امروزه در جهان نيروگاه هاي هسته اي سهم بسزايي در توليد و تامين انرژي الكتريكي مورد نياز دارند. قلب راكتور، يكي از مهمترين قسمتهاي يك نيروگاه هسته اي به شمار مي آيد كه فرايند توليد انرژي وانتقال آن به خنك كننده راكتور جهت توليد انرژي الكتريكي در اين قسمت صورت مي گيرد. به منظور طراحي قلب راكتور، نيازمنديم رفتار نوتريك قلب را مورد بررسي قرار دهيم. تخمين مقدار پارامترهايي مانند ميران بحرانيت راكتور (ضريب تكثير موثر)، شار و توان مجتمع هاي سوخت، در فرايند طراحي قلب راكتور امر اجتناب ناپذير و بسيار با اهميت مي باشد. كدهاي محاسبات نوتريك قلب راكتور، بمنظور محاسبه توزيع نوترون در قلب و پيش بيني مقدار ضريب تكثير موثر، از حل معادله ترابرد نوترون و در تقريب ساده تر، معادله پخش نوترون بهره مي گيرند. بمنظور حل معادله پخش نوترون در هندسه مورد نظر قلب راكتور، از روشهايي مانند اختلاف محدود، المان محدود و نودال مي توان استفاده كرد. يكي از روشهاي حل نودال، روش بسط شار مي باشد كه شامل جريان هاي متوسط، شار متوسط، شار نقطه اي و جريان نقطه اي است. در روش هاي نودال بسط شار، با در نظر گرفتن توزيع شار در هر نود بصورت مجموع عبارتهاي چند جمله اي درجه دو و بالاتر، معادله پخش نوترون حل مي گردد. ضرايب مجهول بسط شار انتخابي، از طريق تعريف شار متوسط /نقطه اي هر نود و شار يا جريان هاي متوسط/ نقطه اي سطوح آن حاصل گرديده، و با اعمال شرايط پيوستگي شار و جريان در سطوح مشترك نودها بصورت متوسط / نقطه اي، معادلات جفت شده حل مي گردند. در اين طرح، پكيج محاسباتي نوتريك قلب راكتور در هندسه سه بعدي و در حالت چندگروهي و مستقل از زمان با استفاده از روش نودال بسط شار، بمنظور مقايسه روشهاي مذكور و استفاده آنها در آناليز نوتريك قلب راكتورهاي هسته اي تهيه و مورد استفاده قرار گرفته است. در محاسبات استاتيكي و خصوصا ديناميكي قلب راكتور و همچنين محاسبات بهينه سازي چيدمان مجتمع هاي سوخت در قلب، زمان محاسبات بسيار با اهميت مي باشد. در روشهاي نودال، امكان محاسبات با مشهاي بزرگ حتي در حد ابعاد يك مجتمع سوخت با حفظ دقت كافي، امكان پذير مي باشد كه اين خود باعث كاهش تعداد مجهولات و متعاقبا اجراي كد مي گردد. اين امر باعث مفيد و پرصرفه بودن استفاده از اين روش در طراحي نوترونيك قلب راكتورهاي هسته اي در حال طراحي بومي مي گردد كه مي تواند به صورت كارا و موثر در صنعت هسته اي بومي كشور مورد استفاده قرار گيرد. در بعد تحقيقاتي نيز، استفاده از روش هاي مختلف در اين پكيج، از نظر مقايسه نتايج وميزان سرعت همگرايي روش ها مي تواند مفيد واقع گردد و با توجه به محدوديتهاي موجود در دسترسي به كدهاي محاسباتي خارجي، از اين طريق نيز نيازمنديهاي داخلي در اين زمينه مرتفع مي گردد.

قلب راكتور يكي از مهمترين قسمتهاي نيروگاه هسته اي به شمار مي آيد. زيرا انرژي گرمايي مورد نياز جهت توليد انرژي الكتريكي در اين قسمت مهيا مي گردد در حقيقت اين انرژي از برخورد نوترون با هسته هاي سوخت شكاف پذير و متعاقبا عمل شكافت اين هسته ها توليد مي گردد. پس نحوه چيدمان اين مجتمع هاي سوخت در يك قلب راكتور هسته اي امري با اهميت و در عين حال پيچيده است. هدف از مديريت سوخت در يك راكتور هسته اي تعيين الگويي براي چينش مجتمع هاي سوخت هسته اي است به نحوي كه بتوان بيشترين توان را بدون تخطي از محدوديت هاي ايمني توليد كرد. يكي از مهمترين معيارهاي بهينه سازي چيدمان مجتمع هاي سوخت در راكتور يكنواخت كردن توزيع شار و به دنبال آن توان توليدي از مجتمع هاي سوخت مي باشد. بدين منظور تابعي را بر حسب مقادير توان مجتمع هاي سوخت تعريف مي كنند كه هر چه مقدار اين تابع كوچكتر باشد هدف طراح از يكنواخت كردن توان توليدي سوختها بيشتر تامين گرديده است. پس يكي از اهداف اصلي مديريت سوخت مي توان حداقل كردن مقدار اين تابع باشد يعني چيدمان بهينه سوخت در راكتور چيدماني است كه با استفاده از مقادير توان حاصله مقدار تابع مورد نظر حداقل گردد. در علم مهندسي از روشهاي متعددي جهت محاسبات بهينه سازي مقادير توابع استفاده شده است ار روشهاي جديد مي توان مجموعه روش هاي بهينه سازي مقادير توابع استفاده شده است. از روشهاي جديد مي توان مجموعه روش هاي بهينه سازي جستجوي هارموني Harmony search را نام برد كه خود شامل روشهايي مانند: classical Harmony search و Global-best Harmony Search و Differential Harmony Search مي باشد. تاكنون اين روش ها در صنعت هسته اي و بطور خاص در محاسبات بهينه سازي چيدمان مجتمع هاي سوخت مورد استفاده قرار نگرفته است. در اين طرح ما موفق به استفاده و بكارگيري اين روشها در مديريت سوخت راكتورهاي هسته اي گرديده و بدين منظور يك پكيج محاسباتي جهت دستيابي به چيدمان بهينه مجتمع هاي سوخت در قلب راكتور تهيه و نتايج آن نيز ارائه گرديده است. اين پكيج داراي دو كد محاسباتي است يعني كد محاسباتي بهينه سازي تابع مورد نظر Fitness Function با استفاده از مجموعه روش هاي بهينه سازي جستجوي هارموني Harmony search و همچنين كد محاسباتي نوترونيك قلب راكتور با استفاده از روش نودال بسط شار جريان متوسط مرتبه دوم كاربرد اين پكيج محاسباتي در طراحي و بهينه سازي چيدمان مجتمع هاي سوخت در قلب راكتورهاي بومي هسته اي در حال طراحي مي باشد. سرعت همگرايي روش بهينه سازي جستجوي هارموني و محاسبات قلب با استفاده از روش نودال بسط شار (توضيح در بخش توصيف نامه) باعث بالا رفتن ميزان صرفه زماني با حفظ دقت كافي و كارايي موثر آن در صنعت هسته اي بومي كشور مي گردد.

ستون تقطير از اجزاي حياتي در پالايشگاه نفت ، پتروشيمي، تاسيسات فرآوري گازها و كارخانه هاي صنايع شيميايي است. عملكرد چنين كارخانه هاي صنعتي بستگي به توانايي عملكرد پيش بيني شده براي اين ستون ها دارد. در شرايط غير طبيعي، ممكن است يك يا چند اختلال در عملكرد رخ دهد. اين اختلال در عملكرد را مي توان به سه دسته طبقه بندي كرد: اختلالات مكانيكي، اختلالات سرعت جريان و اختلال در فرآيند. اختلال مكانيكي شامل مواردي نظير جابجايي يا معيوب شدن سيني هاي ستون، خوردگي سيني، خميدگي يا سقوط سيني ها و جابجا شدن پخش كننده سيال و بخار در درون ستون است.اختلال در سرعت جريان شامل كاهش و يا تشديد جريان خارج شده از دهانه افشانه ، خشك شدن سيني و يا گرفتگي و رسوب در سيني هاست. همچنين اختلال در فرآيند نيز شامل ايجاد كف در سيني، بروز مشكل در متراكم كننده و توزيع نامطلوب بخار و سيال در ستون است. در اين راستا و براي تشخيص چنين اختلالهايي در عملكرد يك ستون تقطير مي توان تكنيك اسكن با استفاده از پرتوهاي گاما را بكار گرفت. در اين روش، پرتوهاي گاماي يك چشمه راديو ايزوتوپي پس از عبور از ديواره ستون تقطير و لايه ها و مواد موجود در مسير، تضعيف شده و در آشكارسازي كه در سمت مقابل چشمه قرار گرفته است ثبت مي شوند. با اسكن ارتفاع ستون توسط مجموعه چشمه و آشكارساز يك نمودار شار گاما بر حسب ارتفاع حاصل خواهد شد. چنانچه اين نمودار را با نمودار از قبل گرفته شده از يك ستون سالم و بدون عيب مقايسه نماييم، تغيير در ميزان تضعيف شار گاما وجود اختلال را نشان مي دهد. در اين سيستم، الكترونيك پردازش از اهميت زيادي برخوردار است بطوريكه با طراحي الكترونيك مناسب مي توان دقت، سرعت عملكرد را افزايش داده و حجم كل دستگاه را براي كاربردهاي مختلف كوچكتر نمود. در بخش طراحي، كد مونت كارلوي MCNP4C براي شبيه سازي دستگاه بر اساس عبور يا پراكندگي پرتو، مورد استفاده قرار گرفته است. نتايج شبيه سازي مونت كارلو نشان مي دهد كه روش پرتوهاي عبوري در مقايسه با تكنيك پرتوهاي پس پراكندگي، از حساسيت بيشتري برخوردار است. با استفاده از نتايج شبيه سازي و محاسبات مربوط به قدرت (اكتيويته) چشمه، دستگاه نهايي در محيط آزمايشگاه ساخته شده و مورد آزمايش قرار گرفت. اين دستگاه شامل يك چشمه راديو اكتيو سزيم-137 با انرژي گاماي گسيلي keV662 و اكتيويته 8 ميلي كوري، يك آشكارساز سوسوزن يدور سديم با ابعاد 3×3 اينچ (62/7× 62/7 سانتيمتر) و سيستم الكترونيك و پردازش مربوطه مي باشد. سيستم مذكور بر روي يك نمونه كوچك از ستون تقطير به ارتفاع 5/1 متر و قطر 50 سانتي متر كه شامل 4 عدد سيني است، آزمايش گرديد. نتايج حاصل از آزمايش دستگاه نشان مي دهد كه با اين سيستم مي توان با دقت 5/0± سانتيمتر، مكان قرارگيري سيني ها و خرابي هاي احتمالي را بدون نياز به دسترسي به درون ستون، تشخيص داد.