Shield for Fusion (S4F): 核融合用途向け遮蔽キャビネットのニュートロニクス遺伝的アルゴリズム最適化の概念実証
Shield for Fusion (S4F): A Proof-of-Concept Neutronics Genetic Algorithm Optimization of Shielding Cabinets for Nuclear Fusion Applications
Shield for Fusion (S4F) は、核融合炉用途における放射線遮蔽設計の最適化のための計算フレームワークであり、OpenMCニュートロニクスシミュレーションと遺伝的アルゴリズム(GA)を使用しています。このフレームワークは、6種類の市販材料を用いた4層の遮蔽キャビネットを対象とし、密度補正係数を用いたテンプレートベースのアプローチにより10,000通りの構成を探索します。GAは、中性子束減衰、線量最小化、材料コスト、重量という競合する目的をバランスさせることで、約100回のシミュレーションで効率的に最適解に収束します。均一サンプリングと比較して、GAは減衰の改善とコストの削減を伴う高性能パラメータ領域を特定することで、優れた性能を示します。このフレームワークには、外部ユーザーが要求するターゲット性能基準に一致する構成を迅速に取得するための逆設計ツールが含まれており、現在、選択された中性子源スペクトルに対応しています。結果は、核融合遮蔽用途における効果的な多目的最適化を示しており、オープンソースコードは異なるシミュレーションセットアップへの適応が可能です。
- 核融合炉向け遮蔽キャビネットの最適化計算フレームワーク「Shield for Fusion (S4F)」が発表され、OpenMCニュートロニクスシミュレーションと遺伝的アルゴリズムを組み合わせて4層・6種類の市販材料からなる構成を10,000通り探索した。
- 中性子束減衰・線量最小化・材料コスト・重量という競合目的をバランスさせ、約100回のシミュレーションで最適解に収束。均一サンプリング比で減衰改善とコスト削減を実現した。
- 要求性能基準に合致する構成を迅速に得る逆設計ツールを実装し、オープンソースコードとして異なるシミュレーションセットアップへの適応を可能にした。
核融合炉の遮蔽設計をOpenMCと遺伝的アルゴリズムで最適化するオープンソース計算フレームワークの概念実証。約100回のシミュレーションで多目的最適解に収束し、逆設計ツールも備える点は、核融合開発における設計サイクル短縮・コスト低減の布石となり得る。ただし現段階では公開された研究用コードに留まり、商用炉や企業の調達・量産計画に直結する事象は含まれないため、投資判断では核融合サプライチェーンの設計ツール標準化の動きとして長期的に注視する位置づけ。