Минимизация дозовых затрат персонала с использованием маршрутной оптимизации

Основные принципы радиационной безопасности, в особенности принцип оптимизации, обеспечивают защиту персонала от ионизирующего излучения на основных стадиях жизненного цикла атомных электрических станций, от проектирования до этапа вывода из эксплуатации. В 2007 г. Международная комиссия по радиологической безопасности (МКРЗ) выпустила рекомендации (Публикация 103), которые усиливают значимость оптимизации радиационной защиты, распространяя успешный опыт внедрения этого требования в практику, включая ситуации планируемого облучения. Проведение эксплуатирующей организацией АЭС России (АО «Концерн Росэнергоатом») последовательной политики, направленной на внедрение и реализацию методологии оптимизации радиационной защиты, в целом на всех АЭС, начиная с 1996 г. (переход на новые дозовые пределы), привело к снижению коллективных доз облучения персонала примерно в 4 раза. Методика работы по оптимизации радиационной защиты персонала АЭС включает в себя: критический подход к организационным и техническим мероприятиям при производстве работ, дезактивацию и выполнение необходимых переключений, проведение измерений радиационной обстановки, снижение продолжительности работ в условиях облучения. Целью представленных в статье исследований является разработка программной системы, позволяющей формировать маршруты перемещения персонала с минимальной суммарной дозовой нагрузкой в помещениях с неоднородными радиационными полями. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: анализ проблемы планирования безопасного перемещения в радиационно-опасных зонах; построение математической модели радиационного поля методом радиальных базисных функций (RBF, Radial Basis Functions); разработка алгоритмов поиска оптимального пути с учетом переменной дозовой нагрузки (A*, A-star, динамическое программирование). В статье представлены варианты решения задачи минимизации дозовых затрат персонала применительно к реальному радиационно-опасному помещению АЭС с помощью математических методов маршрутной оптимизации. Описаны основные этапы разработки алгоритма, позволяющего автоматически формировать оптимальные маршруты с учетом неоднородности радиационной обстановки в пространстве, размеров помещения и расположения в нем оборудования и других элементов. Научная новизна исследований заключается в применении метода радиальных базисных функций (RBF) в сочетании с алгоритмами маршрутизации на графах, адаптированными под критерий минимизации дозы облучения, а также в использовании модифицированного уравнения Беллмана для оптимального выбора порядка прохождения контрольных точек.

1. Mikhailova A.F., Tashlykov O.L. T The ways of implementation of the optimization principle in the personnel radiological protection. Physics of atomic nuclei. 2024;83:1718–1726. https://doi.org/10.1134/S1063778820100154

2. Ташлыков О.Л. Дозовые затраты персонала в атомной энергетике. Анализ. Пути снижения. Оптимизация. Saarbrüсken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. RG, 2011. 232 c. ISBN: 978-3-8443-5472-0

3. Коробкин В. В., Сесекин А. Н., Ташлыков О. Л., Ченцов А. Г. Методы маршрутизации и их приложения в задачах повышения безопасности и эффективности эксплуатации атомных станций. Москва: Новые техноло-гии, 2012. 234 с. ISBN: 978-5-94694-027-6

4. Кропачев Ю.А., Ташлыков О.Л., Щеклеин С.Е. Оптимизация радиационной защиты на этапе вывода энер-гоблоков АЭС из эксплуатации. Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2019;(1):119–130. https://doi.org/10.26583/npe.2019.1.11

5. Кропачев Ю.А., Ташлыков О.Л., Сесекин А.Н., Щеклеин С.Е., Хомяков А.П. Подсистема автоматизирован-ной обработки данных нерегламентных измерений радиационной обстановки. Ядерная и радиационная без-опасность. 2019;3(93):26–35. https://doi.org/10.26277/SECNRS.2019.93.3.003

6. Tashlykov O.L., Grigoryev A.M., Kropachev Y.A. Reducing the exposure dose by optimizing the route of person-nel movement when visiting specified points and taking into account the avoidance of obstacles. Energies. 2022;15(21):11. https://doi.org/10.3390/en15218222

7. Grigoryev A.M., Tashlykov O.L. Solving a routing optimization of works in radiation fields with using a super-computer. AIP Conference Proceedings. 2019:020028; https://doi.org/10.1063/1.5055101

8. Завадский Д.И., Ташлыков О.Л. Возможности использования ТИМ в атомной энергетике (на примере АЭС с энергоблоком БН-600). Природные и техногенные риски. Безопасность сооружений. 2023;6-2(67):65–70. Ре-жим доступа: https://ptrbs.ru/2023_6-1.php?ysclid=mfdh3o3583375769388 (дата обращения: 09.06.2025)

9. Ташлыков О.Л., Щеклеин С.Е. Опыт подготовки специалистов для атомной отрасли в Уральском феде-ральном университете «через науку». Известия вузов. Ядерная энергетика. 2024;4:202–218. https://doi.org/10.26583/npe.2024.4.17

10. Grigoryev A.M., Tashlykov O.L. Solving a routing optimization of works in radiation fields with using a super-computer. AIP Conference Proceedings 2015. 2018. 020028. https://doi.org/10.1063/1.5055101

11. Татарских Д. А., Завадский Д.И., Сесекин А. Н., Ташлыков О. Л. Универсальная программа построения маршрута перемещения дозиметриста в помещениях АЭС с целью минимизации суммарной дозы облучения. Физика. Технологии. Инновации. ФТИ–2025: Тезисы докладов XII Международной молодежной научной кон-ференции. Екатеринбург: УрФУ. 2025. C. 71–72. Режим доступа: https://fizteh.urfu.ru/fileadmin/user_upload/site_19855/Conference/2025/Sbornik_tezisov_konferencii_FTI-2025.pdf (дата обращения: 09.06.2025).

12. Tashlykov O.L., Sesekin A.N., Chentsov A.G., Chentsov A.A. Development of methods for route optimization of work in inhomogeneous radiation fields to minimize the dose load of personnel. Energies. 2022;15(13):4788. 11 p. https://doi.org/10.3390/en15134788

13. Сесекин А.Н., Ченцов А.А., Ченцов А.Г. Задачи маршрутизации перемещений. Санкт-Петербург. Лань. 2022. 240 с. ISBN: 978-5-8114-9999-1

14. Bishop C.M. Pattern recognition and machine learning. New York: Springer, 2006. 738 p. Available at: https://link.springer.com/book/9780387310732 (accessed: 08.08.2025).

15. Grigoryev A.M., Tashlykov O.L., Popel A.A., Kropachev Yu.A. Determination of radiation field parameters for the problems of routing optimization based on interpolation with radial basis functions. AIP Conference Proceedings 2020;2313. https://doi.org/10.1063/5.0032248

16. Wilson R.J. Introduction to Graph Theory. Edinburgh: Oliver and Boyd, 1972. Available at: https://webhomes.maths.ed.ac.uk/~v1ranick/papers/wilsongraph.pdf (accessed: 08.08.2025).

17. Ларичев О.И. Вербальный анализ решений. Москва: Наука, 2006. 181 с. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_002862845/ (дата обращения: 08.08.2025).

18. Hart P.E., Nilsson N.J., Raphael B. A Formal Basis for the Heuristic Determination of Minimum Cost Paths. IEEE Transactions on Systems Science and Cybernetics, 1968; 4(2):100–107. https://doi.org/10.1109/TSSC.1968.300136

19. Большакова Е. И., Мальковский М. Г., Пильщиков В. Н. Искусственный интеллект. Алгоритмы эвристиче-ского поиска: учебное пособие. М.: Изд-во факультета ВМК МГУ, 2002. 83 с. ISBN 5-89407-150-X. Режим до-ступа: https://rusist.info/book/386838 (дата обращения: 14.09.2025).

20. Junhao Zhang, Weiwei Chen, Bingyu Ni, Jing Zheng, Kaixin Zhao, Wanyi Tian, Chao Jiang. Optimization of Personnel Work Paths During Decommissioning of Nuclear Facilities. Nuclear Science and Engineering 2024;198(8):1668-1681. https://doi.org/10.1080/00295639.2023.2257508

21. Nour AbuJaba,Mohammed Baziyad,Raouf Fareh,Brahim Brahmi,Tamer Rabie, Maamar Bettayeb. A Com-prehensive Study of Recent Path-Planning Techniques in Dynamic Environments for Autonomous Robots. Sensors. 2024;24(24):8089. https://doi.org/10.3390/s24248089