Modelo computacional paralelo baseado em GPU para cálculo em tempo real da dispersão atmosférica de radionuclídeos nas vizinhanças de uma central nuclear

• Main Authors: Santos, Marcelo Carvalho dos, Instituto de Engenharia Nuclear
• Other Authors: Pereira, Claudio Marcio do Nascimento Abreu
• Language: Portuguese
• Published: Instituto de Engenharia Nuclear 2018
• Subjects: Dispersão atmosférica de radionuclídeos; GPU; Computação paralela
• Online Access: http://carpedien.ien.gov.br:8080/handle/ien/2466

Submitted by Almir Azevedo ([e-mail]) on 2018-06-18T12:49:30Z No. of bitstreams: 1 dissertação mestrado ien 2018 Marcelo Carvalho dos Santos.pdf: 1995714 bytes, checksum: c266af485c05060099f19eea81c1d8c6 (MD5) === Made available in DSpace on 2018-06-18T12:49:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertação mestrado ien 2018 Marcelo Carvalho dos Santos.pdf: 1995714 bytes, checksum: c266af485c05060099f19eea81c1d8c6 (MD5) Previous issue date: 2018-03 === Uma estimativa rápida e precisa da dispersão atmosférica de radionuclídeos (DAR) é de fundamental importância para o apoio a decisão em casos de acidentes com liberação de materiais radioativos em uma central nuclear. Com o objetivo de aperfeiçoar o sistema de dispersão atmosférica de radionuclídeos (SDAR) da Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto (CNAAA), foi proposto um refinamento nos cálculos dos modelos físicos envolvidos. No entanto, o refinamento desejado impõe um grande aumento no custo computacional, fazendo com que os computadores atuais necessitem de um tempo proibitivo para processar os cálculos, impossibilitando a execução do sistema em tempo real. Sendo assim, a fim de acelerar a execução deste sistema e permitir o seu uso efetivo na previsão de DAR em tempo real, é proposta uma abordagem utilizando computação paralela baseada em unidades de processamento gráfico (GPU). Essencialmente, o SDAR usado na CNAAA consiste em quatro módulos (programas) principais: Termo Fonte, Campo de Vento, Dispersão de Pluma e Dose, e Projeção. Este trabalho centra-se no desenvolvimento de uma versão paralela baseada em GPU do módulo Dispersão de Pluma e Dose, com foco no cálculo da dispersão. O módulo Dispersão de Pluma usa um modelo tridimensional de bufadas com trajetória lagrangeana e difusão gaussiana para realizar os cálculos do transporte e difusão de radionuclídeos na atmosfera. Devido às restrições do programa original, uma versão sequencial atualizada foi desenvolvida e utilizada como base para a implementação de um novo algoritmo paralelo baseado em GPU. O programa paralelo foi projetado usando a linguagem de programação C e o Compute Unified Device Architecture (CUDA), em conjunto com técnicas de programação paralela. Como resultado, o tempo de execução de uma simulação do modelo do transporte e difusão de radionuclídeos refinado diminuiu de 2498,59 s (executado em uma CPU Intel-Core I5 7500) para 67,91 s (rodando em uma GPU GTX-1070). Aqui, as questões mais importantes da implementação paralela, bem como os resultados comparativos são apresentados e discutidos. === A fast and accurate estimate of the atmospheric dispersion of radionuclides (ADR) is of fundamental importance for support the decisions in cases of accidents involving the release of radioactive materials at a nuclear power station. Aiming to improve the atmospheric dispersion of radionuclides system (ADRS) of the Almirante Álvaro Alberto Nuclear Power Plant (CNAAA), a refinement was proposed in the calculations of the physical models involved. However, the desired refinement imposes a large increase in computational cost, making current computers need a prohibitive time to process the calculations, making it impossible to run the system in real time. Therefore, in order to accelerate the execution of this system and to allow its effective use in predicting real-time ADS, an approach using parallel computation based on GPUs is proposed. Essentially, the ADRS used in the CNAAA consists of four main calculation modules (programs): Source Term, Wind Field, Plume Dispersion and Dose, and Projection. This work focuses on the development of a parallel version based on the GPU of the Plume Dispersion and Dose module, with focus on the dispersion calculation. The Plume Dispersion and Dose module uses a three-dimensional model of lagrangian trajectory and Gaussian diffusion to perform calculations of the transport and diffusion of radionuclides into the atmosphere. Due to the constraints of the original program, an updated sequential version was developed and used as the basis for the implementation of a new GPU-based parallel algorithm. The parallel program was designed using the C programming language and the Compute Unified Device Architecture (CUDA), in conjunction with parallel programming techniques. As a result, the runtime of a refined dispersion model simulation decreased from 2498.59 s (running on an Intel-Core I5 7500 CPU) to 67.91 s (running on a GTX-1070 GPU). Here, the most important issues of parallel implementation as well as comparative results are presented and discussed.