一种基于3dsMax的核设施模型辐射场剂量仿真方法技术

本发明专利技术提供的是一种基于3dsMax的核设施模型辐射场剂量仿真方法。用3dsMax软件根据确定的核设施参数构建模型，并将文件保存为3DS格式；导入3DS核设施模型文件，获得模型参数；用八叉树法将3dsMax核设施模型分解为体素；将确定的体素参数与材质信息写成输入卡；将输入卡导入到点核积分程序内；计算累积因子；计算伽马射线在辐射场中的平均自由程；利用SQLite数据库引擎建立通量率‑剂量率转换因子、各化学元素与材料的质量衰减因子以及单层累积因子数据库；运用布尔连接运算符对箱体进行组合运算，构造复杂的辐射场几何结构；用点核积分方法计算三维辐射场剂量。本发明专利技术能实现对有尺寸、材质与能量参数的复杂3dsMax核设施模型的辐射场剂量计算。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3dsMax的核设施模型辐射场剂量仿真方法
本专利技术涉及的是一种核退役仿真方法，具体地说是一种用3dsMax对核设施辐射场剂量仿真的方法。
技术介绍
核设施维修与退役是核设施生命周期的重要环节。在制定核设施维修或退役策略时，需要优化维修、退役方案以及工作人员在退役作业过程中的路径，进而降低辐射对工作人员的伤害，这就需要准确地了解核设施三维空间辐射剂量的分布情况，进行辐射仿真。在辐射仿真过程中，为获得准确的虚拟辐射场剂量计算结果，就必须对复杂模型进行辐射计算。目前，核退役虚拟辐射场的模拟与研究大多使用国外成熟的仿真软件来完成，其中蒙特卡罗方法与点核积分方法在屏蔽设计中有着广泛的应用。点核积分方法通过引入累积因子来考虑散射光子对辐射量的影响，将辐射场中所有源项按照几何尺寸离散为点源，并将源项能谱离散为若干离散值，然后分别计算不同能量与不同点源在各个剂量点的剂量值，最后将同一剂量点的剂量值叠加计算出探测点总的剂量值。但这些软件对复杂模型的辐射场剂量计算较为简单，无法直接获得复杂3dsMax核设施模型的精确辐射场剂量。综上所述，开发出一种准确、可靠的计算复杂3dsMax核设施模型辐射场剂量的仿真方法对核退役仿真具有重大的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种准确、可靠的基于3dsMax的核设施模型辐射场剂量仿真方法。本专利技术的目的是这样实现的：(1)用3dsMax软件根据确定的核设施参数构建模型，并将文件保存为3DS格式；(2)导入3DS核设施模型文件，获得模型参数；3DS文件由许多块(chunk)组成，每个块首先描述其信息类别。块的前两项信息分别是：块的ID和块的长度。块的ID作为块的标示，块的长度表示下一个块相对于该块起始位置的偏移字节数。3DS文件最开始出现的主块是基本块，它包含了整个文件。3D编辑程序块ED—IT3DS主要定义物体的形体数据，块中包含了一个物体描述子块EDIT_OBJECT，其下有三角形列表子块OBJ_TRIMESH。OBJ_TRIMESH主要包括了体素化程序所需的模型表面信息。(3)用八叉树法将3dsMax核设施模型分解为体素；本专利技术对模型的三维网格进行体素化获得体素模型。由于真实的大型核设施多为空心的壳结构，所以算法可以简化为对模型表面的体素化，即对组成模型表面所有三角形面的体素化。由于三角形尺寸一般都小于体素尺寸，所以算法可以简化为对所有三角形顶点与中点的体素化。(4)将确定的体素参数与材质信息写成输入卡；输入卡由6部分组成，包括曲面卡、基本体数据卡、材料数据卡、区域卡、放射源卡以及探测点卡。(5)将输入卡导入到点核积分程序内；(6)计算累积因子；本专利技术采用ANSI/ANS-6.4.3数据库以及G-P拟合公式计算单层累积因子，采用经验公式计算双层或多层材料累积因子。(7)计算伽马射线在辐射场中的平均自由程；平均自由程计算公式为式中，t(E)是伽马光子从点源到探测点穿过所有屏蔽材料的平均自由程；i为伽马射线穿过的空间区域编号；ρi为空间区域i的材料密度；μi(E)/ρ为在光子能量为E时，空间区域i的材料的质量减弱系数；di为伽马射线在区域i中的几何距离。(8)利用SQLite数据库引擎建立通量率-剂量率转换因子、各化学元素与材料的质量衰减因子以及单层累积因子数据库；(9)运用布尔连接运算符对箱体进行组合运算，构造复杂的辐射场几何结构；(10)用点核积分方法计算三维辐射场剂量。点核积分方法的基本思想是将放射源离散为若干点核，然后计算每个点核在探测点的剂量值，最后将所有点核的剂量值求和得到探测点总的剂量率。本专利技术中假设核反应堆以及其他放射源能够由一系列离散的各向同性点源组成，并且可以通过对各离散点核的贡献求和来获取放射源在探测点总的辐射效应。在点核积分方法的几何模型中，各点核在探测点的剂量值为式中，rp与rd分别为点核与探测点的位置；E为光子能量；C(E)为伽马光子辐射效应转换因子；S(E,rd)是点核源项强度；B(E,t)是累积因子；t(E)是伽马光子从点源到探测点穿过所有屏蔽材料的平均自由程，计算公式为式中，i为伽马射线穿过的空间区域编号；ρi为空间区域i的材料密度；μi(E)/ρ为在光子能量为E时，空间区域i的材料的质量减弱系数；di为伽马射线在区域i中的几何距离。将探测点的剂量值在整个源项体积与整个能谱内积分，计算出探测点总的剂量值。积分公式为本专利技术提供了一种用八叉树方法将3dsMax核设施模型体素化后利用点核积分方法计算模型辐射场剂量的仿真方法。本专利技术开发出了一种针对于有确定参数的3dsMax核设施模型，使用八叉树方法对模型体素化，选择源项与屏蔽项体素，用点核积分方法计算辐射场剂量的仿真方法。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术实现了在3dsMax软件内直接对核设施尺寸、材质与能量参数的快速赋值；2、本专利技术实现了对复杂模型进行的辐射场剂量计算。附图说明图13dsMax模型辐射场剂量计算流程图；图23dsMax模型体素化流程图；图3基于SVR的多层屏蔽累积因子算法模型；图4点核积分方法的几何模型；图5辐射场伽马剂量计算流程图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做进一步描述：本专利技术采用3dsMax软件建模与C++语言编程，主要功能为：构建确定参数的核设施模型，使用八叉树法对模型体素化，最终利用点核积分方法计算辐射场剂量，实现辐射仿真。整个软件包括3dsMax建模、八叉树程序、输入卡的导入、点核积分程序等几个模块。本专利技术采用以下技术方案：1、用3dsMax软件根据确定的核设施参数构建模型，并将文件保存为3DS格式。在3dsMax软件材质编辑器内直接对材质球命名，然后将材质球导入到使用该材质的实体上。材质的命名规则为源项类材质命名区分符为SO，命名格式如下：SO,能量,活度,±份额,其他信息(材料名称等)举例：SO,0.052,3.27E+06,-1屏蔽类材质命名区分符为SH，命名规则如下：SH,密度,原子序数,±份额,其他信息(材料名称等)举例：SH,2.702,13,-1.0,Al其中“+”代表原子个数的份额，“-”代表质量份额。2、导入3DS核设施模型文件，获得模型参数。定义3DS文件的读入类CLoad3DS，CLoad3DS类包括多个读入函数，如块的读入，顶点数据的读入，面数据的读入，材质的读入等。读取块。CLoad3DS类的成员函数Import3DS、ReadChunk、ProcessNextChunk用来读取文件并判断其是否是3DS格式，ProcessNextObjectChunk、ReadVertices、ReadVertexIndices、ReadColorChunk、ProcessNextMaterialChunk等成员函数用来读取模型实体、顶点、面、颜色以及材质等内容。函数Import3DS是文件的入口，具体的算法如下：1)利用fp(fp＝fopen(filename，“rb”))函数以只读方式打开一个3DS文件；2)验证文件类型，判断是否是3DS文件，若ID是0x4d4d，则为3DS文件，然后调用ReadChunk、ProcessNextChunk等子块读入相应的3DS文件内容，否则返回false；3)利用fclose(fclose(fp本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于3dsMax的核设施模型辐射场剂量仿真方法，其特征是：(1)用3dsMax软件根据确定的核设施参数构建模型，并将文件保存为3DS格式；(2)导入3DS核设施模型文件，获得模型参数；(3)用八叉树法将3dsMax核设施模型分解为体素；(4)将确定的体素参数与材质信息写成输入卡；输入卡由6部分组成，包括曲面卡、基本体数据卡、材料数据卡、区域卡、放射源卡以及探测点卡；(5)将输入卡导入到点核积分程序内；(6)计算累积因子；(7)计算伽马射线在辐射场中的平均自由程；(8)利用SQLite数据库引擎建立通量率‑剂量率转换因子、各化学元素与材料的质量衰减因子以及单层累积因子数据库；(9)运用布尔连接运算符对箱体进行组合运算，构造复杂的辐射场几何结构；(10)用点核积分方法计算三维辐射场剂量。

【技术特征摘要】
1.一种基于3dsMax的核设施模型辐射场剂量仿真方法，其特征是：(1)用3dsMax软件根据确定的核设施参数构建模型，并将文件保存为3DS格式；(2)导入3DS核设施模型文件，获得模型参数；(3)用八叉树法将3dsMax核设施模型分解为体素；(4)将确定的体素参数与材质信息写成输入卡；输入卡由6部分组成，包括曲面卡、基本体数据卡、材料数据卡、区域卡、放射源卡以及探测点卡；(5)将输入卡导入到点核积分程序内；(6)计算累积因子；(7)计算伽马射线在辐射场中的平均自由程；(8)利用SQLite数据库引擎建立通量率-剂量率转换因子、各化学元素与材料的质量衰减因子以及单层累积因子数据库；(9)运用布尔连接运算符对箱体进行组合运算，构造复杂的辐射场几何结构；(10)用点核积分方法计算三维辐射场剂量。2.根据权利要求1所述的基于3dsMax的核设施模型辐射场剂量仿真方法，其特征是：3DS核设施模型文件由许多块组成，每个块首先描述其信息类别；块的前两项信息分别是：块的ID和块的长度，块的ID作为块的标示，块的长度表示下一个块相对于该块起始位置的偏移字节数；3DS文件最开始出现的主块是基本块，它包含了整个文件；3D编辑程序块ED—IT3DS定义物体的形体数据，块中包含了一个物体描述子块EDIT_OBJECT，其下有三角形列表子块OBJ_TRIMESH；OBJ_TRIMESH包括了体素化程序所需的模型表面信息。3.根据权利要求1或2所述的基于3dsMax的核设施模型辐射场剂量仿真方法，其特征是所述计算累积因子具体包括：采用ANSI/ANS-6.4.3数据库以及G-P拟合公式计算单层累积因子，采用经验公式计算双层或多层材料累积因子。4.根据权利要求1或2所述的基于3dsMax的核设施模型辐射场剂量仿真方法，其特征是平均自由程的计算公式为：式中，t(E)是伽马光子从点源到探测点穿过所有屏蔽材料的平均自由程；i为伽马射线穿过的空间区域编号；ρi为空间区域i的材料密度；μi(E)/ρ为在光子能量为E时，空间区域i的材料的质量减弱系数；di为伽马射线在区域i中的几何距离。5.根据权利要求3所述的基于3dsMax的核设施模型辐射场剂量仿真方法，其特征是平均自由程的计算公式为：式中，t(E)是伽马光子从点源到探测点穿过所有屏蔽材料的平均自由程；i为伽马射线穿过的空间区域编号；ρi为空间区域i的材料密度；μi(E)/ρ为在光子能量为E时，空间区域i的材料的质量减弱系数；di为伽马射线在区域i中的几何距离。6.根据权利要求1或2所述的基于3dsMax的核设施模型辐射场剂量仿真方法，其特征是所述用点核积分方法计算三维辐射场剂量具体包括：设核反应堆以及其他放射源由一系列离散的各向同性点源组成，并且通过对各离散点核的贡献求和来获取放射源在探测点总的辐射效应，在点核积分方法的几何模型中，各点核在探测点的剂量值为式中，rp与rd分别为点核与探测点的位置；E为光子能量；C(E)为伽马光子辐射效应转换因子；S(E,rd)是点核源项强度；B(E,t)是累积因子；t(E)是伽马光子从点源到探测点穿过所有屏蔽材料的平均自由程，计算公式为式中，i为伽马射线穿过的空间区域编号；ρi为空间区域i的材料密度；μi(E)/ρ为在光子能量为E时，空间区域i的材料的质量减弱系数；di为伽马射线在区域i中的几何距离；将探测点的剂量值在整个源项体积与整个能谱内积分，计算出探测点总的剂量值；积分公式为

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永阔，杨立群，彭敏俊，李梦堃，白璐，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23