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《哈尔滨工程大学》 2018年
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虚拟环境下核退役辐射安全与评估优化技术研究

李梦堃  
【摘要】:无论是什么样的生产活动,都有自身的生命活动周期,即使是核设施也不能破例。经过长期运行,核设施已经具有了很强的放射性,设施的各个部位都会受到不同程度的中子活化和放射性核素污染。核设施退役是指在核设施关停以后,立即拆除具有放射性污染的设施、设备和部件,对核设施进行去污和拆除,使核设施的放射性达到非限制使用或限制使用的水平。在核设施退役工程的准备阶段,负责单位必须全面地考虑各种辐射与非辐射安全问题,使得核设施退役工程达到最优化,实现保护工人、公众和环境安全的目的。核设施退役仿真技术将理论和实验研究相结合,已经被应用于核设施环境下人员作业仿真、安全评估和人员培训等领域。核设施退役仿真技术可以作为一种保障退役工程科学合理地进行,并指导后续退役工作的有效支持手段。论文在核设施退役背景下结合虚拟仿真技术与理论,就核设施退役辐射安全问题展开了系统深入地研究,包括虚拟核设施环境中γ辐射仿真方法、人员行走路径优化方法、虚拟人受照剂量评估方法、人员安全行为培训方法等。研究内容描述如下:(1)针对虚拟核设施环境中γ辐射仿真方法进行研究。利用三维建模软件构建核设施的三维模型,采用Unity作为虚拟仿真平台,实现核设施环境模拟的直观效果,开展了动画和可视化功能的研究。将点核积分计算与虚拟现实技术相结合,通过虚拟仿真平台建立具有辐射信息的三维模型,将核设施的三维模型转化为基本几何体,识别基本几何体的基本信息,利用点核积分程序计算核辐射场,实现了快速辐射场计算的目的。根据有限的辐射场信息,利用神经网络插值方法对核辐射场进行重构。为了分析和处理辐射信息,提出和实现了基于虚拟现实技术的核辐射可视化方法,成功地将辐射场与核设施叠加,解决了核辐射场实时渲染的问题,为用户提供多种直观高效的图形化的方式显示核辐射剂量分布。(2)针对人员行走路径优化方法进行研究,提出了基于栅格法的核设施环境建模方法,将核设施结构和辐射场离散化。对不同维度的活动空间,设计了二维环境下辐照路径优化方法和复杂环境下辐照路径优化方法。在二维环境下,设计了基于栅格的路径评估方法,用于评价行走路径的各个因素;基于图论算法,设计了最小辐照路径搜索方法,用于寻找人员受照剂量最小的行走路径。在复杂环境下,利用组合优化方法得到最小辐照路径的最优解。将人员行走路径优化方法和虚拟仿真技术相结合,设计并实现了核辐射场中人员行走路径仿真系统,可以提供工作人员行走路径设计、评估、优化、演练等多种服务。(3)针对虚拟人受照剂量评估和可视化方法进行研究:利用3DsMax建立虚拟人模型和骨骼动画,提出了粗精度虚拟人体素建模方法;基于虚拟人模型和人体组织权重,将虚拟人模块化,重新分配人体权重;基于虚拟引擎的特性,设计了各个体素的受照剂量实时监测方法和基于虚拟现实的人员受照剂量评估方法,可以实时计算虚拟人的受照剂量;基于虚拟现实技术和可视化技术设计了虚拟人受照剂量可视化方法,用于辅助用户直观地观察人体受照情况;基于虚拟现实技术,设计和开发了外照射防护仿真平台。(4)针对人员安全行为培训方法进行研究:分析作业人员不安全行为,建立了作业人员安全行为评价指标体系和模糊综合评价模型,实现作业人员行为安全评价方法。将虚拟仿真与行为安全评价相结合,设计了人员安全行为虚拟培训方法,该方法用于量化培训人的安全影响指标,实现安全评估,为培训人员提供指导服务。论文对核设施退役辐射安全仿真与评估的相关内容进行研究,研究成果可以为核设施退役信息支持和仿真系统的研发提供技术支持,为核设施退役环境仿真,人员和环境的辐射安全评估、人员培训和辐射防护提供一个安全、经济、有效的平台,具有一定的应用前景。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TL943

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