abs trak

22
Abstrak Sebagai tenaga nuklir mengembang, teknis, ekonomi, politik, dan lingkungan analisis siklus bahan bakar nuklir oleh simulator peningkatan penting. Saat ini, Namun, alat saat ini sering fl eet berbasis daripada diskrit dan pribadi didistribusikan daripada open source. Masing-masing pilihan ini menyajikan sebuah tantangan untuk pemodelan fi delity, umum, e FFI efisiensi, ketahanan, dan ilmiah transparansi. Kerangka Siklus bahan bakar nuklir siklus simulator dan ekosistem pemodelan yang menggabungkan wawasan modern dari ilmu simulasi dan arsitektur perangkat lunak untuk memecahkan masalah ini sehingga tantangan dalam analisis siklus bahan bakar nuklir dapat lebih baik ditangani. Ringkasan dari Siklus bahan bakar kerangka siklus simulator dan ekosistem pemodelan yang disajikan. Selain itu, pelaksanaan masing-masing dibahas dalam konteks tantangan memotivasi dalam siklus bahan bakar nuklir simulasi. Akhirnya, kemampuan saat Siklus ditunjukkan untuk kedua siklus bahan bakar terbuka dan tertutup. Kata kunci: siklus bahan bakar nuklir, simulasi, pemodelan berbasis agen, nuklir rekayasa, orientasi objek, analisis sistem 1. Perkenalan Sebagai tenaga nuklir mengembang, teknis, ekonomi, politik, dan lingkungan analisis siklus bahan bakar nuklir oleh simulator peningkatan penting. Manfaat teknologi nuklir dan siklus bahan bakar maju dibentuk oleh berbagai fisik, nuklir, kimia, industri, dan faktor-faktor politik. Siklus bahan bakar nuklir Simula tor harus model yang kompleks karena itu beberapa fisika proses nuklir, fasilitas penyebaran, dan routing material. Memang, tujuan utama dari bahan bakar nuklir siklus simulator dinamis untuk menghitung waktu dan fasilitas-dependent massa mengalir melalui semua atau bagian

Upload: ngaji-yanto

Post on 11-Dec-2015

222 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

kalau

TRANSCRIPT

Page 1: Abs Trak

AbstrakSebagai tenaga nuklir mengembang, teknis, ekonomi, politik, dan lingkungananalisis siklus bahan bakar nuklir oleh simulator peningkatan penting. Saat ini,Namun, alat saat ini sering fl eet berbasis daripada diskrit dan pribadididistribusikan daripada open source. Masing-masing pilihan ini menyajikan sebuah tantanganuntuk pemodelan fi delity, umum, e FFI efisiensi, ketahanan, dan ilmiah transparansi.Kerangka Siklus bahan bakar nuklir siklus simulator dan ekosistem pemodelan yangmenggabungkan wawasan modern dari ilmu simulasi dan arsitektur perangkat lunakuntuk memecahkan masalah ini sehingga tantangan dalam analisis siklus bahan bakar nuklir dapatlebih baik ditangani. Ringkasan dari Siklus bahan bakar kerangka siklus simulatordan ekosistem pemodelan yang disajikan. Selain itu, pelaksanaanmasing-masing dibahas dalam konteks tantangan memotivasi dalam siklus bahan bakar nuklirsimulasi. Akhirnya, kemampuan saat Siklus ditunjukkan untukkedua siklus bahan bakar terbuka dan tertutup.Kata kunci: siklus bahan bakar nuklir, simulasi, pemodelan berbasis agen, nuklirrekayasa, orientasi objek, analisis sistem1. PerkenalanSebagai tenaga nuklir mengembang, teknis, ekonomi, politik, dan lingkungananalisis siklus bahan bakar nuklir oleh simulator peningkatan penting. Manfaatteknologi nuklir dan siklus bahan bakar maju dibentuk oleh berbagai fisik,nuklir, kimia, industri, dan faktor-faktor politik. Siklus bahan bakar nuklir Simulator harus model yang kompleks karena itu beberapa fisika proses nuklir, fasilitaspenyebaran, dan routing material.Memang, tujuan utama dari bahan bakar nuklir siklus simulator dinamisuntuk menghitung waktu dan fasilitas-dependent massa mengalir melalui semua atau bagiansiklus bahan bakar. Analisis siklus bahan bakar nuklir yang dinamis lebih realistis mendukungberbagai tujuan simulasi dari analisis statis [1]. Secara historis, nuklir dinamissimulator siklus bahan bakar telah dihitung siklus bahan bakar saldo massa dan kinerjametrik berasal dari mereka menggunakan perangkat lunak mulai dari spreadsheet berbasis alirankalkulator untuk sangat khusus dinamika sistem platform pemodelan.Sampai saat ini, alat-alat saat ini biasanya didistribusikan pribadi daripada terbukasumber, yang telah dikembangkan dalam konteks industri. Selain itu, memiliki seringdikembangkan untuk aplikasi disesuaikan, banyak memiliki di fl Architec fleksibelmembangun struktur. Akhirnya, banyak model yang hanya fl dinamika armada-tingkat fasilitas dan bahandaripada resolusi diskrit dari mereka agen individu dan objek. KapanSiklus Bahan Bakar DOE-NE Kampanye Teknologi Sistem Analisis dikembangkanpersyaratan yang diperlukan dalam generasi berikutnya siklus bahan bakar simulator, tiga utama gagalmode ure dikaitkan dengan pilihan-pilihan software. Pertama, mereka mencegahkontribusi dan kolaborasi di antara para ahli yang ditargetkan. Berikutnya, mereka pincang efbenteng untuk langsung membandingkan metodologi pemodelan. Akhirnya, mereka lebih-spesialis,render alat yang paling berlaku untuk hanya sebagian dari yang diinginkan delities simulasi fi,timbangan badan, dan aplikasi. Ketiga kendala yang diidentifikasi sebagai menyajikansigni fi kan tantangan untuk pemodelan fi delity, umum, e FFI efisiensi, ketahanan, danilmiah transparansi di bidang analisis siklus bahan bakar [2].Kerangka Siklus bahan bakar nuklir siklus simulator dan Ecosys pemodelan yangtem, suite agen dan fisika lainnya plug-in perpustakaan kompatibel dengan itu,menggabungkan wawasan modern dari ilmu simulasi dan arsitektur perangkat lunak

Page 2: Abs Trak

untuk memecahkan masalah ini. Metode modern ini secara bersamaan memungkinkan lebih effi sien, akurat, kuat, dan analisis divalidasi. Siklus bahan bakar generasi inisimulator adalah hasil dari pilihan desain dibuat untuk:• akses dukungan untuk alat dengan bahan bakar analis siklus dan pengguna lain,• mendorong ekstensi pengembang,• mengaktifkan plug-and-play perbandingan metodologi pemodelan,• dan mengatasi berbagai jenis analisis, tingkat detail, dan sophis analistication.Siklus adalah dinamis, model berbasis agen, yang mempekerjakan archi modulartecture, proses pengembangan terbuka, agen diskrit, waktu diskrit, dan resolusi isotop sewenang-wenang rinci bahan. Pengalaman di bidang yang lebih luas fisistem analisis menunjukkan bahwa pemodelan berbasis agen memungkinkan lebih fleksibelcontrol simulasi, tanpa kehilangan umum [3]. Selanjutnya, keterbukaan memungkinkanlintas kelembagaan kolaborasi, meningkatkan ketahanan software [4, 5], meningkatkankekuatan dan kualitas hasil melalui peer review [6, 7, 8, 9, 10], danmemupuk ekosistem pilihan model. Ekosistem ini adalah modular, menjadiing terdiri dari dinamis loadable, dipertukarkan, plug-in perpustakaan bahan bakarfisika proses komponen siklus yang bervariasi dalam mereka lingkup, kedalaman, dan fi delity.Modularitas ini memungkinkan pengguna dan pengembang untuk menyesuaikan Siklus untuk menganalisiskasus yang menarik bagi mereka daripada aplikasi kustomsimulator pada awalnya dikembangkan untuk mengatasi. Selain itu, customizabil yangity memungkinkan pengguna dan pengembang untuk mengatasi kasus-kasus di tingkat fi delitydiperlukan untuk aplikasi mereka. Konsep dasar dari nu Siklusjelas bakar siklus simulator menangkap wawasan yang modern sehingga tantangan barudalam analisis siklus bahan bakar nuklir dapat lebih baik ditangani.1.1. Latar belakangBahan bakar nuklir simulator siklus mendorong pengembangan penelitian dan desain (RD & D)dengan menghitung 'metrik', ukuran kuantitatif kinerja yang dapat comdikupas diantara pilihan siklus bahan bakar. Kelayakan pengembangan teknologidan strategi penyebaran yang terdiri pilihan siklus bahan bakar, operasionalfitur sistem energi nuklir, dinamika transisi antara bahan bakarsiklus, dan banyak langkah-langkah lain dari kinerja dapat dinyatakan dalam halmetrik ini. Misalnya, kelayakan ekonomi seringkali diukur dalam levelizedbiaya listrik (LCOE), kombinasi bahan bakar dan biaya operasi normaloleh pembangkit listrik, sedangkan kinerja lingkungan mungkin diukuroleh menghabiskan Volume bahan bakar, keracunan, atau ditambang uranium. Sebuah meta-analisis dari siklus bahan bakarStudi sistem diidentifikasi lebih dari dua lusin metrik kuantitatif yang unik yang mencakupekonomi dan biaya, kelestarian lingkungan dan pengelolaan limbah impakta, keselamatan, keamanan dan nonproliferasi, kecukupan sumber daya dan pemanfaatan,antara lain [11]. Dengan beberapa pengecualian, metrik ini yang berasal dari massaSaldo dan sejarah operasi fasilitas dihitung dengan simulator siklus bahan bakar.Sebagai contoh, di mana beban repositori limbah nuklir berasal dari bahan bakar dikeluarkanmassa, pencemaran air atau penggunaan lahan dapat diturunkan dari fasilitas operasionalsejarah (seperti dalam [12]).Namun, metode untuk menghitung metrik bervariasi antara simulator. Beberapamodel sistem fasilitas, ekonomi, dan bahan dalam kesetimbangan statis,

Page 3: Abs Trak

sementara simulator lain menangkap dinamika sistem. Demikian pula, sementarabeberapa simulator discretely memodelkan batch bahan dan individu fasilitas,lain agregat fasilitas dalam eets fl dan bahan ke dalam sungai. Beberapa Simulator dirancang untuk model satu aspek dari siklus bahan bakar rinci sementaramengabaikan orang lain. Sebagai contoh, sebuah simulator dibuat untuk pemodelan kebijakan mungkinmemiliki kemampuan yang sangat baik di bidang ekonomi, sementara kemampuan untuk Transforma pelacakantions di isotopics bahan dan e ff ects dari isotopics pada kinerja teknologidiabaikan. Kode for Advanced Fuel Siklus Assessment (CAFCA) [13]simulator adalah dengan cara ini, setelah terpilih untuk mengabaikan isotop berorientasi masalahResolusi mendukung terpisahkan e ff Ects.Secara historis, laboratorium nasional dalam negeri telah mendorong pengembangan dan regulated penggunaan alat-alat mereka sendiri: Veri fi Siklus Bahan Bakar mampu Simulasi Model(VISI) [14], Dinamis Model Pengembangan Nuklir (Dymond) [15], danDaur Bahan Bakar Nuklir Simulator (NFCSim) [16, 17]. Internasional, Labo lainnyaratories telah menciptakan mereka sendiri juga, seperti Commelini-Sicard (COSI) [18,19, 20, 21] dan ORION [22]. Akhirnya, beberapa simulator dimulai dalam nasionalpengaturan laboratorium telah terus sebagai kepatutan, simulator berbasis industri, sepertisebagai Analisis Dinamis Nuklir Sistem Energi Strategi (DANESS) [23]. Di luarsamping laboratorium nasional, peneliti telah menciptakan siklus bahan bakar nuklir barualat simulasi ketika alat yang ada tidak tersedia atau tidak su FFI secara efisien general untuk menghitung metrik minat mereka. Dengan akses terbatas ke nasionalalat laboratorium dan kebutuhan untuk menyesuaikan mereka untuk tujuan penelitian, Universiikatan dan peneliti industri swasta telah "diciptakan kembali roda" dengan mengembangkanalat-alat mereka sendiri dari awal dan disesuaikan dengan kebutuhan mereka sendiri. Contoh diclude CAFCA [24] dan Analisis Dinamis Nuklir Energi Sistem Strategi(DESAE) [25, 26, 17].Cyclus muncul dari garis alat berusaha untuk mematahkan praktek ini. Prakursor, Global Evaluasi Skenario Pemanfaatan Infrastruktur Nuklir (GENius) Versi 1 [27, 28], berasal dalam Idaho National Laboratory (INL)dan berusaha untuk memberikan kemampuan daerah generik. Berdasarkan pelajaran dariGENIUS Versi 1, GENIUS Versi 2 [29, 30] simulator berusaha untuk memberikanlebih umum dan antarmuka extensible untuk memfasilitasi kolaborasi. The CyProyek clus kemudian diperbaiki GENIUS e ff ort oleh pelaksana meningkatmodularitas dan enkapsulasi. Hasilnya adalah simulator dinamis yang memperlakukankedua bahan dan fasilitas discretely, dengan arsitektur yang memungkinkan multi-ple dan tingkat variabel fi delity. Menggunakan kerangka kerja berbasis agen, simulatormelacak transformasi dan perdagangan sumber daya antara otonomi daerahdan entitas kelembagaan dengan perilaku dan tujuan disesuaikan. Masing-masingkonsep-konsep ini (-agen berbasis, pelacakan sumber daya, dan regional serta Instituentitas nasional) akan dijelaskan di bagian mereka sendiri (bagian 2.2, 2.3.1, dan2.2.2 masing-masing). Bersama-sama, mereka menyediakan kemampuan untuk perpanjangan dan digunakan kembali di luar itu dikejar oleh setiap siklus bahan bakar yang ada simulator.1.2. MotivasiThe Siklus paradigma memungkinkan kontribusi yang ditargetkan dan kolaborasi dalamkomunitas analisis siklus bahan bakar nuklir untuk mencapai dua gol penting: rendahpenghalang bagi pengguna untuk memasukkan teknologi kustom nuklir dalam siklus bahan bakar mereka

Page 4: Abs Trak

analisis sementara meningkatkan kemampuan untuk membandingkan simulasi dengan dan tanpakonsep-konsep kustom. Kemampuan ini penting tidak ada dalam simulator sebelumnyadi mana kustomisasi pengguna dan diperpanjang tidak merancang tujuan. Sementaraarsitektur modular dan terbuka Siklus diperlukan untuk memenuhi tujuan-tujuan ini,tidak su FFI sien. Agen pertukaran juga diperlukan untuk memfasilitasi langsungperbandingan metodologi pemodelan alternatif dan konsep fasilitas. Dengankonsep ini pada intinya, Siklus menyediakan platform bagi pengguna untuk dengan cepat mengembangkankemampuan pada tingkat detail dan validasi yang diperlukan untuk ap unik merekakomplikasi. Akhirnya, Siklus berlaku untuk lebih luas delities fi, timbangan,dan aplikasi dari simulator lain, karena fl eksibilitas dan umum nyaberbasis agen modeling (ABM) paradigma dan diskrit, pendekatan berorientasi objek.Struktur ini mengakui bahwa spesialis harus memanfaatkan waktu mereka dan resumber dalam pemodelan proses yang spesifik terkait dengan bidang keahlian mereka(misalnya, pengolahan kembali dan fabrikasi bahan bakar maju), tanpa harus membuatmodel siklus bahan bakar seluruh untuk melayani sebagai inangnya. Cyclus mendukung mereka denganmemisahkan masalah pemodelan rantai pasokan tergantung fisika-menjadi duakomponen yang berbeda: kernel simulasi dan arketipe yang berinteraksi dengannya.Kernel bertanggung jawab untuk mendukung penyebaran dan interaksi logikaentitas dalam simulasi. Perhitungan fisika dan perilaku disesuaikanentitas-entitas tersebut dilaksanakan dalam kelas pola dasar.Pada akhirnya, pemodelan evolusi fisika-dependent, nu internasionalrantai pasokan bahan bakar yang jelas adalah masalah multi-skala yang alat yang ada tidak bisadukungan. Mereka telah baik berfokus pada makro e proyek-ff, misalnya, saham armada tingkat fldan mengalir fl komoditas, atau mikro e ff ects, misalnya, komposisi digunakan-bahan bakarbahan bakar reaktor cepat. Setiap fokus telah mendorong pengembangan alat-alat khusus,render tugas menjawab pertanyaan antara tingkat makro dan mikromenantang dalam satu alat. Sebaliknya, terbuka, arsitektur extensibledan pelacakan objek diskrit Siklus memungkinkan penciptaan dan pertukaranarketipe kustom pada setiap tingkat fi delity dan oleh analis siklus bahan bakar.

1.2.1. Akses terbuka dan Praktek PembangunanKekhawatiran milik lembaga penelitian dan kendala keamanandata dalam bahan bakar simulator siklus sering membatasi akses. Penggunaan simulator adalahOleh karena itu sering terbatas pada institusi asalnya, memerlukan duplikasi e ff Ortdi lembaga lain dan dengan demikian menyia-nyiakan sumber daya yang lebih luas manusia. Lisensiperjanjian dan persetujuan kelembagaan yang diperlukan untuk sebagian besar simulator saat(misalnya COSI6, DANESS, DESAE, EVOLCODE, FAMILY21, NFCSim) [31], dicluding ORION, dan VISION. Bahkan ketika, seperti dalam kasus MIT CAFCAsoftware, kode sumber tidak dibatasi, platform di mana hal itu bergantung seringdibatasi atau mahal. Namun, Siklus menyediakan akses penuh gratis dan terbuka untuk semuapengguna dan pengembang, asing dan domestik.Selain itu, aspek teknis dan kelembagaan perangkat lunak mengembangkanpraktek ment digunakan oleh masyarakat Siklus memfasilitasi kolaborasi.Secara teknis, Siklus mempekerjakan satu set alat yang biasa digunakan kolaboratif lembutpengembangan ware yang mengurangi e ff Ort diperlukan untuk mengomentari, tes dan ultimately menggabungkan kontribusi individu ke jalur utama pembangunan. Untukbanyak dari platform simulasi diadopsi oleh simulator sebelumnya, ada

Page 5: Abs Trak

kendala teknis yang menghambat semacam ini kolaborasi. Secara kelembagaan, Cyclus mengajak semua peserta untuk mengusulkan, membahas dan memberikan masukan kepada fi nalpengambilan keputusan untuk semua perubahan penting.

1.2.2. Modularitas dan PerluasanModularitas adalah enabler kunci memperluas ruang lingkup analisis siklus bahan bakardalam kerangka Siklus. Perubahan yang diperlukan untuk meningkatkan fi delitypemodelan agen tertentu, atau untuk memperkenalkan agen yang sama sekali baru, yang sempitcon fi ned dan tempat ada persyaratan baru pada kernel Siklus. Selanjutnya,ada sangat sedikit asumsi atau heuristik yang lain akan membatasikompleksitas algoritmik yang dapat digunakan untuk model perilaku agen tersebut.Sebagai contoh, sebagian besar simulator saat menjelaskan satu set fi nite siklus diterimakonstruksi (sekali melalui, single-pass, multi-pass). Yang membatasi kemampuanuntuk membuat bahan novel fl mengalir dan skenario ekonomi. The Siklus simulasilogika bergantung pada paradigma pasar, parameterized oleh pengguna, yang fl exiblymensimulasikan respon dinamis untuk harga, ketersediaan, dan pref kelembagaan lainnyaperbedaan-perbedaan.Set minimal dependensi mutual antara kernel dan agendiekspresikan melalui pertukaran sumber daya dinamis (DRE) yang menyediakantingkat fleksibilitas yang tidak ada di simulator siklus bahan bakar lainnya. Ini menciptakanpotensi agen arketipe baru untuk berinteraksi dengan arketipe yang ada sebagaimereka memasuki dan meninggalkan simulasi dari waktu ke waktu dan berusaha untuk bahan perdagangan yangKomposisi yang spesifik mungkin tidak diketahui apriori.

1.2.3. Fasilitas dan Bahan diskritBanyak fenomena siklus bahan bakar memiliki agregat tingkat sistem e ff ects yang dapathanya dapat ditangkap oleh pelacakan bahan diskrit [2]. Siklus trek bahansebagai objek diskrit. Beberapa siklus bahan bakar alat simulasi saat ini seperti COSI[26, 32, 24], FAMILY21 [26], GENIUS versi 1, GENIUS versi 2, NFCSim,dan ORION juga memiliki kemampuan untuk model bahan diskrit. Namun, bahkanantara ini, kemampuan untuk model fasilitas reaktor secara individual tidak samauntuk kemampuan untuk model kegiatan yang berbeda. COSI, misalnya, memiliki beberapa dukunganuntuk pemodelan reaktor secara individual, tetapi menurut patokan baru-baru ini [33],itu model banyak reaktor yang beroperasi di sync. Artinya, pengisian bahan bakar dan pemakaianterjadi secara bersamaan untuk semua reaktor. Sementara Siklus memungkinkan jenis armadaagregasi berdasarkan perilaku reaktor, Siklus juga memungkinkan operasi di setiapfasilitas untuk bervariasi secara independen dari orang lain dalam simulasi.Demikian pula, kemampuan untuk model gangguan (yaitu fasilitas shutdowns karenainsu bahan pakan FFI sien atau insu FFI pengolahan efisien dan kapasitas penyimpanan) adalah yang palingmudah ditangkap oleh perangkat lunak mampu melacak status operasi diskritFasilitas [2]. Model armada berbasis (misalnya VISI) tidak dapat menangkap inianggun, karena gangguan pasokan dimodelkan sebagai pengurangan kapasitasdari seluruh armada. Semua perangkat lunak yang mampu bahan diskrit memiliki sebuah gagasanfasilitas diskrit, namun tidak semua menangani gangguan dengan cara yang sama.DESAE, misalnya, tidak memungkinkan shutdown karena insu FFI bahan baku efisien. Dihal insu FFI efisien fi ssile materi selama pemrosesan kembali, DESAE meminjam

Page 6: Abs Trak

bahan dari penyimpanan, meninggalkan nilai negatif [26]. The Siklus Kerangkatidak menentukan heuristik tersebut. Sebaliknya, ia menyediakan kerangka kerja yang fleksibel padayang metode baik adalah mungkin.Sebuah fi nal diuntungkan dari discreteness fasilitas dan bahan adalah kekuatan merekabila dikombinasikan. Kemampuan untuk melacak sejarah material ketika bergerak dari satufasilitas lain adalah unik untuk Siklus. Sementara beberapa simulator saat melacakbahan di quanta diskrit, mereka tidak selalu melestarikan identitassetiap kuantum sebagai bahan bergerak siklus bahan bakar. Bila digabungkan denganPemodelan fasilitas individu cyclus ', kapasitas ini menjadi berbeda dari apa yangsimulator siklus bahan bakar lain yang mampu melakukan. Jadi, sementara FAMILY21 dan COSI bisamengidentifikasi apakah batch dibuang dari reaktor berasal campuranoksida (MOX) fabrikasi daripada uranium oksida segar (UOX) fabrikasi,Cyclus bisa pergi lebih jauh, pelacakan yang dari batch segar terkandung bahandari batch habis tertentu. Dengan ekstensi, Siklus juga dapat melaporkan yangFasilitas individu batch melewati dan di mana ia berasal. Theaplikasi-nonproliferasi terkait kemampuan analisis ini adalah signifikanmemungkinkan Siklus untuk menjawab pertanyaan yang simulator sebelumnya tidak mampuuntuk bertanya.

2. Metodologi dan ImplementasiSebuah modular, pemodelan berbasis agen (ABM) pendekatan ideal untuk memecahkanditambah, masalah rantai pasokan tergantung fisika-melibatkan routing yang material,fasilitas penyebaran, dan hirarki daerah dan kelembagaan yang timbul dalamCyclus. Selain itu, pilihan untuk membangun Siklus pada sumber perpustakaan terbuka dibahasa pemrograman modern memungkinkan kedua Execu terpencil dan multiprocesstion pada sejumlah platform. Bagian ini dimulai dengan menjelaskan umumfitur desain yang membuat Siklus kedua fleksibel dan kuat: cluster-siapperangkat lunak dan perpustakaan dinamis loadable. ABM kerangka kemudian dejelaskan, dengan fokus pada pelaksanaan dan manfaat ts dalam konteks siklus bahan bakar. SEBUAHdiskusi tentang pengobatan tergantung waktu sumber daya diskrit berikut, fokusing pada DRE tersebut. Dukungan untuk pengguna dan pengembang melalui perpustakaan Cycamore dariarketipe dan toolkit eksperimental juga disajikan. Terakhir, metodeuntuk jaminan kualitas diuraikan.

2. Metodologi dan ImplementasiSebuah modular, pemodelan berbasis agen (ABM) pendekatan ideal untuk memecahkanditambah, masalah rantai pasokan tergantung fisika-melibatkan routing yang material,fasilitas penyebaran, dan hirarki daerah dan kelembagaan yang timbul dalamCyclus. Selain itu, pilihan untuk membangun Siklus pada sumber perpustakaan terbuka dibahasa pemrograman modern memungkinkan kedua Execu terpencil dan multiprocesstion pada sejumlah platform. Bagian ini dimulai dengan menjelaskan umumfitur desain yang membuat Siklus kedua fleksibel dan kuat: cluster-siapperangkat lunak dan perpustakaan dinamis loadable. ABM kerangka kemudian dejelaskan, dengan fokus pada pelaksanaan dan manfaat ts dalam konteks siklus bahan bakar. SEBUAHdiskusi tentang pengobatan tergantung waktu sumber daya diskrit berikut, fokusing pada DRE tersebut. Dukungan untuk pengguna dan pengembang melalui perpustakaan Cycamore dari

Page 7: Abs Trak

arketipe dan toolkit eksperimental juga disajikan. Terakhir, metodeuntuk jaminan kualitas diuraikan.

2.1. Modular Software ArsitekturArsitektur Siklus memungkinkan pengembang untuk mendefinisikan siklus bahan bakar nuklirproses independen dari logika simulasi. Untuk mencapai hal ini, agen yang developed yang merupakan fasilitas, lembaga, dan daerah yang terdiri nuklirsiklus bahan bakar. Agen ini dibuat menggunakan aplikasi kerangka Siklusantarmuka pemrograman (API), satu set fungsi dan protokol yang membantu dalampengembangan agen dan menentukan bagaimana agen harus didefinisikan. Encapsu inilated 'plug-in' pilihan desain menyediakan dua manfaat utama. Pertama, analis dapatmengambil keuntungan dari logika simulasi API dan pola dasar ekosistem ketika merekaSiklus berlaku untuk spesifik masalah fi c mereka. Sebuah modeler dapat fokus pada menciptakan atau customizing fasilitas nuklir, lembaga, sumber daya, dan model toolkit dalam merekaspesifik daerah c keahlian teknis. Kedua, karena Siklus menggunakan modularPendekatan pola dasar, membandingkan dua arketipe sangatlah mudah. Sebagai contoh,jika seorang analis ingin membandingkan e ff ect menggunakan model di ff erent untuk determine komposisi bahan bakar masukan untuk reaktor cepat, arketipe fabrikasi bahan bakardapat dikembangkan dan dipertukarkan sambil menjaga sisa model yang digunakan dalamsimulasi fi xed.

2.1.1. Software Cluster-SiapPendekatan inovatif untuk merancang dan mengoptimalkan kuat siklus bahan bakar Strategies dapat menjadi tersedia dengan memanfaatkan sumber daya komputasi paralel modern.Misalnya, sensitivitas skala besar analisis untuk mengukur ketergantungan bahan bakarsiklus hasil pada berpotensi ratusan parameter pasti hanya akanlayak dalam lingkungan besar-besaran diparalelkan. Namun, banyak siklus bahan bakarsimulator mengandalkan komersial, o ff--rak (COTS) dan Windows-hanya lembutware yang membatasi kinerja dan kompatibilitas dengan komputasi sumber dayainfrastruktur. Ini membatasi kemungkinan lingkup simulasi dan meningkatwaktu dinding-jam yang diperlukan untuk melakukan sensitivitas parameter analisis danStudi multi-simulasi lainnya. Cyclus, di sisi lain, terutama ditulisdi C ++ dan bergantung pada perpustakaan yang didukung oleh Linux dan UNIX (termasuk Ubuntudan OSX) platform, yang fleksibel dan dukungan paralelisasi. Lebih lanjutlebih, infrastruktur inti dan arketipe istimewa adalah gratis dan open source,BSD-3-klausul berlisensi. Cyclus karena itu dapat dengan mudah digunakan pada com besarsistem puter, seperti komputasi tinggi-throughput (HTC) sistem.Cyclopts [34], bukti desain prinsip dan implementasi dari Siklusaplikasi diaktifkan pada suatu sistem komputasi yang besar, menggunakan HT UW-MadisonInfrastruktur HTC Condor untuk mempelajari kinerja DRE dan hasil. Untuk excukup, penyelidikan dari e ff ect solusi degenerasi, yang biasa diamatiFenomena di skenario dengan fasilitas individu dan dasar (misalnya, komoditashanya) preferensi de Definisi, dilakukan untuk siklus bahan bakar ff erent tiga di: sekalimelalui, siklus reaktor reaktor-termal cepat MOX, dan oksida MOX-thorium(ThOX) recycle dalam siklus reaktor reaktor-termal cepat. Coe tujuan koefisien FFIyang dihasilkan berdasarkan dua faktor: pasangan komoditas-fasilitas dan fasilitaslokasi. Populasi nilai yang mungkin dari pasangan komoditas-fasilitas

Page 8: Abs Trak

selalu kecil (O () 10). Ukuran populasi kemungkinan nilai dariLokasi e ff ect diselidiki untuk nilai nol, sepuluh, dan di fi nity (yaitu, nyatanomor). Studi ini tambahan termasuk penyelidikan masalah-skalaperilaku dalam rangka untuk mengukur besarnya dan tingkat-of-peningkatan DRE solution kali sebagai fungsi dari populasi simulasi-entitas untuk setiap siklus bahan bakar [35]. Secara total, Cyclopts telah menjalankan lebih dari 105 pekerjaan, yang terdiri dari lebih dari 60.000 menghitungjam. Infrastruktur HTC telah secara terpisah dimanfaatkan untuk menjalankan dan mengumpulkan informasi dari Siklus simulasi penuh berjalan secara paralel pada 103 mesin andal untuk pesanan 105 simulasi.

2.1.2. Dinamis loadable PerpustakaanArsitektur Siklus mendorong e FFI efisien, kontribusi ditargetkan untukekosistem pola dasar perpustakaan. Dengan Siklus, seorang peneliti dapat fokus pada generating model pola dasar dalam lingkup keahlian mereka sementara mengandalkankontribusi orang lain untuk mengisi di teknologi lainnya dalam simulasi. Similarly, pengembang individu mungkin mengeksplorasi tingkat di ff erent kompleksitas dalamarketipe mereka, termasuk pembungkus alat simulasi lainnya seperti perpustakaan loadabledalam Siklus.Cyclus mencapai perilaku ini dengan menerapkan API generik dan modulararsitektur melalui suite dinamis loadable plug-in perpustakaan (foto diGambar 1). Dengan mengantisipasi kelas mungkin informasi yang dibutuhkan olehkernel simulasi, API Siklus memfasilitasi informasi lewat antaraplug-in agen dan kerangka inti. Meskipun umum dalam perangkat lunak modernarsitektur, paradigma plug-in seperti sebelumnya belum pernah dilaksanakan dibahan bakar nuklir siklus simulator. Hal ini memungkinkan kerangka inti Siklus untuk mengoperasikanindependen dari plug-in perpustakaan, dan dinamis loadable plug-inmenjadi mekanisme utama untuk memperluas kemampuan Siklus 'independendari inti.Tambahan manfaat t adalah kemampuan untuk kontributor untuk memilih di ff dis erenttribution dan lisensi strategi untuk kontribusi mereka. Pengguna dan pemodelmengontrol aksesibilitas arketipe mereka dan set data (Lihat Gambar 2). Ditertentu, karena bersih plug-in beban arsitektur perpustakaan tanpa mod apapuni fi kation ke kernel Siklus, ditutup-sumber arketipe dapat digunakan dengansimulator bersama arketipe open source tanpa transfer infor sensitifmation. Arsitektur ini memungkinkan sumber tertutup perpustakaan (misalnya, mereka mewakiliproses nuklir sensitif dan tunduk pada kontrol ekspor) untuk dikembangkan danberlisensi pribadi.Akhirnya, perpustakaan dinamis loadable memungkinkan Siklus untuk dengan mudah menangani beragaming tingkat kompleksitas simulasi. Oleh karena itu mesin simulasi tunggal dapat

Page 9: Abs Trak

Gambar 1: Siklus inti menyediakan API yang abstrak pergi rincian dalam kernel danmemungkinkan arketipe yang akan dimuat ke dalam simulasi secara modular.

Gambar 2: Siklus Kerangka memungkinkan sepenuhnya terbuka, sebagian terbuka, dan tertutup sepenuhnyakolaborasi [36].

digunakan oleh kedua pengguna yang tertarik pada pertanyaan kebijakan gambaran besar serta penggunaberfokus pada analisis teknis rinci. Mereka hanya memilih tingkat yang mereka sukaipemodelan mendalam dari antara perpustakaan yang tersedia dalam ekosistem.

2.2. Paradigma berbasis agenCyclus mengimplementasikan paradigma pemodelan berbasis agen. ABM memungkinkanpengembangan model berlangsung di tingkat agen daripada tingkat sistem. Dibahan bakar konteks siklus nuklir, misalnya, seorang analis dapat merancang agen reaktoryang sepenuhnya independen dari agen fabrikasi bahan bakar. Mendefinisikan perilakukedua agen sesuai dengan kontrak API adalah su FFI sien bagi mereka untuk berinteraksidengan satu sama lain sebagai bona fi de agen dalam simulasi. Kedua pola dasarperpustakaan dapat digunakan dalam simulasi yang sama tanpa pengetahuan bersama, alpemodel melenguh untuk membangun simulasi dari blok bangunan dari berbagai jenisdan asal.Selain itu, paradigma ABM lebih unggul sistem ap dinamisproach digunakan dalam simulator saat ini. Dinamika sistem adalah pendekatan populer untukpemodelan siklus bahan bakar nuklir [37, 23, 13, 24]. Secara formal Namun, dinamika sistemmodel hanya subset ketat model berbasis agen [3]. Artinya, sistem apapundinamika model dapat diterjemahkan ke dalam model berbasis agen. Teknik ABMOleh karena itu memungkinkan lebih luas simulasi dengan cara yang lebih generik.

Page 10: Abs Trak

2.2.1. Agen PertukaranABM adalah inheren berorientasi objek karena agen mewakili diskrit, independently bertindak benda. Gambar 1 menggambarkan sifat modular dari Siklusarketipe. Inti dari simulator Siklus menciptakan satu set kelas yangagen plug-in berbasis. Agen plug-in memanfaatkan API inti generik yang defi ne agen-to-agen interaksi serta interaksi agen-to-lingkungan. UntukMisalnya, mereka menggunakan paradigma pertukaran sumber daya API untuk sumber perdagangandengan satu sama lain. Untuk pengembang pola dasar, antarmuka ini menyediakan enordaya MoU sangat sederhana. API abstrak jauh rinci yang tidak perlu sementaramenyediakan semua fungsi yang diperlukan untuk berinteraksi dengan Simula Sikluskernel tion. Untuk pengguna, beberapa arketipe yang mewarisi API yang samadipertukarkan dalam simulasi.Kritis, fungsi novel ini memungkinkan perbandingan antara agenimplementasi. Sebagai contoh, suatu pola dasar yang mewarisi antarmuka Daerah,seperti pada Gambar 3, adalah dipertukarkan dengan agen Region lainnya.

Gambar 3: Mewarisi Siklus antarmuka kelas, seperti Agen, Fasilitas, Lembaga, danKelas daerah, abstrak pergi rincian yang tidak perlu sementara memperlihatkan fungsi yang kuat. dicontoh di atas, pola dasar Dummy hanya mewarisi dari Daerah agar menjadibona fi de Daerah-jenis Agent.Dengan cara ini, peneliti dapat langsung membandingkan dua di implementasi pemodelan reaktor ff erent (mungkin kelas imajiner lengkap Reaktor danCukup Reaktor) hanya dengan bertukar dua arketipe yang sesuai. bahwaadalah, dua arketipe reaktor kedua mewarisi dari kelas Fasilitas yang indistinguishable dari perspektif simulasi. Hal ini dapat dilakukan dengan jenis agen,di mana agen bisa "Daerah," "Lembaga," atau "Fasilitas."

2.2.2. Daerah, Lembaga, dan FasilitasCyclus memberikan representasi novel entitas dalam siklus bahan bakar nukliryang mencerminkan realitas di tenaga nuklir internasional: fasilitas menerapkanteknologi individu siklus bahan bakar, institusi pengelola fasilitas tersebut, dan regions menyediakan konteks geografis dan politik bagi lembaga dan fasilitas.Sementara beberapa simulator telah tersedia setiap gagasan statis daerah e ff ects [2, 31],Cyclus memungkinkan untuk kedua daerah dan lembaga untuk menjadi agen pertama-kelas di simusiklus bahan bakar lated. Interaksi mendasar untuk setiap entitas diimplementasikandi kelas pola dasar yang sesuai dalam Siklus, yaitu, kelas Region, Institukelas tion, dan kelas Fasilitas. Pengembang pola dasar kemudian dapat membangundisediakan fungsi dengan mewarisi dari kelas yang sesuai. Cyclus impleKASIH sebuah Daerah-Lembaga-Facility (RIF) hubungan melalui orangtua-anakhierarki di mana daerah adalah orang tua dari lembaga yang, pada gilirannya, yangorang tua dari fasilitas. Dengan kata lain, hirarki RIF membentuk asiklik diarahkanGrafik (DAG), dengan daerah sebagai node akar dan fasilitas sebagai node daun.

Page 11: Abs Trak

Dua konsekuensi utama timbul dari struktur ini. Pertama, lembaga yangnominal bertanggung jawab untuk menyebarkan dan fasilitas dekomisioning. Oleh karena itu,canggih logika mengenai bangunan dan dekomisioning dapat diimplementasikandi atas mereka perilaku yang diwarisi dari antarmuka Lembaga. Kedua,Fasilitas kelas mengimplementasikan antarmuka Trader untuk berpartisipasi dalam sumber dayapertukaran, dan lembaga-lembaga dan daerah, masing-masing, dapat menyesuaikan sumber daya aliranpreferensi fasilitas mereka berhasil. Yang penting, kemampuan ini memungkinkan untukpemodelan perdagangan preferensial regional sumber daya (misalnya, tari ff s) sertasebagai perdagangan institusional preferensial (misalnya, jangka panjang-kontrak).

2.3. Objek diskritFasilitas cyclus model, lembaga, wilayah, dan sumber daya sebagai ob diskritjects. Sebuah model sumber daya diskrit memungkinkan untuk berbagai model granularity. Diekstrim makroskopik, itu setara dengan waktu-melangkah terus menerus mengalir. Diekstrim mikroskopis, model ini mampu mewakili sewenang-wenang kecilBahan objek pada resolusi isotop. Dengan cara ini, Siklus berlaku di seluruhberbagai pemodelan fi delity.Armada berbasis, model disamakan-bahan tidak membedakan antara fa diskritentitas cility atau bahan. Namun, beberapa pertanyaan memerlukan resolusi padatingkat fasilitas dan bahan individu. Akibatnya, banyak perfor rincimetrik Mance tidak dapat ditangkap dengan fl model berbasis armada yang sudah ada sebelumnya.Untuk semua alasan bahwa paradigma ABM di 2,2 memungkinkan simulasi baru,beberapa kasus penggunaan mengharuskan agen ini, seperti daerah, lembaga,dan fasilitas di Siklus, harus direpresentasikan sebagai objek diskrit. Contohnya,pelacakan pengiriman individu hanya layak jika bahan dan sumber daya yangdilacak sebagai objek diskrit.

2.3.1. Sumber dan BahanLain halnya seperti penggunaan berusaha untuk menangkap sistem kerentanan terhadap materipengalihan. Asal dan perdagangan-sejarah bahan yang berbeda adalah dasarUnit informasi dalam studi tersebut, dan jenis analisis membutuhkan diskritsimulasi dari fasilitas target dan individu bahan dimodifikasi di dalamnya.Analisis risiko material, oleh karena itu, menuntut agar kedua fasilitas dan bahanharus discretely model objek seperti di Siklus.Dalam Siklus, agen dapat mentransfer benda sumber daya diskrit antara satu sama lain.Cyclus mendukung dua jenis sumber:• bahan: ini mewakili bahan nuklir yang khas dengan composi nuklidations;• produk: ini dapat mewakili setiap user-de fi ned ukuran: kredit karbon,membangun izin, karyawan, dll ..

Semua operasi yang dilakukan pada setiap objek sumber daya (membelah, menggabungkan, decay, dll) dilacak secara rinci karena mereka dilakukan. Informasi ini mencakupagen yang menciptakan setiap sumber daya ketika diperkenalkan ke dalam simulasi.Tetua setiap sumber daya juga dilacak. Hal ini memungkinkan untuk mengikutisejarah sumber daya seperti yang ditransfer antara agen.The Siklus kernel telah built-in dukungan eksperimental untuk perhitungan pembusukan.Bahan menyimpan waktu sejak pembusukan dan agen terakhir mereka bebas untuk memohon

Page 12: Abs Trak

Fungsi pembusukan pada mereka seperti yang diinginkan membusuk mereka untuk waktu simulasi saat ini.Cyclus saat dapat beroperasi dalam 3 mode peluruhan, dengan 1 modus tambahan mungkinyang akan ditambahkan di masa mendatang:• "manual" (saat ini dilaksanakan) adalah modus default di mana agen pembusukanbahan ketika diminta oleh pola dasar,• "tidak pernah" (saat ini dilaksanakan) ternyata secara global o ff semua pembusukan. BahanFungsi peluruhan tidak apa-apa,• "malas" (saat ini dilaksanakan) meluruh bahan secara otomatis setiap kalikomposisi diamati (misalnya ketika agen query informasi tentang material 239Pu konten),• "periodik" (masa depan) secara otomatis meluruh semua bahan dalam simulasi denganbeberapa frekuensi yang tetap.Ketika pembusukan dipanggil, sebuah pemeriksaan bahan untuk melihat apakah mengandung nuklidadengan konstanta peluruhan yang signifikan terhadap perubahan waktu sejakoperasi pembusukan terakhir. Jika tidak ada konstanta peluruhan adalah signifikan, tidak ada kerusakanPerhitungan dilakukan dan materi tetap tidak berubah. Kesalahan ini tidaktidak menumpuk karena pada saat fungsi pembusukan material dipanggil,perubahan waktu akan lebih besar.Cyclus tidak memiliki gagasan "dilacak" versus "tidak terlacak" nuklida. Di Cyclus, komposisi material diwakili oleh daftar sewenang-wenang besar(berpotensi ribuan) nuklida. Agen bebas untuk mengobati nuklida inibahan cara apapun yang mereka menyenangkan - termasuk mengabaikan mereka. Ini adalah tanggung yangbility pengembang pola dasar untuk memilih bagaimana menangani berpotensi penuh fi delitykomposisi.Dalam simulasi besar, banyak benda materi mungkin sering berubah. Bahanpembusukan juga dapat berkontribusi secara signifikan terhadap perubahan tersebut. Untuk membantu menghindarikinerja runtime yang tidak perlu dan ukuran basis data dampak, komposisi diSiklus memiliki beberapa fitur khusus. Secara khusus, komposisi yang berubahsekali dibuat. Hal ini memungkinkan beberapa objek materi untuk memegang referensi kekomposisi yang sama dengan aman. Selain itu, komposisi baru yang dihasilkan dari pembusukancache dan digunakan untuk menghindari perhitungan kerusakan berlebihan. Gambar 4 mengilustrasikanbagaimana ini tembolok sejarah pembusukan bekerja. Komposisi kekekalan dalam konser dengansejarah pembusukan caching membantu menghilangkan banyak perhitungan berlebihan selainuntuk mengurangi jumlah entri komposisi dicatat dalam database.