Fluid activation is of critical importance to fusion power plant design, as it impacts dose rates to maintenance personnel and equipment, heating in sensitive components, and radionuclide inventories with implications for accident scenarios and waste. The levels of fluid activation in a system are dependent on the neutron flux spectrum and the exposure time of the fluid. Accurately modelling the fluid irradiation history for a pipe system requires computational fluid dynamics (CFD) to determine the residence time distribution (RTD) of fluid particles passing through each component. However, performing CFD on whole pipe systems can be computationally expensive which limits frequency of design iterations.To address this concern, a new code was developed: FARBASE (the Fluid Activation Residence time dataBASE). This paper details the development and functionality of FARBASE, focusing on its two key features:An automated CFD pipeline which accepts a parametric description of a pipe component under given flow conditions, generates the pipe geometry, runs a steady-state OpenFOAM simulation, and returns the resulting RTD.A Gaussian process regression (GPR) surrogate model which can be trained on the CFD database and queried to provide uncertainty quantified predictions of RTDs. Where the uncertainty of the GPR prediction exceeds a given threshold, FARBASE can automatically perform additional CFD to update the database, improving the accuracy of future predictions.Work is ongoing to utilise FARBASE in UKAEA’s GammaFlow fluid activation code, providing RTDs which are used to determine the production and decay rates of key radionuclides in each component of a basic water circuit. This will be extended in future to model benchmark experiments and validate the combined tool, which aims to provide an efficient and standardised approach to modelling activation in complex fluid circuits.
流体の放射化は、核融合発電所の設計において極めて重要である。なぜなら、それは保守要員および機器への線量率、敏感な構成要素における発熱、ならびに事故シナリオや廃棄物に影響を及ぼす放射性核種インベントリに影響を与えるからである。システム内の流体の放射化レベルは、中性子フラックススペクトルと流体の曝露時間に依存する。配管システムの流体照射履歴を正確にモデル化するには、各構成要素を通過する流体粒子の滞留時間分布（RTD）を決定するための計算流体力学（CFD）が必要である。しかしながら、配管システム全体に対してCFDを実行することは計算コストが高く、設計反復の頻度を制限する可能性がある。この問題に対処するため、新しいコードであるFARBASE（Fluid Activation Residence time dataBASE）が開発された。本論文は、FARBASEの開発と機能について詳述し、その2つの主要機能に焦点を当てている。所定の流れ条件下での配管構成要素のパラメトリック記述を受け取り、配管形状を生成し、定常状態のOpenFOAMシミュレーションを実行し、結果として得られるRTDを返す自動化CFDパイプライン。CFDデータベースで訓練され、問い合わせることでRTDの不確実性を定量化した予測を提供できるガウス過程回帰（GPR）サロゲートモデル。GPR予測の不確実性が所定のしきい値を超える場合、FARBASEは自動的に追加のCFDを実行してデータベースを更新し、将来の予測精度を向上させることができる。UKAEAのGammaFlow流体放射化コードでFARBASEを利用する作業が進行中であり、基本水回路の各構成要素における主要放射性核種の生成率と崩壊率を決定するために使用されるRTDを提供している。これは将来、ベンチマーク実験をモデル化し、組み合わせたツールを検証するために拡張される予定である。このツールは、複雑な流体回路における放射化をモデル化するための効率的かつ標準化されたアプローチを提供することを目指している。