Parallel particle swarm optimization algoritms in nuclear problems

Particle Swarm Optimization (PSO) is a population-based metaheuristic (PBM), in which solution candidates evolve through simulation of a simplified social adaptation model. Putting together robustness, efficiency and simplicity, PSO has gained great popularity. Many successful applications of PSO are reported, in which PSO demonstrated to have advantages over other well-established PBM. However, computational costs are still a great constraint for PSO, as well as for all other PBMs, especially in optimization problems with time consuming objective functions. To overcome such difficulty, parallel computation has been used. The default advantage of parallel PSO (PPSO) is the reduction of computational time. Master-slave approaches, exploring this characteristic are the most investigated. However, much more should be expected. It is known that PSO may be improved by more elaborated neighborhood topologies. Hence, in this work, we develop several different PPSO algorithms exploring the advantages of enhanced neighborhood topologies implemented by communication strategies in multiprocessor architectures. The proposed PPSOs have been applied to two complex and time consuming nuclear engineering problems: i) reactor core design (CD) and ii) fuel reload (FR) optimization. After exhaustive experiments, it has been concluded that: i) PPSO still improves solutions after many thousands of iterations, making prohibitive the efficient use of serial (non-parallel) PSO in such kind of realworld problems and ii) PPSO with more elaborated communication strategies demonstrated to be more efficient and robust than the master-slave model. Advantages and peculiarities of each model are carefully discussed in this work

THEWASP Library Thermodynamic Water & Steam Properties Library in GPU.

In this paper we present a new library for thermodynamic evaluation of water properties, THEWASP. This library consists of a C++ and CUDA [13] based programs used to accelerate a function evaluation using GPU and GPU clusters. Global optimization problems need thousands of evaluations of the objective functions to find the global optimum implying in several days of expensive processing. This problem motivates us to seek a way to speed up our code, as well as to use MPI on Beowulf clusters [5] [17], which however increases the cost in terms of electricity, air conditioning and others. The GPU based programming can accelerate the implementation up to 100 times[7] and help increase the number of evaluations in global optimization problems using, for example, the PSO[8] or DE[15] Algorithms. THEWASP is based on Water-Steam formulations publish by the International Association for the properties of water and steam, Lucerne - Switzerland[2] [16], and provides several temperature and pressure function evaluations, such as specific heat, specific enthalpy, specific entropy and also some inverse maps. In this study we evaluated the gain in speed and performance and compared it a CPU based processing library

Desenvolvimento de um algoritmo genético paralelo utilizando MPI e sua aplicação na otimização de um projeto neutrônico.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um algoritmo genético paralelo [1] distribuído aplicado a otimização de um projeto neutrônico. Para a implementação do paralelismo, utilizou-se a biblioteca “Message Passing Interface” (MPI) [2], padrão para computação paralela em ambientes de memória distribuída com intercambiamento de mensagens. Outra característica importante do MPI é sua portabilidade para qualquer arquitetura. Como principais objetivos deste artigo têm-se: i) validação dos resultados obtidos pela aplicação deste algoritmo na otimização de um projeto neutrônico, através de comparações com resultados apresentados na literatura. [3][4] e ii) teste de performance do cluster do Instituto de Engenharia Nuclear (IEN) [5] em problemas de otimização aplicados ao cálculo de física de reatores. Os experimentos demonstraram que o algoritmo genético paralelo utilizando a biblioteca MPI, implantado no cluster do IEN, apresentou ganhos significativos nos resultados obtidos, bem como no tempo de processamento. Tais resultados ratificam a utilização do cluster do IEN com algoritmos genéticos paralelos para resolução de problemas de otimização de projetos neutrônicos

Estudo de parâmetros celulares relativos à determinação do coeficiente de vazio do sódio em reatores a nêutrons rápidos

Apresenta a revisão de conceitos termo-hidráulicos objetivando à determinação da distribuição de temperatura (T) em um reator a nêutrons rápidos de potência, fase preliminar de projeto para o conhecimento preciso da variável T como dado de entrada para o cálculo celular. Desenvolve-se um estudo sistemático de cálculo espectral em meio infinito homogêneo. tomando como variável a concentração de sódio no reator. Enfim, propõe-se uma formulação aproximada para o cálculo da variação local do efeito em reatividade do vazio de sódio, complementada por uma série de sugestões visando futuros cálculos

Metodologia de simulação neutrônico-termodinâmica para reatores rápidos

Visando a otimização geral de projeto, queima controlada e remanejamento de combustível, desenvolvemos um simulador neutrônico-termodinâmico, SIRZ, que além de suficientemente preciso, propicia, já no cálculo de partida, uma economia de 75% em termos de tempo de processamento, quando comparado ao mesmo cálculo realizado com o código CITATION. A metodologia de calculo do SIRZ baseia-se na determinação do estado bi ou tridimensional a partir de cálculos unidimensionais interativamente acoplados, com seções de choque microscópicas (ou macroscópicas) corrigidas com o estado neutrônico-termodinâmico, a partir de um modelo simplificado de realimentação adequado ao simulador. Testamos a efetividade deste sistema de simulação através da realização de cálculos perturbativos, aplicados a reatores rápidos, que produziram erros menores do que 1% em todas as componentes do estado de referência obtido pelo código CITATION. Em vista destes resultados, estamos certos de que, embora com algumas limitações para as quais são sugeridas possíveis soluções, o simulador SIRZ se constituirá na peça fundamental do sistema de otimização de projetos que desejamos construir

Utilização do conceito heterogêneo axial aplicado ao reator super Phénix

Always maintaining the current design rules, this paper presents a parametric study on the type of axial heterogeneous core concept (CHA), utilizing a core of fast reactor "Super Phénix" type, reaching a maximum thermal burnup rate of 150000 MWd/t and being managed in single batch.Neste trabalho, utilizando-se como referência o núcleo de um reator a nêutrons rápidos do tipo Super Phénix (Super Phénix 2), que possui uma taxa de combustão de 150000 MWd/t, em freqüência l (renovação do combustível em uma só vez para todo os conjuntos combustíveis do núcleo), é efetuado um estudo paramétrico sobre o conceito heterogêneo axial CHA, mantendo-se constante as regras de dimensionamento do núcleo