Otimização de parâmetros do núcleo do reator IEA-R1 utilizando o algoritmo de enxame de partículas

Abstract

O problema da otimização de recarga (POR) de um reator nuclear consiste na determinação de uma configuração do núcleo tal que, respeitados os parâmetros de projeto e segurança, os valores obtidos sejam os melhores possíveis para determinadas grandezas estudadas. Em decorrência de sua não-linearidade e de um grande número de soluções possíveis (na ordem de n!, onde n é o número de elementos combustíveis presentes no núcleo), trata-se de um problema do tipo NP-difícil. Este trabalho buscou resolver o POR para o reator nuclear de pesquisa IEA-R1, localizado na cidade universitária, em São Paulo. Para solucioná-lo, foi criado um código em ambiente FORTRAN 90, que por meio da meta-heurística de enxame de partículas (Particle Swarm Optimization - PSO) integrada aos programas utilizados na metodologia de cálculos neutrônicos e termohidráulicos, com a finalidade de encontrar a melhor solução possivel, dentro de uma combinação de casos e particulas para o código. Para garantir a inexistência de duplicidade de resultados, o método das chaves aleatórias (Random Keys - RK) foi utilizado para codificar cada posição dos elementos combustíveis. Uma função objetivo foi determinada a partir das seguintes grandezas: a constante de multiplicação k (KEFF) e o fluxo de nêutrons (ambas maximizadas), o pico de potência e a variância da distribuição da densidade de potência (ambas minimizadas). Foi feita também a busca pela configuração com a menor variância, com o intuito de garantir uma distrbuição de potência mais estável ("Flat") ao longo do núcleo. Foram estudados casos com um número p de partículas tal que p = 20,30,40,50 e t iterações, sendo t = 500, 1000, 1500. Em um primeiro momento todos os casos são estudados e as duas melhores configurações (p = 30, t = 1500 e p = 50, t = 1500) são escolhidas e comparadas com a configuração 260. O código se mostrou capaz de determinar melhores configurações dentro dos parâmetros estabelecidos e respeitando os limites de temperatura.