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AbstractAbstract
[en] Modern nuclear reactors utilize core calculations that implement a thermo-hydraulic feedback requiring accurate homogenized few-group cross sections. They describe the interactions of neutrons with matter, and are endowed with the properties of smoothness and regularity, steaming from their underling physical phenomena. This thesis is devoted to the modeling of these functions by industry state-of-the-art and innovative machine learning techniques. Mathematically, the subject can be defined as the analysis of convenient mapping techniques from one multi-dimensional space to another, conceptualize as the aggregated sum of these functions, whose quantity and domain depends on the simulations objectives. Convenient is intended in terms of computational performance, such as the model's size, evaluation speed, accuracy, robustness to numerical noise, complexity, etc; always with respect to the engineering modeling objectives that specify the multidimensional spaces of interest. In this thesis, a standard UO2 PWR fuel assembly is analyzed for three state-variables, burnup, fuel temperature, and boron concentration. Library storage requirements are optimized meeting the evaluation speed and accuracy targets in view of microscopic, macroscopic cross sections and the infinite multiplication factor. Three approximation techniques are studied: The state-of-the-art spline interpolation using computationally convenient B-spline basis, that generate high order local approximations. A full grid is used as usually done in the industry. Kernel methods, that are a very general machine learning framework able to pose in a normed vector space, a large variety of regression or classification problems. Kernel functions can reproduce different function spaces using an unstructured support, which is optimized with pool active learning techniques. The approximations are found through a convex optimization process simplified by the kernel trick. The intrinsic modular character of the method facilitates segregating the modeling phases: function space selection, application of numerical routines and support optimization through active learning. Artificial neural networks which are 'model free' universal approximators able Artificial neural networks which are 'model free' universal approximators able to approach continuous functions to an arbitrary degree without formulating explicit relations among the variables. With adequate training settings, intrinsically parallelizable multi-output networks minimize storage requirements offering the highest evaluation speed. These strategies are compared to each other and to multi-linear interpolation in a Cartesian grid, the industry standard in core calculations. The data set, the developed tools, and scripts are freely available under a MIT license. (author)
[fr]
Pour estimer la repartition de la puissance au sein d'un reacteur nucleaire, il est necessaire de coupler des modelisations neutroniques et thermohydrauliques. De telles simulations doivent disposer des valeurs sections efficaces homogeneisees a peu de groupes d'energies qui decrivent les interactions entre les neutrons et la matiere. Cette these est consacree a la modelisation des sections efficaces par des techniques academiques innovantes basees sur l'apprentissage machine. Les premieres methodes utilisent les modeles a noyaux du type RKHS (Reproducing Kernel Hilbert Space) et les secondes par reseaux de neurones. La performance d'un modele est principalement definie par le nombre de coefficients qui le caracterisent (c'est-a-dire l'espace memoire necessaire pour le stocker), la vitesse d'evaluation, la precision, la robustesse au bruit numerique, la complexite, etc. Dans cette these, un assemblage standard de combustible UOX REP est analyse avec trois variables d'etat: le burnup, la temperature du combustible et la concentration en bore. La taille de stockage des bibliotheques est optimisee en cherchant a maximiser la vitesse et la precision de l'evaluation, tout en cherchant a reduire l'erreur de reconstruction des sections efficaces microscopiques, macroscopiques et du facteur de multiplication infini. Trois techniques d'approximation sont etudiees. Les methodes de noyaux, qui utilisent le cadre general d'apprentissage machine, sont capables de proposer, dans un espace vectoriel normalise, une grande variete de modeles de regression ou de classification. Les methodes a noyaux peuvent reproduire differents espaces de fonctions en utilisant un support non structure, qui est optimise avec des techniques d'apprentissage actif. Les approximations sont trouvees grace a un processus d'optimisation convexe facilite par 'l'astuce du noyau'. Le caractere modulaire intrinseque de la methode facilite la separation des phases de modelisation: selection de l'espace de fonctions, application de routines numeriques, et optimisation du support par apprentissage actif. Les reseaux de neurones sont des methodes d'approximation universelles capables d'approcher de facon arbitraire des fonctions continues sans formuler de relations explicites entre les variables. Une fois formes avec des parametres d'apprentissage adequats, les reseaux a sorties multiples (intrinsequement parallelisables) reduisent au minimum les besoins de stockage tout en offrant une vitesse d'evaluation elevee. Les strategies que nous proposons sont comparees entre elles et a l'interpolation multilineaire sur une grille cartesienne qui est la methode utilisee usuellement dans l'industrie. L'ensemble des donnees, des outils, et des scripts developpes sont disponibles librement sous licence MITOriginal Title
Amelioration du modele reconstruction des sections efficaces dans un code de calcul de neutronique a l'echelle coeur
Primary Subject
Secondary Subject
Source
3 Jul 2020; 184 p; 146 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Energie Nucleaire
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
Reference NumberReference Number
INIS VolumeINIS Volume
INIS IssueINIS Issue