simultaneous discretization of the phase space leads to many unknowns in the S N equation, so extensive computational resources are required to solve this problem.

대규모 3-D 중성자 및 감마 전송 애플리케이션에 있어서, SN 방정식을 사용하여 LBE의 수치적 해법을 생성하기 위해 요구되는 메인 메모리는 통상적인 단일 프로세서 워크스테이션의 현재 계산 용량을 초과할 수 있다. 예를 들어, 대략 150만개의 공간 메시(meshes), S8 직교 세트(quadrature set), 확산 커넬의 P3 확장 및 47-중성자 에너지 그룹으로 특징지어지는 종래 2-루프 가압수형 원자로(PWR)에 대한 풀 3-D 중성자 전송 문제점의 해법은 대략 45GByte의 메인 메모리 요구조건을 유도할 수 있다. 요구되는 중요한 연산 리소스는 이러한 문제점을 해결하기 위해 단일 프로세서 워크스테이션의 사용을 배제할 수 있다.
For large scale 3-D neutron and gamma transmission applications, the main memory required to generate the numerical solution of the LBE using the S N equation may exceed the current computing capacity of a typical single processor workstation. For example, in a conventional two-loop pressurized water reactor (PWR) characterized by approximately 1.5 million spatial meshes, an S 8 quadrature set, a P 3 extension of the diffusion kernel, and a 47-neutron energy group. The solution to the full 3-D neutron transfer problem for the above can lead to a main memory requirement of approximately 45 GByte. The critical computational resources required can preclude the use of single processor workstations to solve this problem.

멀티 프로세서 연산 아키텍처, 즉, 분산형 메모리 아키텍처의 장점을 취하기 위해 SN 방정식에 대한 새로운 해법 알고리즘을 개발함으로써 이들 어려움을 극복하는 것이 요구된다. 예를 들어, 네트워크 백본을 통해 서로 링크되는 다수의 물리적으로 의존하는 워크스테이션을 구성하여, 일반적으로 클러스터 연산 환경으로 지칭되는 것을 수립하는 것이 바람직할 것이다. 이 종류의 연산 플랫폼은 특히 과학적 연산 분야 및 대규모 수치적 시뮬레이션에서 최근 몇 년간에 널리 확산되었다. 그러나, 클러스터 환경의 특성을 이용하기 위해 특화된 알고리즘을 개발하는 것이 필요하다.It is required to overcome these difficulties by developing new solution algorithms for the S N equations in order to take advantage of the multiprocessor computational architecture, ie distributed memory architecture. For example, it would be desirable to configure a number of physically dependent workstations that are linked to each other via a network backbone to establish what is generally referred to as a cluster computing environment. This kind of computing platform has become widespread in recent years, especially in scientific computing and large scale numerical simulation. However, it is necessary to develop specialized algorithms to exploit the characteristics of the cluster environment.

따라서, 멀티-프로세서 연산 아키텍처의 장점을 취하기 위해 SN 방정식의 해법 알고리즘 세트에 개선의 여지가 있다. 또한, 중성자 및 감마 방사선 필드 분포와 같은 방사선 필드 분포의 계산을 위한 LBE의 수치적 해법을 얻기 위한 방법에도 개선의 여지가 있다. 또한, 원자로의 애플리케이션에 대한 정확하고 효율적인 방식으로 선량 측정 응답을 예측하는 방법의 개선의 여지가 있다.
Thus, there is room for improvement in the solution algorithm set of the S N equation to take advantage of the multi-processor computational architecture. There is also room for improvement in methods for obtaining numerical solutions of LBEs for the calculation of radiation field distributions such as neutron and gamma radiation field distributions. There is also room for improvement in how to predict the dosimetric response in an accurate and efficient manner for the application of the reactor.

방사선 필드 분포를 계산하는 방법으로서, 3-D 방사선 전송 컴퓨터 코드를 적용하는 단계를 포함하는데, 이 상기 코드는 각도와 공간 도메인으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 도메인을 포함하는 도메인 분해 알고리즘을 포함하고, 이 도메인은 멀티 프로세서 컴퓨터 아키텍처상에서 독립적으로 할당되고 처리된다. A method of calculating a radiation field distribution, comprising applying a 3-D radiation transmission computer code, the code comprising a domain decomposition algorithm comprising a domain selected from the group consisting of angle and spatial domains, This domain is assigned and processed independently on a multiprocessor computer architecture.

방사선 필드 분포를 계산하는 컴퓨터 프로그램으로서, 실행되면 각도 및 공간 도메인을 서브세트로 분할하고 이 서브세트를 독립적으로 할당하고 이 서브세트를 멀티-프로세서 아키텍처상에서 처리하는 코드 세그먼트를 포함한다.
A computer program for calculating a radiation field distribution, comprising code segments that, when executed, divide the angle and spatial domains into subsets, assign these subsets independently, and process the subsets on a multi-processor architecture.

도 1a는 2-루프 PWR에 대한 3-D 전송 모델의 기하학적 및 물질적 분포를 도시하고 있다. 도 1b는 2-루프 PWR에 대한 z=0.0에서의 x-y 평면상의 모델의 2-D 섹션을 도시하고 있다.
도 2는 방향적 세타 가중치 적응적 차등 방안을 사용하여 계산되는 선량 측정 데이터의 측정치 대 계산치(M/C) 비를 도시하고 있다.
도 3a, 3b 및 3c는 코어 상부 위치(3a), 코어 중간면 위치(3b) 및 코어 하부 위치(3c)에 대한 수정되지 않은 두께과 비교할 때 수정된 두께를 갖는 수정된 원자로 압력 베셀에 대한 M/C 비를 도시하고 있다.
도 4는 상이한 도메인 분해 전략을 사용하는 일정(20개에 이르는) 프로세서에 대해 얻어지는 가속을 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 실시예의 흐름도를 도시하고 있는데, 여기서 3-D 방사선 전송 컴퓨터 프로그램은 방사선 필드 분포를 발생시키기 위해 구현된다.
1A shows the geometric and physical distribution of a 3-D transmission model for a two-loop PWR. 1B shows the 2-D section of the model on the xy plane at z = 0.0 for the 2-loop PWR.
FIG. 2 shows the measured to calculated (M / C) ratio of dose measurement data calculated using the directional theta weighted adaptive differential scheme.
3A, 3B and 3C show M / for a modified reactor pressure vessel with a modified thickness as compared to the unmodified thickness for core upper position 3a, core midplane position 3b and core lower position 3c. The C ratio is shown.
4 shows the acceleration obtained for a given (up to 20) processors using different domain decomposition strategies.
5 shows a flowchart of an embodiment of the invention, wherein a 3-D radiation transmission computer program is implemented to generate a radiation field distribution.

본 발명은 시스템에 대한 방사선 필드 분포를 계산하는 방법에 관한 것이다. 방사선 필드는 중성자 및 감마 방사선을 포함할 수 있다. 본 발명의 한 측면에서, 원자로의 캐비티의 베셀 외부(ex-vessel) 중성자 선량 측정 응답이 계산될 수 있다. 원자로의 종류는 제한적이지 않으며 이 기술 분야에 알려진 다양한 상업용 설계를 포함할 수 있다. 적합한 원자로는 가압수형 원자로(PWR) 및 비등수 원자로(Boiling Water Reactor; BWR)를 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 설명을 간단히 하기 위해, 본 발명의 이 측면은 2-루프 상업용 PWR을 참조하여 설명할 것이다. 선량 측정 응답을 발생시키는 PWR의 연산 모델링이 PWR의 설계 및 동작에서 사용된다.The present invention relates to a method of calculating a radiation field distribution for a system. The radiation field may include neutron and gamma radiation. In one aspect of the invention, the ex-vessel neutron dosimetry response of the cavity of the reactor can be calculated. The type of reactor is not limited and may include various commercial designs known in the art. Suitable reactors may include, but are not limited to, pressurized water reactors (PWRs) and boiling water reactors (BWRs). For simplicity of explanation, this aspect of the invention will be described with reference to a two-loop commercial PWR. Computational modeling of the PWR to generate a dosimetric response is used in the design and operation of the PWR.

본 발명의 방법은 RAPTOR-M3G(Rapid Parallel Transport Of Radiation - Multiple 3D Geometries)로서 지칭되는 3-D 병렬 방사선 전송 코드의 애플리케이션을 포함한다. 전송 코드는 SN 방정식을 해결하기 위한 병렬 알고리즘 세트를 제공한다. 이 방법은 도메인 분해 알고리즘에 기초하는데, 여기서 공간, 각도 및/또는 에너지 도메인은 멀티-프로세서 아키텍처에서 독립적으로 할당되고 처리될 수 있는 서브세트로 분할된다. 알려져 있는 적합한 3-D 병렬 결정적 전송 코드의 예는 PENTRANTM 및 PARTISN을 포함한다. (Sjoden G.E. 및 Haghighat A., "PENTRAN - Parallel Enviroment Neutralparticle TRANport in 3-D Cartesian Geometry", Proceedings of the Joint International Conference on Mathematicla Methods and Supercomputing for Nuclear Application, Vol.1, 232-234쪽, Saratoga Springs, 뉴욕(1997년)). 종래 단일 프로세서 애플리케이션에 비교할 때, 본 발명의 방법은 연산 부하 외에도 프로세서당 메모리 요구조건을 감소시켜서, 대규모 3-D 문제점에 대한 효율적인 해결 방안을 얻게 한다.The method of the present invention involves the application of a 3-D parallel radiation transmission code referred to as Rapid Parallel Transport Of Radiation-Multiple 3D Geometries (RAPTOR-M3G). The transmission code provides a set of parallel algorithms for solving the S N equation. This method is based on a domain decomposition algorithm, where the space, angle, and / or energy domains are divided into subsets that can be independently allocated and processed in a multi-processor architecture. Examples of suitable 3-D parallel deterministic transmission codes known include PENTRAN and PARTISN. (Sjoden GE and Haghighat A., "PENTRAN-Parallel Enviroment Neutralparticle TRANport in 3-D Cartesian Geometry", Proceedings of the Joint International Conference on Mathematicla Methods and Supercomputing for Nuclear Application, Vol. 1, pp. 232-234, Saratoga Springs, New York (1997). Compared to conventional uniprocessor applications, the method of the present invention reduces the memory requirements per processor in addition to the computational load, resulting in an efficient solution to large scale 3-D problems.

RAPTOR-M3G 컴퓨터 코드는 메시지 전달 인터페이스(MPI) 병렬 라이브러리를 사용하여 포트란 90에서 개발된다. (Gropp W., Lusk E., 및 Skellum A., Using MPI Portable Paralle Programming with the Message Passing Interface, The MIT Press, Cambridge, 메사추세스(1999년)). RAPTOR-M3G의 여러 특징은 다음을 포함한다.RAPTOR-M3G computer code is developed in Fortran 90 using the Message Transfer Interface (MPI) parallel library. (Gropp W., Lusk E., and Skellum A., Using MPI Portable Paralle Programming with the Message Passing Interface, The MIT Press, Cambridge, Massachusetts (1999)). Several features of the RAPTOR-M3G include:

ㆍ 3-D 데카르트 좌표에 대한 멀티-그룹 SN 방정식(RAPTOR-XYZ) 및 비균일 직교 구조화 메시에 대한 원통형 기하구조(RAPTOR-RTZ)(M.A. Hunter, G. Longoni, 및 S.L. Anderson, "Extension of RAPTOR-M3G to r-θ-z geometry for use in reactor dosimetry applications", Proceedings of the 13th International Symposium on Reactor Dosimetry, The Metherlands(2008));Multi-group S N equations for 3-D Cartesian coordinates (RAPTOR-XYZ) and cylindrical geometry (RAPTOR-RTZ) for non-uniform orthogonal structured mesh (MA Hunter, G. Longoni, and SL Anderson, "Extension of RAPTOR-M3G to r-θ-z geometry for use in reactor dosimetry applications ", Proceedings of the 13th International Symposium on Reactor Dosimetry, The Metherlands (2008));

ㆍ 공간, 각도(angular) 및 결합형 공간/각도 도메인 분해 알고리즘;Spatial, angular and combined spatial / angle domain decomposition algorithms;

ㆍ 긍정 유한 가중화 차등 방안: 제로/세타 가중화(Zero/Theta Weighted), 및 방향적 세타 가중화(Directional Theta Weighted);Positive finite weighting differential schemes: Zero / Theta Weighted, and Directional Theta Weighted;

ㆍ 대략 20으로 설정된 레벨-대칭 직교의 자동적 생성(Longoni G. 등의 "Investigation of New Quadrature Sets for Discrete Ordinates Method with Application to Non-Conventional Problems," Transaction of the American Nuclear Society, 84권 224-226쪽(2001년);Automatic generation of level-symmetric orthogonality set to approximately 20 (Longoni G. et al., "Investigation of New Quadrature Sets for Discrete Ordinates Method with Application to Non-Conventional Problems," Transaction of the American Nuclear Society, Vol. 84, pages 224-226 (2001);

ㆍ 병렬 메모리: 공간 및 각도 서브-도메인의 로컬 할당을 허용하므로 프로세서당 메모리 요구조건을 감소시킴;Parallel memory: allows local allocation of spatial and angular sub-domains, thus reducing memory requirements per processor;

ㆍ 병렬 태스킹: 단일 프로세서 기술과 비교할 때 계산 시간을 감소시키는 다수의 프로세서에 대한 SN 방정식의 동시적 해법;Parallel tasking: Simultaneous solution of S N equations for multiple processors to reduce computation time when compared to single processor technology;

ㆍ 병렬 I/O: 각 프로세서는 그 저장장치에 국부적으로 액세스하여 I/O 시간을 감소시킨다.Parallel I / O: Each processor accesses its storage locally to reduce I / O time.

ㆍ BOT3P와의 호환성 및 통합(R. Orsi, "Potential Enhanced Performances in Radiation Transport Analysis on Structured Mesh Grids Made Available by BOT3P", Nuclear Science and Engineering, Vol. 157, 110-116쪽(2007년), 자동화 메시 생성기, 및 GIP, 멀티-그룹 크로스 섹션 프리 프로세서.ㆍ Compatibility and Integration with BOT3P (R. Orsi, "Potential Enhanced Performances in Radiation Transport Analysis on Structured Mesh Grids Made Available by BOT3P", Nuclear Science and Engineering, Vol.157, 110-116 (2007), Automated Mesh Generator , And GIP, a multi-group cross-section preprocessor.

도 1a는 본 발명의 실시예에 대한 3-D 전송 모델, 가령, 2-루프 PWR의 기하구조를 도시하고 있다. PWR는 12-피트 원자 코어, 열적 보호 설계 및 3-인치 원자로 캐비티 에어 갭을 포함할 수 있다. 모델 기하구조는 워터-코어 혼합물, 코어 덮개(shroud), 코어 배럴(barrel), 열 실드, 스테인리스-스틸 라이너를 포함하는 원자로 압력 베셀(RPV), 반사성 분리체를 포함한다. 통상적으로 PWR의 RPV원통형 형상을 갖는 것이 일반적이며, 가령, 하부 헤드 및 제어 가능한 상부 헤드에 의해 양쪽끝에서 폐쇄된다. 원자로 위아래의 상부 및 하부 내부 영역은 스틸-워터 혼합물을 사용하여 모델링된다. RPV의 하부 내부는 코어 배럴(즉, 코어 지지 구조)을 포함한다. 코어 배럴은 코어 배럴과 RPV의 내측벽 사이의 열 실드로 둘러싸인다. 일부 실시예에서, 열 실드 대신에 중성자 패드가 사용된다. 코어 덮개는 코어 배럴의 내부를 설정한다. 각 다운커머(downcomer)는 원자로 코어 배럴을 둘러싼다. 냉각 용액, 통상적으로 물이 다운커머로 순환된다.Figure 1A illustrates the geometry of a 3-D transmission model, such as a two-loop PWR, for an embodiment of the present invention. The PWR may include a 12-foot atomic core, a thermal protection design and a 3-inch reactor cavity air gap. Model geometries include water-core mixtures, core shrouds, core barrels, heat shields, reactor pressure vessels (RPVs) including stainless steel-steel liners, and reflective separators. It is usually common to have an RPV cylindrical shape of a PWR, for example closed at both ends by a lower head and a controllable upper head. The upper and lower inner regions above and below the reactor are modeled using steel-water mixtures. The bottom interior of the RPV includes a core barrel (ie core support structure). The core barrel is surrounded by a heat shield between the core barrel and the inner wall of the RPV. In some embodiments, neutron pads are used instead of heat shields. The core cover sets the inside of the core barrel. Each downcomer surrounds the reactor core barrel. Cooling solution, typically water, is circulated to the downcomer.

도 1b는 2-루프 PWR에 대한 z=0.0에서의 x-y 평면상의 모델의 2-D 단면을 도시하고 있다. 또한, PWR의 물질 분포가 도시되어 있다. 모델 기하구조 및 메시 이산화가 BOT3P 코드, 버전 5.2를 사용하여 생성된다. 이 모델은 x축 및 y축을 따라 0.0cm로부터 245.0cm까지, z축을 따라 -200.0cm로부터 200.0cm까지 연장된다. 균일한 메시가 이 모델 도체에 적용되는데, 2.0 x 2.0 x 4.0cm의 메시 크기가 x축, y축 및 z축을 각각 따라 정해져서 총 1,464,100개의 메시를 산출한다.FIG. 1B shows the 2-D cross section of the model on the x-y plane at z = 0.0 for the 2-loop PWR. Also shown is the mass distribution of the PWRs. Model geometry and mesh discretization are generated using BOT3P code, version 5.2. This model extends from 0.0 cm to 245.0 cm along the x and y axes and from -200.0 cm to 200.0 cm along the z axis. A uniform mesh is applied to this model conductor, with a mesh size of 2.0 x 2.0 x 4.0 cm determined along the x, y and z axes, respectively, yielding a total of 1,464,100 meshes.

전송 모델의 물질 혼합물에 대한 크로스 섹션은 BUGLE-96 크로스 섹션 라이브러리(RSICC Data Library Collection BUGLE-96, "Coupled 47 Neutron, 20 Gamma-Ray Group Cross Section Library Derived from ENDF/B-VI for LWR Shielding and Pressure Vessel Dosimetry Application," Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN(1999년) 및 DOORS 패키지의 일부인 GIP 컴퓨터 코드(RSICC Computer Code Collection DOORS 3.2a, "One-, Two- and Three-Dimensional Discrete Ordinates Nuetron/Phton Transport Code System," Oak Ridge National Laboratory, Oak ridge, TN(2003년))을 사용하여 처리된다. S8 레벨 대칭 직교 세트 및 P3 확산 커넬의 구형 고조파 확장이 전송 계산을 위해 사용된다. 수동 중성자 검출기의 시스템은 반사성 분리와 압력 베셀 사이의 원자로 캐비티 에어 갭에 설치될 수 있다. 선량 측정 시스템은 원자로 베셀의 벨트라인 위의 고속 중성자 노출에 대한 정확한 정보를 제공할 수 있다. 순수 금속막이 알루미늄 셀로 둘러싸여 원자로 캐비티에 설치될 수 있는데, 이는 고속 중성자 스펙트럼의 왜곡을 최소화하여 효율적으로 프리-필드(free-field) 측정을 산출한다. 원자로 캐비티 에어 갭에 설치되는 중성자 선량계는 전송 모델에서 명시적으로 정의되지 않는다.Cross sections for material mixtures in the transfer model can be found in the RSGC Data Library Collection BUGLE-96, "Coupled 47 Neutron, 20 Gamma-Ray Group Cross Section Library Derived from ENDF / B-VI for LWR Shielding and Pressure Vessel Dosimetry Application, "Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN (1999) and GIP computer code as part of the DOORS package (RSICC Computer Code Collection DOORS 3.2a," One-, Two- and Three-Dimensional Discrete Ordinates Nuetron / Phton Transport Code System, "Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN (2003). S 8 level symmetric orthogonal set and spherical harmonic extension of P 3 spreading kernel are used for the transmission calculation. Passive neutron The detector's system can be installed in the reactor cavity air gap between the reflective separation and the pressure vessel, and the dosimetry system accurately measures the fast neutron exposure on the reactor vessel's beltline. A pure metal film can be placed in the reactor cavity surrounded by aluminum cells, which minimizes the distortion of the fast neutron spectrum, resulting in efficient free-field measurements. The neutron dosimeter being defined is not explicitly defined in the transmission model.

본 발명의 한 측면은 SN 방정식의 이산화에 대한 도메인 분해 알고리즘을 포함하는데, 이는 공간 및/또는 각도 에너지 도메인이 멀티-프로세서 아키텍처상에 독립적으로 할당되고 처리될 수 있는 서브세트로 분할되는 방안을 사용한다.One aspect of the present invention includes a domain decomposition algorithm for discretization of the S N equation, which divides the spatial and / or angular energy domains into subsets that can be independently allocated and processed on a multi-processor architecture. use.

SN 방정식의 공간 및 각도 이산화 및 본 명세서에서 설명되는 각도 도메인 분해 알고리즘은 코드의 3D 데카르트 XYZ 버전에 대해 특정된다. RAPTOR-RTZ에 대해 개발된 SN 방정식의 형성은 확산 재분포 기간의 존재로 인해 RAPTOR-XYZ와 상이하다.The spatial and angular discretization of the S N equation and the angular domain decomposition algorithm described herein are specified for the 3D Cartesian XYZ version of the code. The formation of the S N equation developed for RAPTOR-RTZ differs from RAPTOR-XYZ due to the presence of the diffusion redistribution period.

SN 방정식의 위상 공간은, 각, 공간 및 에너지로 이산화된다. 따라서, 선형 대수 방정식의 결과 세트는 디지털 컴퓨터상의 솔루션에 적합하다. 에너지 도메인은 멀티그룹 방안을 사용하여 다수의 이산 간격, 즉, g=1...G,으로 이산화 되는데, 가장 높은 에너지 입자(g=1)로부터 시작하여 가장 낮은 에너지 입자(g=G)로 종료된다. 멀티그룹 근사화의 전송 방정식(즉, LBE)은 식(1)에서 공식화된다.The phase space of the S N equation is discretized into angle, space and energy. Thus, the result set of linear algebraic equations is suitable for solutions on digital computers. The energy domain is discretized into multiple discrete intervals, g = 1 ... G, using a multigroup approach, starting with the highest energy particle (g = 1) and down to the lowest energy particle (g = G). It ends. The transfer equation (ie LBE) of the multigroup approximation is formulated in equation (1).

Figure pct00001
Figure pct00001

각도 도메인은 한정된 방향 세트를 고려하고 적합한 직교 적분 방안을 적용함으로써 이산화된다. 각 이산 방향은 직교 방향의 가중치에 수학적으로 대응하는 관련 표면적을 갖는 단위 구형의 표면상의 점으로서 시각화될 수 있다. 이산 방향과 대응 가중치의 조합은 직교 세트로서 지칭된다. 일반적으로, 직교 세트는 정확하고 수학적으로 결정되기 위해 다수의 조건을 만족해야 하는데, 가령, 레벨-대칭 직교 세트(LQn) 및 레전더(Legendre) 다각형 기반 직교 세트(Longoni G 및 Haghighat A., "DEvelopment of New Quadrature Sets with the Ordinate Splitting Technique," Proceedings of the ANS International Meeting on Mathematical Methods for Nuclear Application(M&C 2001), Salt Lake City, UT, 2001년 9월 9-13일, American Nuclear Society, Inc., :a Grange Park, IL(2001년) 와 같은 여러 방안이 사용될 수 있다. RAPTOR-M3G에서 개발되고 구현되는 직교 세트는 LQn 방법에 기초한다.Angular domains are discretized by considering a limited set of directions and applying a suitable orthogonal integration scheme. Each discrete direction can be visualized as a point on the surface of a unit sphere having an associated surface area mathematically corresponding to the weight in the orthogonal direction. The combination of discrete directions and corresponding weights is referred to as an orthogonal set. In general, an orthogonal set must satisfy a number of conditions in order to be determined accurately and mathematically, for example, a level-symmetric orthogonal set (LQn) and a Legendre polygonal orthogonal set (Longoni G and Haghighat A., "DEvelopment of New Quadrature Sets with the Ordinate Splitting Technique, "Proceedings of the ANS International Meeting on Mathematical Methods for Nuclear Application (M & C 2001), Salt Lake City, UT, 9-13 September 2001, American Nuclear Society, Inc., Several approaches can be used, such as: Grange Park, IL (2001) The orthogonal set developed and implemented in RAPTOR-M3G is based on the LQn method.

공간 변수는 여러 기술, 가령, 유한 차등 및 유한 요소 방법으로 이산화될 수 있다. RAPTOR-M3G에서 개발되는 공식은 공간 도메인을 계산 셀, 가령, 유한 메시로 분할하는 유한 차등 방안에 기초하는데, 크로스 섹션은 각 셀 내의 가정된 상수이다. 3D 데카르트 기하구조에서, 셀-중심 위치에서 각도 플럭스는 식(2)에서 구해진다.Spatial variables can be discretized by various techniques, such as finite differential and finite element methods. The formula developed in RAPTOR-M3G is based on a finite differential scheme that divides the spatial domain into computational cells, such as finite meshes, where the cross section is an assumed constant within each cell. In the 3D Cartesian geometry, the angular flux at the cell-center position is obtained from equation (2).

Figure pct00002
Figure pct00002

식(2)에서, 각도 및 에너지 의존성은 각각 지수 m과 g로 표시된다. 항 qi ,j,k는 셀 중심에서의 확산, 분열 및 외부 소스의 합을 나타낸다. 지수 i,j,k는 셀-중심 값을 나타내고, 가중치 ai ,j,k,m,g, bi ,j,k,m,g 및 ci ,k,m,g는 0.5 내지 1.0 사이의 범위로 제한되며, RAPTOR-M3G는 세타-가중치(TW), 제로-가중치(ZW) 또는 적응적 방향성 세타 가중치(DTW) 차등 방안을 사용하여 전송 스윕(sweep) 동안에 가중치를 계산한다(B. Petrovic 및 Haghighat, "New Directional Theta-Weighted SN Differencing Scheme and Its Application to Pressure Vessel Fluence Calculations," Proceedings of the 1996 Radiation Protection and Shielding Topical Meeting, Falmouth, MA, 1원 3-10쪽(1996년)).In equation (2), the angle and energy dependence are represented by the indices m and g, respectively. The term q i , j, k represents the sum of diffusion, division and external sources at the cell center. The indices i, j, k represent cell-centric values and the weights a i , j, k, m, g , b i , j, k, m, g and c i , k, m, g are between 0.5 and 1.0 RAPTOR-M3G calculates weights during transmission sweeps using theta-weighted (TW), zero-weighted (ZW) or adaptive directional theta weighted (DTW) differential methods (B. Petrovic and Haghighat, "New Directional Theta-Weighted S N Differencing Scheme and Its Application to Pressure Vessel Fluence Calculations," Proceedings of the 1996 Radiation Protection and Shielding Topical Meeting, Falmouth, MA, pp. 1-10 (1996)) .

SN 방정식은 문제 도메인의 경계로부터 시작하여 각 방향을 통해 진행함으로써 해결되는데, 이 해법 프로세스는 전송 스윕으로도 지칭된다. 중심 셀 위치에서 정의되는 각도 플럭스는 경계 조건 또는 인접 셀에서 이전에 계산된 경계 각도 플럭스로부터 구해진다. 셀 중심 각도 플럭스는 식(2)를 사용하여 계산된다. 계산 셀로부터의 각도 플럭스는 "차등 방안"으로 지칭되는 추가 관계식을 사용하여 계산된다.The S N equation is solved by starting from the boundary of the problem domain and traveling through each direction. This solution process is also referred to as transmission sweep. The angular flux defined at the center cell location is obtained from the boundary condition or boundary angle flux previously calculated in the adjacent cell. The cell center angle flux is calculated using equation (2). The angular flux from the calculating cell is calculated using an additional relationship called "differential solution".

전송 스윕은 소스 반복이라 불리는 반복 프로세스 내에서 수행되는데, 고정 포인트 반복 또는 Richardson 반복으로도 지칭된다. 이 프로세스는 적합한 수렵 기준이 만족될 때까지, 즉, 2개의 반복들 사이의 임의의 평균의 스탈라 플럭스에 대한 상대적 에러가 소정 컷오프 값 아래일 때까지 계속된다(Adams M.L 및 Larsen E.W., "Fast Iterative Methods for Discrete-Ordinates Particle Transoirt Caculations," Progress in Nuclear Energy, Vol.40, n.1(2002년). 방사선 보호 계산을 위해 이 컷오프 값은 1.0e-3 또는 1.0e-4로 설정되는 것이 일반적이다.Transfer sweeps are performed within an iterative process called source iterations, also called fixed point iterations or Richardson iterations. This process continues until a suitable hunting criterion is met, ie, the relative error for any average Stala flux between two iterations is below a predetermined cutoff value (Adams ML and Larsen EW, "Fast Iterative Methods for Discrete-Ordinates Particle Transoirt Caculations, "Progress in Nuclear Energy, Vol. 40, n.1 (2002). For radiation protection calculations, this cutoff value is set to 1.0e -3 or 1.0e -4 . It is common.

RAPTOR-M3G에서 개발된 병렬 알고리즘은 프로세서 네트워크상의 각도 및/또는 공간 도메인의 분해에 기초한다. RAPTOR-M3G는 Pa 및 Ps로 각각 지정되는 각도 및 공간 도메인에 할당되는 가상 토폴로지 기반 다수의 프로세서를 생성한다. 어떤 분해를 위해 요구되는 총 프로세서의 개수는 Pn = Pa · Ps이다. 이 정보에 기초하여, 프로세서 네트워크는 각 프로세서를 자신의 로컬 서브-도메인에 관련시키는 가상 토폴로지를 생성하는 공간 및 각도 도메인상에 맵핑된다.The parallel algorithm developed in RAPTOR-M3G is based on the decomposition of the angle and / or spatial domains on the processor network. The RAPTOR-M3G creates a number of processors based on virtual topology that are assigned to angle and spatial domains, respectively, designated P a and P s . The total number of processors required for any decomposition is P n = P a · P s . Based on this information, the processor network is mapped onto the spatial and angular domains that create a virtual topology that associates each processor to its local sub-domain.

각도 도메인은 8분원(octant) 기반으로 분할되는데, 각도 도메인상에서 지정되는 프로세서는 로컬 8분원들로 순차적으로 할당된다. 프로세서당 할당되는 8원분의 로컬 개수는 식 (3)에 의해 주어진다.The angular domain is divided on an octant basis, with processors assigned on the angular domain assigned sequentially to the local octets. The local number of eight elements allocated per processor is given by equation (3).

Figure pct00003
Figure pct00003

전송 스윕은 Pa 프로세서상의 Nloct 8분원상에서 국부적으로 수행되며, 각도 도메인에 대한 MPI 전달자가 사용되어 프로세서들 중의 각도 플럭스를 동기화하고 반사성 경계 조건을 파악한다.Transmission sweeps are performed locally on the N loct octet on the P a processor, and the MPI forwarders for the angular domain are used to synchronize the angular flux among the processors and identify the reflective boundary conditions.

공간 도메인은 Ps 프로세서를 다수의 x-y 평면으로 순차적으로 할당함으로써 z축을 따라 분할된다. z축을 따른 미세한 메시의 총 개수, 즉, km은 Ps 프로세서상에서 분할되며, 맵핑 어레이, 즉, kmloc이 사용되어 x-y 평면을 Ps 프로세서로 할당한다. Ps 프로세서에 할당되는 x-y 평면의 개수는 임의의적이지만, 문제 기하구조와 토폴로지적으로 일치하는 공간적 분해를 정의하기 위해 식 (4)의 조건이 만족되될 필요가 있다.The spatial domain is partitioned along the z axis by sequentially assigning P s processors to multiple xy planes. The total number of fine meshes along the z axis, ie km, is split on the P s processor, and a mapping array, ie kmloc, is used to assign the xy plane to the P s processor. The number of xy planes allocated to the P s processor is arbitrary, but the condition of equation (4) needs to be satisfied to define a spatial decomposition that is topologically consistent with the problem geometry.

Figure pct00004
Figure pct00004

임의의 개수의 x-y 평면으로 공간 도메인상이 프로세서를 맵핑하는 유연성은 z 평면의 개수가 공간 도메인상의 프로세서의 개수에 의해 정확히 분할 가능하지 않을 수 있다는 사실에 의존할 수 있다. Ps 프로세서상의 x-y 평면의 균일하지 않은 분할은 성능의 결과적 손실을 갖는 프로세서 부하 불균형을 유도할 수 있다. 본 발명에서, 하이브리드 각/공간 분해 방안은 이 어려움을 극복하기 위해 적용될 수 있다. 혼성 분해는 이들 도메인의 동시적 분할을 포함하는 각도 및 공간 도메인의 조합을 포함한다. 혼성 도메인 분해는 아래의 예 1에서 추가로 설명된다.The flexibility of mapping these processors on the spatial domain to any number of x-y planes may depend on the fact that the number of z planes may not be exactly partitionable by the number of processors on the spatial domain. Uneven partitioning of the x-y plane on the Ps processor can lead to processor load imbalance with the resulting loss of performance. In the present invention, hybrid angle / spatial decomposition schemes can be applied to overcome this difficulty. Hybrid decomposition involves a combination of angular and spatial domains that include simultaneous division of these domains. Hybrid domain degradation is further described in Example 1 below.

도 5는 본 발명의 실시예의 흐름도를 도시하고 있는데, 여기서 방사선 필드 분포를 발생시키는 3-D 방사선 컴퓨터 프로그램이 구현된다. 이 실시예는 모델링될 시스템에 대한 기하구조 및 물질 정보를 얻는 것을 포함한다. 이 정보는 원자로 도면과 같은 다양한 소스로부터 얻어질 수 잇지만 이에 한정되는 것은 아니다. 적합한 계산을 위해 요구되는 SN 차수가 선택될 수 있다. 또한, 각도 도메인(즉, 확산 커넬 및 각도 플럭스)에 대한 Pn 확장 차수가 선택될 수 있다. 적합한 차등 방안(즉, TW, ZW 또는 DTW)이 선택될 수도 있다. 데카르트 XYZ 또는 RTZ 기하구조에 대한 적합한 메시 생성기를 사용하여 시스템의 3-D 모델이 생성되고 이산화될 수 있다. BUGLE-96과 같은 적합한 데이터 세트를 사용하여 물질들을 혼합함으로써 각 물질에 대한 크로스 섹션 표가 생성된다. 해결한 문제에 대한 프로세서의 개수 및 대응 분해 방안이 선택된다. 그 후, 계산이 수행된다. 다음 계산에서, 사후-프로세싱 및 생성된 결과의 분석이 수행될 수 있다.5 shows a flowchart of an embodiment of the present invention, in which a 3-D radiation computer program for generating a radiation field distribution is implemented. This embodiment includes obtaining geometry and material information for the system to be modeled. This information may be obtained from various sources such as, but not limited to, reactor drawings. The S N order required for proper calculation can be selected. In addition, the Pn extension order for the angular domain (ie, diffusion kernel and angular flux) may be selected. Suitable differential measures (ie, TW, ZW or DTW) may be selected. A 3-D model of the system can be generated and discretized using a suitable mesh generator for Cartesian XYZ or RTZ geometry. Cross section tables for each material are generated by mixing the materials using a suitable data set such as BUGLE-96. The number of processors and the corresponding decomposition scheme for the problem solved are selected. Thereafter, the calculation is performed. In the next calculation, post-processing and analysis of the results produced can be performed.

본 발명에서 사용되는 RAPTOR-M3G 컴퓨터 코드는 방사선 전송 문제에 대한 정확하고 효율적인(가령, 감소된 계산 시간) 해법을 제공한다. 본 발명의 한 측면에서, 베셀 외부 중성자 선량 계산 응답이 원자로 베셀의 캐비티에 대해 계산된다. 실제 측정과 비교할 때, RAPTOR-M3G에 의해 계산된 2-루프 PWR의 원자로 캐비티 에어 갭의 고속 중성자 반응은 평균 96% 정확도이었다. 또한, 전송 문제의 해법은 혼성 각/공간 도메인 분해 방안을 사용하여 20-프로세서 컴퓨터 클러스터상의 클록 시간으로 대략 106분만에 얻어졌다. The RAPTOR-M3G computer code used in the present invention provides an accurate and efficient (eg, reduced computation time) solution to the radiation transmission problem. In one aspect of the invention, the vessel outer neutron dose calculation response is calculated for the cavity of the reactor vessel. Compared with the actual measurements, the fast neutron response of the reactor cavity air gap of the 2-loop PWR calculated by RAPTOR-M3G was on average 96% accurate. In addition, a solution to the transmission problem was obtained in approximately 106 minutes with clock time on a 20-processor computer cluster using a hybrid angle / space domain decomposition scheme.

본 발명의 특정 실시예를 설명하였지만, 당업자는 본 명세서의 전체 개시내용의 관점에서 세부 사항에 다양한 수정 및 대체가 개발될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 본 발명의 한 측면은 원자력 산업, 특히 원자로에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 의료 분야와 같은 광범위한 다른 분야에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명은 암 치료 및/또는 관리를 위해 환자에게 전달되는 방사선의 양(dose)을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 개시된 특정 장치는 예시적인 것이며 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위의 전체 범위 및 모든 균등물에 의해 정해진다.
While particular embodiments of the present invention have been described, those skilled in the art will recognize that various modifications and substitutions may be made in detail in light of the overall disclosure herein. For example, one aspect of the invention disclosed herein relates to the nuclear industry, in particular nuclear reactors. However, the present invention may be used in a wide variety of other fields, such as the medical field. For example, the present invention can be used to determine the dose of radiation delivered to a patient for cancer treatment and / or management. Accordingly, the specific devices disclosed are exemplary and are not intended to limit the scope of the invention, which is defined by the full scope of the appended claims and all equivalents thereof.

Yes

예 1 - Example 1- RAPTORRAPTOR -- M3GM3G 병렬 성능 분석 Parallel performance analysis

예에서 설명되는 전송 계산은 20 프로세서 컴퓨터 클러스터, 즉, EAGLE-1상에서 실행되는 RAPTOR-M3G를 사용하여 수행되었다. 이 클러스터는 2개의 듀얼-코어 듀얼 프로세서 AMD Opteron 64-비트 아키텍처를 갖는 5개의 노드로 구성되었다. 이용 가능한 클러스터 총 메모리, 즉, RAM은 40GByte이었고, 네트워크 상호접속은 1GBit/s 대역폭으로 특징지어진다. 이 하드웨어 구성을 사용하여, RAPTOR-M3G는 20개의 프로세서상에서 대략 106분만에 2-루프 PWR에 대한 전체 3D 전송 계산을 완료하였다. DTW, TW 또는 ZW 차등 방안을 사용하여 성능에 현저한 차이점은 관측되지 않았다.The transfer calculation described in the example was performed using a 20 processor computer cluster, RAPTOR-M3G running on EAGLE-1. The cluster consists of five nodes with two dual-core dual processor AMD Opteron 64-bit architectures. The total cluster memory available, or RAM, was 40 GBytes, and the network interconnect was characterized by 1 GBit / s bandwidth. Using this hardware configuration, the RAPTOR-M3G completed the entire 3D transfer calculation for a two-loop PWR in approximately 106 minutes on 20 processors. No significant difference in performance was observed using the DTW, TW or ZW differential schemes.

또한, 간단한 테스트 문제가 코드의 병렬 성능을 분석하도록 설정되었다. 균일하게 분포된 고정 소스를 사용하여 50 x 50 x 50cm 박스로 구성되는 테스트 문제가 1cm 균일한 메시로 이산화되었다. S8 직교 세트 및 P0 등방성 확산이 사용되었으며, 이와 함께 하나의 에너지 그룹 크로스 섹션 세트가 사용되었다. 벽시계 기간, 가속 및 병렬 효율이 RAPTOR-M3G의 병렬 성능을 평가하기 위해 사용되었다. 가속 및 병렬 효율은 방정식 5 및 6에서 각각 정의되었다.In addition, a simple test problem was set up to analyze the parallel performance of the code. A test problem consisting of a 50 x 50 x 50 cm box using a uniformly distributed fixed source was discretized into a 1 cm uniform mesh. An S8 orthogonal set and P0 isotropic diffusion were used, with one set of energy group cross sections. Wall clock periods, acceleration and parallel efficiency were used to evaluate the parallel performance of the RAPTOR-M3G. Acceleration and parallel efficiencies are defined in equations 5 and 6, respectively.

Figure pct00005
Figure pct00005

여기서, Ts 및 Tp는 각각 단일 프로세서 및 멀티 프로세서 계산에 의해 요구되는 벽시계 시간이다. Np는 벽시계 시간을 달성하기 위해 사용되는 프로세서의 개수이다. 도 4는 상이한 분해 방안을 사용하여 20개의 프로세서에 대해 얻어지는 가속의 비교를 도시하고 있다.Where T s and T p are wall clock times required by uniprocessor and multiprocessor calculations, respectively. N p is the number of processors used to achieve wall clock time. 4 shows a comparison of the acceleration obtained for 20 processors using different decomposition schemes.

공간 분해를 사용하여 얻어지는 가속은 프로세서의 개수가 증가됨에 따라 점진적으로 감소되었다. 이 동작은 프로세서당 더 미세한 연산 입도(a finer computational granularity)로 인한 것으로 생각되는데, 공간 도메인이 더 작은 서브-도메인으로 분해됨에 따라 프로세서당 동작의 개수가 감소되면서 인터-프로세서 통신 시간은 증가되었으므로, 성능이 감소된다. 노드들 사이의 네트워크 데이터 전송은 일반적으로 분산형 메모리 아키텍처상의 제한 요인이었다. 문제에 수렴하기 위해 요구되는 더 많은 수의 반복은 공간 분해 방안의 성능을 더 감소시키는 데 기인하였다. 그러나, 각도 및 공간 도메인이 동시적으로 분할된 혼성 분해가 더 나은 결과를 산출하였다. 이 동작은 이 분해에 의해 유도되는 희박한 계산 입도로 인한 것으로 생각되는데, 혼성 분해에 대해서도 문제에 수렵하도록 요구되는 반복 횟수가 공간 분해만큼 증가하지 않는다.
Acceleration obtained using spatial decomposition gradually decreased as the number of processors increased. This behavior is thought to be due to a finer computational granularity per processor, as the number of operations per processor decreases as the spatial domain breaks down into smaller sub-domains, increasing inter-processor communication time. Performance is reduced. Network data transfer between nodes has generally been a limiting factor in distributed memory architecture. The larger number of iterations required to converge on the problem was due to further reducing the performance of the spatial decomposition scheme. However, hybrid decomposition with simultaneous division of angular and spatial domains yielded better results. This behavior is thought to be due to the sparse computational granularity induced by this decomposition, even for hybrid decomposition, the number of iterations required to hunt the problem does not increase by spatial decomposition.

예 2 - 측정된 선량 측정 응답과 Example 2-Measured Dose Response RAPTORRAPTOR -- M3GM3G 응답의 비교 Comparison of responses

측정된 선략 측정 응답과 RAPTOR-M3G를 사용하여 얻어진 대응 예측 사이에 비교가 수행되었다. IRDF-2002 Dosimetry Library(I.Kodeli and A. Trkov, "Validation of the IRDF-2002 Dosimetry Library," Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 57권, 발행 3, 664-681쪽(2007년))을 사용하여 표 1에 나열된 중성자 반응에 대한 계싼된 선량 측정 응답을 생성하였다.A comparison was made between the measured linear response and the corresponding prediction obtained using RAPTOR-M3G. IRDF-2002 Dosimetry Library (I. Kodeli and A. Trkov, "Validation of the IRDF-2002 Dosimetry Library," Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Volume 57, Publication 3, Pages 664-681 (2007) were used to generate the wrapped dosimetric responses to the neutron responses listed in Table 1.

표 1에 나열된 응답에 대한 측정된 선량 측정 응답은 RAPTOR-M3G에 의해 계산된 응답과 비교되었다.
The measured dose response for the responses listed in Table 1 was compared with the response calculated by RAPTOR-M3G.

Figure pct00006
Figure pct00006

표 1에 나열된 반응은 캐드미움 보호 금속막을 사용하여 측정되었으므로, 중성자 스펙트럼의 열적 성분이 억제되었다.Since the reactions listed in Table 1 were measured using a Cadmium protective metal film, the thermal component of the neutron spectrum was suppressed.

측정된 응답은 4개의 방위각, 즉, 원자로 캐비티 에어 갭의 코어 중간면의 0°, 15°, 30° 및 45°에서 얻어졌다. 2-루프 PWR 원자로가 0° 위치에서 피크 고속 중성자 변동에 의해 대체적으로 특징지어지기 때문에, RPV를 갖는 중성자 연료의 근접성으로 인해, 이 위치에서 추가 측정치가 얻어졌다. 구체적으로, 0°에서, 측정치는 활성 코어의 상부 및 하부에서 축 대칭으로 얻어졌다. 최초에 계산된 선량 측정 응답은 계속해서 측정된 데이터를 과도하게 예측(over-predict)한 것으로 발견되었다.The measured response was obtained at four azimuth angles, 0 °, 15 °, 30 ° and 45 ° of the core midplane of the reactor cavity air gap. Because the two-loop PWR reactor is generally characterized by peak fast neutron fluctuations at the 0 ° position, additional measurements were obtained at this location due to the proximity of the neutron fuel with RPV. Specifically, at 0 °, measurements were obtained axially symmetric on the top and bottom of the active core. The initially calculated dosimetric response was found to continue to over-predict the measured data.

추가 조사를 통해 전송 모델에서 사용되었던 RPV 두께가 원자로 압력 베셀(RPV)의 서비스 중 검사(ISI) 동안에 측정된 것보다 작다는 것을 알게 되었으며, 초기 발견 내용을 확인하였다. 새로운 RPV 두께가 전송 모델로 유도되었으며, 계산된 선량 측정 데이터의 정확도는 평균 ~8% 정도 향상되었다. DTW 적응적 차등 방안을 사용하여 계산된 선량 측정 데이터의 측정치 대 계산치(M/C) 비가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, M/C 비는 각 위치에서 그리고 모든 선량 측정 물질에 대해 10% 범위 내에서 계속 위치되었다. 30° 및 45° 방위각 위치에서의 과도한 예측은 이들 위치에서 균일하지 않은 메시 세분화를 사용함으로써 감소될 수 있는데, 여기서 시스템의 곡선이 더 관련있게 된다. 모든 선량 측정 위치에 대한 평균 M/C 비는 0.96이었다.Further investigation revealed that the RPV thickness used in the transmission model was smaller than that measured during the in-service inspection of the reactor pressure vessel (RPV) and confirmed the initial findings. The new RPV thickness was derived into the transmission model, and the accuracy of the calculated dosimetry data improved by an average of ~ 8%. The measured to calculated value (M / C) ratio of the dosimetric data calculated using the DTW adaptive differential scheme is shown in FIG. 2. As shown in FIG. 2, the M / C ratio continued to be located at each position and within the 10% range for all dosimetric materials. Excessive predictions at 30 ° and 45 ° azimuth locations can be reduced by using non-uniform mesh refinement at these locations, where the curve of the system becomes more relevant. The average M / C ratio for all dosimetry sites was 0.96.

도 3a 내지 3c는 두께 수정 없이 얻어진 값에 비교할 때 ISI 수정된 RPV 두께를 사용하여 얻어진 M/C 값을 제공한다. 이 비교는 0° 방위각 위치에 위치된 모든 선량 측정 견본에 대해 수행되고 제공되었다. ISI 측정을 사용하여 수정된 RPV 두께는 모든 선량 측정 위치에서 계산된 응답의 정확도를 향상시켰다. 유사한 결과가 15°, 30° 및 45° 방위각 위치에서도 얻어졌다.3A-3C provide M / C values obtained using ISI modified RPV thickness when compared to values obtained without thickness modification. This comparison was performed and provided for all dosimetry samples positioned at 0 ° azimuth positions. The modified RPV thickness using ISI measurements improved the accuracy of the calculated response at all dosimetry locations. Similar results were obtained at 15 °, 30 ° and 45 ° azimuth positions.

각 선량 측정 위치에서의 측정되고 계산된 반응 레이트 및 ISI 측정치를 사용하여 수정된 RPC 두께를 사용하는 M/C 비가 표 2에 도시되어 있다. 모든 선량 측정 위치에 걸쳐서 표 2에 나열된 반응에 대한 평균 M/C 비는 0.96이었다.The M / C ratios using the RPC thicknesses modified using the measured and calculated response rate and ISI measurements at each dosimetry site are shown in Table 2. The average M / C ratio for the reactions listed in Table 2 across all dosimetry sites was 0.96.

Figure pct00007
Figure pct00007

Claims (20)

방사선 필드 분포를 계산하는 방법으로서,
3-D 방사선 전송 컴퓨터 코드를 적용하는 단계를 포함하되,
상기 코드는 각도 및 공간 도메인으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 도메인을 포함하는 도메인 분해 알고리즘을 포함하고,
상기 도메인은 멀티-프로세서 컴퓨터 아키텍처상에서 할당되고 처리되는
방사선 필드 계산 방법.
A method of calculating the radiation field distribution,
Applying a 3-D radiation transmission computer code,
The code includes a domain decomposition algorithm including a domain selected from the group consisting of an angular and spatial domain,
The domain is allocated and processed on a multi-processor computer architecture.
Method of calculating the radiation field.
제 1 항에 있어서,
상기 방사선 필드 분포는 중성자 방사선 및 감마 방사선으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 방사선 필드를 포함하는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 1,
The radiation field distribution comprises a radiation field selected from the group consisting of neutron radiation and gamma radiation.
Method of calculating the radiation field.
제 1 항에 있어서,
상기 방사선 필드 분포는 원자로의 캐비티(a cavity)에 대한 것인
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 1,
The radiation field distribution is for a cavity of the reactor
Method of calculating the radiation field.
제 3 항에 있어서,
상기 원자로는 2-루프 가압수형 원자로인
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 3, wherein
The reactor is a 2-loop pressurized water reactor
Method of calculating the radiation field.
제 1 항에 있어서,
상기 알고리즘은 선형 볼츠만 방정식을 수치적으로 풀도록 구조화되는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 1,
The algorithm is structured to numerically solve the linear Boltzmann equation
Method of calculating the radiation field.
제 1 항에 있어서,
상기 멀티-프로세서 컴퓨터 아키텍처는 네트워크 접속에 의해 서로 링크되는 다수의 물리적으로 독립적인 워크스테이션을 포함하는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 1,
The multi-processor computer architecture includes a plurality of physically independent workstations linked to each other by a network connection.
Method of calculating the radiation field.
제 1 항에 있어서,
상기 멀티-프로세서 아키텍처상에서 독립적으로 할당되고 처리되는 서브세트로 상기 도메인을 분할하는 단계를 더 포함하는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 1,
Dividing the domain into subsets that are independently allocated and processed on the multi-processor architecture;
Method of calculating the radiation field.
제 5 항에 있어서,
상기 도메인을 분할하는 단계는, 멀티 프로세서상의 병렬 메모리를 사용하는 것을 포함하는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 5, wherein
Partitioning the domain includes using parallel memory on a multiprocessor.
Method of calculating the radiation field.
제 1 항에 있어서,
상기 방사선 필드 분포는 원자로 캐비티 내의 베셀 외부 중성자 선량 측정 응답(ex-vessel neutron dosimetry response)을 포함하는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 1,
The radiation field distribution includes an ex-vessel neutron dosimetry response outside the vessel in the reactor cavity.
Method of calculating the radiation field.
제 7 항에 있어서,
상기 선량 측정 응답은 3-D 데카르트 기하구조(Cartesian geometry)상에서 얻어지는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 7, wherein
The dosimetric response is obtained on 3-D Cartesian geometry.
Method of calculating the radiation field.
제 1 항에 있어서,
상기 알고리즘은 병렬 알고리즘을 사용하여 SN 방정식을 동시적으로 풀도록 구조화되는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 1,
The algorithm is structured to solve the S N equations simultaneously using a parallel algorithm.
Method of calculating the radiation field.
제 1 항에 있어서,
상기 멀티-프로세서 컴퓨터 아키텍처의 각 프로세서는 저장 장치와 로컬 메모리로 구성되는 그룹으로부터 선택된 자신 고유의 장치에 부분적으로(locally) 액세스하는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 1,
Each processor in the multi-processor computer architecture has local access to its own device selected from the group consisting of storage and local memory.
Method of calculating the radiation field.
제 1 항에 있어서,
상기 에너지 도메인을 다수의 이산 간격으로 이산화하는 단계를 더 포함하는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 1,
Further discretizing the energy domain into a plurality of discrete intervals.
Method of calculating the radiation field.
제 1 항에 있어서,
상기 공간 도메인을 계산 셀로 분할하는 단계를 더 포함하는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 1,
Dividing the spatial domain into computed cells;
Method of calculating the radiation field.
제 14 항에 있어서,
각 셀 내의 상기 가정된 크로스 섹션은 일정한
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 14,
The assumed cross section within each cell is constant
Method of calculating the radiation field.
제 1 항에 있어서,
상기 도메인 분해는 상기 각도 및 공간 도메인이 동시적으로 분할되는 혼성 분해인
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 1,
The domain decomposition is a hybrid decomposition in which the angle and spatial domains are divided simultaneously.
Method of calculating the radiation field.
제 16 항에 있어서,
상기 프로세서의 개수는 20개에 이르는
방사선 필드 계산 방법.
17. The method of claim 16,
The number of processors is up to 20
Method of calculating the radiation field.
제 17 항에 있어서,
상기 문제는 2시간보다 적은 시간 내에 해결되는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 17,
The problem is solved in less than 2 hours
Method of calculating the radiation field.
제 17 항에 있어서,
상기 방법을 사용하여 유도되는 해법은 계산된 값과 비교될 때 90% 이상의 정확도를 갖는
방사선 필드 계산 방법.
The method of claim 17,
Solutions derived using this method have an accuracy of at least 90% when compared with the calculated values.
Method of calculating the radiation field.
방사선 필드 분포를 계산하는 컴퓨터 프로그램으로서,
실행되면 각도 및 공간 도메인을 서브세트로 분할하고 상기 서브세트를 독립적으로 할당하고 멀티-프로세서 아키텍처상에서 상기 서브세트를 처리하는 코드 세그먼트를 포함하는
컴퓨터 프로그램.
A computer program for calculating a radiation field distribution,
A code segment that, when executed, divides the angle and spatial domains into subsets, assigns the subsets independently, and processes the subsets on a multi-processor architecture.
Computer programs.
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