核电站在正常运行及停堆大修期间都会产生大量放射性物质,因此如何准确的预测辐射强度及辐射分布情况是辐射防护与屏蔽设计工作的关键问题。本研究涉及了计算机辅助设计、辐射防护与屏蔽设计、计算机图形学、人机交互以及虚拟仿真等多学科多领域,同时结合当下可视化与虚拟仿真技术开展辐射场数据的应用分析,直观准确的反映核电厂真实工作场景,提高核电厂辐射防护工作的技术水平。本研究主要工作及创新如下:(1)实现辐射场高效计算与可视化仿真的关键是如何准确快速地确保虚拟环境下的辐射剂量与真实核电厂辐射剂量同步。首先,在源强计算方面,本文结合核电厂关键位置处实时监测辐射剂量的探测器实际分布情况,利用点核积分离散方式,创新性的提出了基于最小二乘法的辐射源强逆推计算方法与迭代权重函数,通过多次迭代循环得到最佳估计源强,既能实现在不直接接触辐射源测量情况下得到辐射源强度,又能减小探测器误差对源强结果的影响。其次,在辐射场分布计算方面,本文剖析现有点核积分程序的缺陷,引入人机交互界面、并行计算机制、最新计算方法与数据库等,开发了先进的面向大规模辐射场计算的点核积分程序,使之能够满足辐射场高效计算与可视化仿真的速度精度要求。(2)充分调研国内外技术现状及计算机新技术的发展,结合辐射防护与屏蔽设计的目的,初步开发了一套辐射场计算与可视化仿真系统ARShield。本系统针对核电站正常运行或事故工况下的辐射防护工作开展层次化的分析研究,并提供了CAD正向/逆向建模、放射性源强与辐射场分布高效计算、辐射场可视化与工程仿真三个功能模块,为核电站的作业方案设计及优化提供指导。