基于虚拟现实的反应堆退役模拟分析

周鑫

(中国原子能科学研究院,北京 102413)

基于虚拟现实的反应堆退役模拟分析

周鑫

(中国原子能科学研究院,北京 102413)

反应堆退役工程实际上是系统性工程,需要对退役作业全方面评估设计,提升退役作业安全性及稳定性.虚拟现实技术在反应堆退役内应用,可以构建三维虚拟反应堆环境,在虚拟状态下完成退役操作,全面了解实施方案内技术重点及难点,全面采集退役数据信息,为反应堆退役提供有关数据依据.本文在分析研究内,以退役工程实际需求作为基础条件,结合相关关键技术,了解虚拟现实反应堆模拟系统.

退役工程;虚拟现实;计算机模拟;拆除;去污

反应堆退役实际上就是反应堆关闭主要措施,主要目的就是转变反应堆运行状况,满足反应堆安全防护实际要求.按照国际原子能机构退役定义,完全移走拆除物及放射性组件,可以保证厂房辐射水准与自然本体最为相似,可以重新开放应用,而经济成本相对昂贵.现阶段,各国对退役工作分析研究重点放在退役工艺途径及优化手段.所以,全面控制退役工程,就显得尤为必要.

1 反应堆退役模拟系统设计

现阶段,反应堆退役包含多种影响因素,按照国际原子能机构制定协作计划,退役技术领域包含多种内容:为最终退役设计提供数据依据,了解最终退役实际运行特征;退役规划在编制内,其中需要包含技术评估方案;认识退役战略方案,了解不同技术应用意义;认识物理特点;减少工作人员照射数量,并且采取有效解决方案;废物有效管理,定期清理固体废物;安全隔离关闭反应堆,保证建筑物应用完整性能.正是由于退役工程十分复杂繁琐,退役模拟系统应该隶属于系统工程范围,根据环节及流程开展施工.

在对退役工程所存在的技术问题了解之后,可明确制定不同阶段建设目标.初期目标制定,主要对反应堆本体了解,模拟处理反应堆周边环境,阐述反应堆拆解及去污流程;中期目标制定,主要对三方面内容研究,分别为废物管理、远程操作、退役成本评估;长久目标制定,主要是完善退役方案,对比不同类别退役方案.反应堆退役系统功能如图1所示.

工程数据库作为反应堆退役系统基础层次,其中包含多种数据信息:3D图形主要表示反应堆三维模型,模型内包含反应堆零件尺寸、编号、颜色等信息,函数数据库、基本计算、分析函数、物理属性库内部包含时间及空间上数据.反应堆退役系统接口层内,专家计算模型需要按照不同类别专家模型,完成调用底层计算函数形式,不同模型之间实现接口转换,例如CAE模型、CAD模型、VR模型等之间转换.现阶段,按照反应堆退役仿真情况,可以大体完成近期目标系统模拟处理.

图1 反应堆退役系统结构示意图

2 虚拟现实关键技术

2.1 堆场景构造技术

堆场景周围环境相对繁琐,所包含构造技术主要由三部分,分别为VR模型建造技术、场景绘制技术、场景数据管理技术.

(1)VR模型建造技术.VR模型在构造内,核心目标为:客观全面了解堆结构实际情况之下,最大程度简化模型繁琐程度,满足模型交互及实时绘制要求.VR模型在应用3dmax工具情况之下,大部分内容实际上是在CAD及CAE工具之下转换而成.VR模型在经过CAD及CAE转变,具有多种方法.借助CAD软件构建通用模型,模型主要为中性格式,保证CAD模型转变到VR模型类别.CAD模型包含大量多种知识,例如单元信息、分区、几何信息、物理量值等,这也就需要通过专门程序转换接口,在模型文件内获取相对应几何信息,了解物理量值纹理及色彩等信息,最终转换结果,输出针对文件,真正实现VR模型转换流程.

(2)场景绘制技术.场景绘制过程中,主要应用LOD方法实现,按照中视点运动离开模型距离,从多个角度构建效果细节模型,输入针对场景,完成场景绘制工作,有效提升场景绘制效率.除此之外,借助场景绘制可见性方式,判断场景绘制内存在的问题,提升场景绘制质量.反应堆内部属于封闭性区域,不同反应堆房间通过空间分割策略划分,也就是将不同场景构建专属单元,不同单元之间可以通过入口相互了解,及时发现模型内所存在的多余内容.

(3)场景数据管理技术.退役在实际操作内,必须具有了解多种零部件属性数据,例如放射性浓度、体积、位置等.所以,场景数据在包含几何信息情况下,同时还包含数据相对应属性.除此之外,场景在拆除虚拟及去污虚拟情况下,可以修改模型相关属性及外观,结合不同场景数据类别,方便废物管理水平,了解废物来源及处理途径.

2.2 虚拟拆除

虚拟拆除操作主要分为两种类别,分别为破坏性拆除及非破坏性拆除.其中非破坏性拆除和虚拟拆卸较为相似,拆卸部分直接就可以搬走;破坏性拆除主要表示在操作程序规范情况执行下,直接应用工具完成部件拆卸操作,拆除部分直接就可以搬走.本文主要对破坏性拆除了解.破坏性拆除程序为:确定具体拆除部件,在工具库内选择针对性拆除工具,应用拆除工具拆除针对部件,对拆除下来部件进行计算,了解剩下部件物理属性,通过原有部件模型构建原有模型.

切割过程方法为:切割平面在确定之后,选择针对切割平面部分,借助被切割对象所涉及到的模型,通过CAD软件构建专门切割模块,通过输出切割模块实现相对应结果模型.

2.3 虚拟去污

反应堆所产生的污染主要分为两种类别,分别为表面污染及深度污染,主要借助机械方法及化学方法清理.应用化学去污方法清理污染,不同化学试剂在应用中,对污染清理效果存在一定差别.虚拟去污试剂上就是对去污流程及结果仿真分析,进而选择针对性去污形式,在计算模型内选择针对数学模型,通过后台计算形式,按照去污效果更改部件物理属性及颜色.

2.4 剂量显示

在反应堆退役模拟系统主界面内,界面右面具有主窗口,通过3D漫游实现.在主界面左侧,可以直观显示不同区域剂量实际数量.

主界面左下方在可视化处理内,主要通过PLOT方法实现,借助主界面右侧虚拟场景直管显示辐射剂量有关数据.主窗口左上方主要作用是借助电子地图,显示剂量实际地理位置.

2.5 虚拟作业

工作人员在反应堆实际工作及操作内,最为重要内容就是暴露剂量及评估工作量.现阶段,剂量评估主要通过计算放射源距离形式完成评估.为了能够对操作人员在反应堆内实际工作情况客观演示,在模拟操作人员模型内,主要借助汉纳范模型,模拟工作人员在行走、弯腰、举手等工作下特征.人体模型在模拟处理行动路线内,详细记录不同操作停留时间,为有关工作开展提供精确脚本,剂量评估模块计算评估内,以工作脚本作为依据.

反应堆退役系统还需要深入了解多个工作人员之间协作工作形式,构建多人模型,进而虚拟了解工作人员之间交换操作特征.按照反应堆退役实际工作脚本,自动生成工作人员工作时间表及辐射剂量,并且科学合理修改工作脚本,及时发现不同反应堆退役工作程序所存在的问题,进而采取针对性措施,真正保证不同生产工艺流程科学合理,提升反应堆退役工作安全性.

3 结语

本文按照反应堆退役实际要求,采取分段设计手段完成模拟系统设计工作,同时对反应堆退役模型初步了解.反应堆退役模型前提工作开展中,可以得出结论:虚拟现实技术在反应堆退役模拟内应用,有关工作人员可以直观完成规划设计工作,了解反应堆退役工程内所存在的问题,推动反应堆退役工程进一步发展建设.除此之外,反应堆退役系统还需要不同模型之间的协调操作,进一步对系统进行完善.

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