基于虛擬現實的反應堆退役模擬分析

周鑫

(中國原子能科學研究院,北京 102413)

基于虛擬現實的反應堆退役模擬分析

周鑫

(中國原子能科學研究院,北京 102413)

反應堆退役工程實際上是系統性工程,需要對退役作業全方面評估設計,提升退役作業安全性及穩定性.虛擬現實技術在反應堆退役內應用,可以構建三維虛擬反應堆環境,在虛擬狀態下完成退役操作,全面了解實施方案內技術重點及難點,全面采集退役數據信息,為反應堆退役提供有關數據依據.本文在分析研究內,以退役工程實際需求作為基礎條件,結合相關關鍵技術,了解虛擬現實反應堆模擬系統.

退役工程;虛擬現實;計算機模擬;拆除;去污

反應堆退役實際上就是反應堆關閉主要措施,主要目的就是轉變反應堆運行狀況,滿足反應堆安全防護實際要求.按照國際原子能機構退役定義,完全移走拆除物及放射性組件,可以保證廠房輻射水準與自然本體最為相似,可以重新開放應用,而經濟成本相對昂貴.現階段,各國對退役工作分析研究重點放在退役工藝途徑及優化手段.所以,全面控制退役工程,就顯得尤為必要.

1 反應堆退役模擬系統設計

現階段,反應堆退役包含多種影響因素,按照國際原子能機構制定協作計劃,退役技術領域包含多種內容:為最終退役設計提供數據依據,了解最終退役實際運行特征;退役規劃在編制內,其中需要包含技術評估方案;認識退役戰略方案,了解不同技術應用意義;認識物理特點;減少工作人員照射數量,并且采取有效解決方案;廢物有效管理,定期清理固體廢物;安全隔離關閉反應堆,保證建筑物應用完整性能.正是由于退役工程十分復雜繁瑣,退役模擬系統應該隸屬于系統工程范圍,根據環節及流程開展施工.

在對退役工程所存在的技術問題了解之后,可明確制定不同階段建設目標.初期目標制定,主要對反應堆本體了解,模擬處理反應堆周邊環境,闡述反應堆拆解及去污流程;中期目標制定,主要對三方面內容研究,分別為廢物管理、遠程操作、退役成本評估;長久目標制定,主要是完善退役方案,對比不同類別退役方案.反應堆退役系統功能如圖1所示.

工程數據庫作為反應堆退役系統基礎層次,其中包含多種數據信息:3D圖形主要表示反應堆三維模型,模型內包含反應堆零件尺寸、編號、顏色等信息,函數數據庫、基本計算、分析函數、物理屬性庫內部包含時間及空間上數據.反應堆退役系統接口層內,專家計算模型需要按照不同類別專家模型,完成調用底層計算函數形式,不同模型之間實現接口轉換,例如CAE模型、CAD模型、VR模型等之間轉換.現階段,按照反應堆退役仿真情況,可以大體完成近期目標系統模擬處理.

圖1 反應堆退役系統結構示意圖

2 虛擬現實關鍵技術

2.1 堆場景構造技術

堆場景周圍環境相對繁瑣,所包含構造技術主要由三部分,分別為VR模型建造技術、場景繪制技術、場景數據管理技術.

(1)VR模型建造技術.VR模型在構造內,核心目標為:客觀全面了解堆結構實際情況之下,最大程度簡化模型繁瑣程度,滿足模型交互及實時繪制要求.VR模型在應用3dmax工具情況之下,大部分內容實際上是在CAD及CAE工具之下轉換而成.VR模型在經過CAD及CAE轉變,具有多種方法.借助CAD軟件構建通用模型,模型主要為中性格式,保證CAD模型轉變到VR模型類別.CAD模型包含大量多種知識,例如單元信息、分區、幾何信息、物理量值等,這也就需要通過專門程序轉換接口,在模型文件內獲取相對應幾何信息,了解物理量值紋理及色彩等信息,最終轉換結果,輸出針對文件,真正實現VR模型轉換流程.

(2)場景繪制技術.場景繪制過程中,主要應用LOD方法實現,按照中視點運動離開模型距離,從多個角度構建效果細節模型,輸入針對場景,完成場景繪制工作,有效提升場景繪制效率.除此之外,借助場景繪制可見性方式,判斷場景繪制內存在的問題,提升場景繪制質量.反應堆內部屬于封閉性區域,不同反應堆房間通過空間分割策略劃分,也就是將不同場景構建專屬單元,不同單元之間可以通過入口相互了解,及時發現模型內所存在的多余內容.

(3)場景數據管理技術.退役在實際操作內,必須具有了解多種零部件屬性數據,例如放射性濃度、體積、位置等.所以,場景數據在包含幾何信息情況下,同時還包含數據相對應屬性.除此之外,場景在拆除虛擬及去污虛擬情況下,可以修改模型相關屬性及外觀,結合不同場景數據類別,方便廢物管理水平,了解廢物來源及處理途徑.

2.2 虛擬拆除

虛擬拆除操作主要分為兩種類別,分別為破壞性拆除及非破壞性拆除.其中非破壞性拆除和虛擬拆卸較為相似,拆卸部分直接就可以搬走;破壞性拆除主要表示在操作程序規范情況執行下,直接應用工具完成部件拆卸操作,拆除部分直接就可以搬走.本文主要對破壞性拆除了解.破壞性拆除程序為:確定具體拆除部件,在工具庫內選擇針對性拆除工具,應用拆除工具拆除針對部件,對拆除下來部件進行計算,了解剩下部件物理屬性,通過原有部件模型構建原有模型.

切割過程方法為:切割平面在確定之后,選擇針對切割平面部分,借助被切割對象所涉及到的模型,通過CAD軟件構建專門切割模塊,通過輸出切割模塊實現相對應結果模型.

2.3 虛擬去污

反應堆所產生的污染主要分為兩種類別,分別為表面污染及深度污染,主要借助機械方法及化學方法清理.應用化學去污方法清理污染,不同化學試劑在應用中,對污染清理效果存在一定差別.虛擬去污試劑上就是對去污流程及結果仿真分析,進而選擇針對性去污形式,在計算模型內選擇針對數學模型,通過后臺計算形式,按照去污效果更改部件物理屬性及顏色.

2.4 劑量顯示

在反應堆退役模擬系統主界面內,界面右面具有主窗口,通過3D漫游實現.在主界面左側,可以直觀顯示不同區域劑量實際數量.

主界面左下方在可視化處理內,主要通過PLOT方法實現,借助主界面右側虛擬場景直管顯示輻射劑量有關數據.主窗口左上方主要作用是借助電子地圖,顯示劑量實際地理位置.

2.5 虛擬作業

工作人員在反應堆實際工作及操作內,最為重要內容就是暴露劑量及評估工作量.現階段,劑量評估主要通過計算放射源距離形式完成評估.為了能夠對操作人員在反應堆內實際工作情況客觀演示,在模擬操作人員模型內,主要借助漢納范模型,模擬工作人員在行走、彎腰、舉手等工作下特征.人體模型在模擬處理行動路線內,詳細記錄不同操作停留時間,為有關工作開展提供精確腳本,劑量評估模塊計算評估內,以工作腳本作為依據.

反應堆退役系統還需要深入了解多個工作人員之間協作工作形式,構建多人模型,進而虛擬了解工作人員之間交換操作特征.按照反應堆退役實際工作腳本,自動生成工作人員工作時間表及輻射劑量,并且科學合理修改工作腳本,及時發現不同反應堆退役工作程序所存在的問題,進而采取針對性措施,真正保證不同生產工藝流程科學合理,提升反應堆退役工作安全性.

3 結語

本文按照反應堆退役實際要求,采取分段設計手段完成模擬系統設計工作,同時對反應堆退役模型初步了解.反應堆退役模型前提工作開展中,可以得出結論:虛擬現實技術在反應堆退役模擬內應用,有關工作人員可以直觀完成規劃設計工作,了解反應堆退役工程內所存在的問題,推動反應堆退役工程進一步發展建設.除此之外,反應堆退役系統還需要不同模型之間的協調操作,進一步對系統進行完善.

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1671-0711(2017)11(上)-0175-02