[发明专利]基于非支配排序遗传算法的多目标屏蔽优化方法及系统

说明书

本发明提供一种基于非支配排序遗传算法的多目标屏蔽优化方法及系统，涉及辐射防护技术领域，包括：生成初始屏蔽方案，并确定出初始屏蔽方案对应的目标函数值；根据目标函数值将多个初始屏蔽方案按照支配关系排序，产生第一代屏蔽方案，对第一代屏蔽方案进行非支配关系排序，再通过遗传算子产生第二代屏蔽方案；将第一代屏蔽方案和第二代屏蔽方案进行合并排序，得到不同的解集，从各解集中依次选择屏蔽方案到下一代屏蔽方案，更新下一代屏蔽方案对应的目标函数值，直到满足终止条件；根据优化后的屏蔽方案，输出当前辐射屏蔽场景下的屏蔽材料和屏蔽厚度。这样，可以实现剂量率、屏蔽材料的体积等多个目标的同时优化，提高屏蔽方案的优化效率。

技术领域

本发明涉及辐射防护技术领域，尤其涉及一种基于非支配排序遗传算法的多目标屏蔽优化方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

对辐射屏蔽系统的设计是核装置设计的重要组成部分，其设计方案直接关系到核装置及人员的辐射安全、重要设备的寿命，并极大影响核装置的总体性能和工程造价等，甚至会制约最终目标的实现。对于现代复杂核装置的屏蔽设计，如核电厂、大型核设施、加速器装置等，尤其对于小空间核装置，例如海洋核动力反应堆、空间反应堆、乏燃料运输系统等，除要求剂量率水平满足设计目标值外，还要求严格地控制重量和尺寸，使得设计过程十分复杂。对于空间紧凑度高、重量限值严格的复杂核装置，屏蔽轻量化成为影响该装置最终目标实现的重要指标，具有迫切的需求。

对于几何结构及源项复杂的核装置，其辐射屏蔽的合理设计是一个复杂的课题。一方面，设计对象结构复杂，中子和光子的分布复杂，且不存在对不同能量下中子和光子同时具有较好屏蔽性能的材料；另一方面，辐射屏蔽设计往往需要考虑多种设计目标，如：辐射水平尽可能低、屏蔽重量轻、体积小、经济性好等，是一个典型的多目标优化设计问题。辐射屏蔽多目标优化设计问题的难点在于各设计目标之间往往是相互冲突的，某设计目标的改善往往会引起其他设计目标的劣化，比如辐射剂量率的下降通常导致屏蔽重量的上升，而屏蔽重量的下降又通常会导致辐射剂量率的上升，即多个设计目标不可能同时达到最优。因此，解决辐射屏蔽优化问题的最终手段只能是在各个设计目标之间进行协调权衡进而折衷处理，使各设计目标均满足要求，且综合方案最优。

传统的辐射屏蔽设计往往很大程度上依赖于设计经验，其效率低，不确定性大，对设计者的经验要求高。基于人工经验的方法，容易出现优化方案遗漏、过程复杂耗时的问题。因此，如何提供一种适用于各类核装置屏蔽方案设置的智能优化方法，是目前仍需解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于非支配排序遗传算法的多目标屏蔽优化方法及系统，以实现剂量率、屏蔽材料的体积、屏蔽材料的重量等多个目标的同时优化，提高屏蔽方案的优化效率。

为了实现上述目的，本发明主要包括以下几个方面：

第一方面，本发明实施例提供一种基于非支配排序遗传算法的多目标屏蔽优化方法，包括：

根据获取的辐射屏蔽场景中的源项、屏蔽层数以及各层的屏蔽材料、厚度上下限，随机生成多个初始屏蔽方案，并确定出各初始屏蔽方案对应的目标函数值；其中，所述屏蔽方案包括屏蔽材料和屏蔽厚度，所述目标函数包括剂量率、屏蔽材料的体积和重量；

根据目标函数值将多个所述初始屏蔽方案按照支配关系排序，产生第一代屏蔽方案，对所述第一代屏蔽方案进行非支配关系排序，再通过遗传算子产生第二代屏蔽方案并计算相应的目标函数值；将所述第一代屏蔽方案和第二代屏蔽方案进行合并排序，得到不同的解集，从各解集中依次选择屏蔽方案到下一代屏蔽方案，更新下一代屏蔽方案对应的目标函数值，直到满足终止条件；

根据优化后的屏蔽方案，输出当前辐射屏蔽场景下的屏蔽材料和屏蔽厚度。