asignatura master 2027

Partiendo de los fundamentos de transporte de radiación y activación tratados en asignaturas previas, la asignatura Análisis nuclear avanzado se centra en los elementos que permiten llevar la neutrónica computacional a un nivel profesional en entornos reales de I+D o empresa en el ámbito de la fusión nuclear: el cálculo de alta fidelidad en clústeres HPC, técnicas avanzadas de reducción de varianza, modelado de partículas cargadas, de forma muy destacada, el acoplamiento entre transporte y activación mediante metodologías consolidadas (R2S/D1S) para cálculos de magnitudes en parada.

Las técnicas de reducción de varianza son algoritmos de optimización de los cálculos mediante el método de Monte Carlo, y con los que se busca reducir la dispersión estadística de sus resultados, mejorando así su precisión para la misma carga computacional. El método de Monte Carlo, si bien es muy versátil para afrontar sistemas complejos, pudiendo reproducir sus características físicas, puede ser asimismo muy ineficiente en esos cálculos. La utilización de estos métodos de optimización puede producir unos incrementos de rendimiento de varios órdenes de magnitud, lo que supone un salto no solo cuantitativo sino cualitativo de los problemas que pueden ser abordados.

Los algoritmos básicos del método de Monte Carlo están diseñados para la resolución de la ecuación de transporte de radiación con cierta dependencia temporal, que no se extiende más allá del tiempo de vida de las partículas transportadas. En el caso de neutrones y fotones esos tiempos pueden llegar hasta el milisegundo. En los sistemas neutrónicos hay un efecto diferido muy importante que es la activación y generación de radiación residual, que asimismo genera un campo de radiación que se extiende y evoluciona en unas escalas de tiempo mucho mayores, y que no es calculado por los algoritmos tradicionales de Monte Carlo. Los algoritmos D1S (direct one-step) y R2S (rigurous two-step) se han diseñado con el fin de superar esa limitación y permitir el cálculo de la generación y evolución de material radiactivo, así como de los campos de radiación que este genera.

La asignatura combina una base conceptual (por qué funcionan las técnicas y en qué hipótesis se apoyan) con una orientación claramente aplicada, basada en la aplicación de las herramientas en entornos HPC para resolver problemas representativos del campo, proporcionando al estudiante criterios para seleccionar métodos, identificar limitaciones y construir flujos de trabajo robustos y eficientes.

ENGLISH VERSION

Starting from the fundamentals of radiation transport and activation covered in previous subjects, the Advanced Nuclear Analysis subject focuses on the elements that allow computational neutronics to be taken to a professional level in real R+D or business environments in the field of nuclear fusion: high-fidelity calculation in HPC clusters, advanced techniques for variance reduction, modelling of charged particles, in a very prominent way, the coupling between transport and activation using consolidated methodologies (R2S/D1S) for calculations of magnitudes during shutdown scenario.

Variance reduction techniques are algorithms for optimizing calculations using the Monte Carlo method, and with which they seek to reduce the statistical dispersion of their results, thus improving their accuracy for the same computational load. The Monte Carlo method, although very versatile in dealing with complex systems, being able to reproduce their physical characteristics, can also be very inefficient in these calculations. The use of these optimization methods can produce performance increases of several orders of magnitude, which represents not only a quantitative but also a qualitative leap in the problems that can be addressed.

The basic algorithms of the Monte Carlo method are designed for the resolution of the radiation transport equation with a certain time dependence, which does not extend beyond the lifetime of the transported particles. In the case of neutrons and photons, those times can reach up to the millisecond. In neutron systems there is a very important delayed effect, which is the activation and generation of residual radiation, which also generates a radiation field that extends and evolves over much longer time scales, and which is not calculated by traditional Monte Carlo algorithms. The D1S (direct one-step) and R2S (rigurous two-step) algorithms have been designed in order to overcome this limitation and allow the calculation of the generation and evolution of radioactive material, as well as the radiation fields it generates.

The subject combines a conceptual basis (why the techniques work and what hypotheses they are based on) with a clearly applied orientation, based on the application of the tools in HPC environments to solve problems representative of the field, providing the student with criteria to select methods, identify limitations and build robust and efficient workflows.

Para el aprovechamiento de esta asignatura, es recomendable que el alumno haya cursado las asignaturas del primer cuatrimestre:

• Fundamentos del transporte de radiación
• Método Monte Carlo para transporte de radiación
• Evolución del inventario isotópico

Es también conveniente que el alumno tenga conocimientos básicos de informática, estadística y cálculo numérico, y conozca los códigos MCNP u OpenMC, aunque no se considera indispensable y se repasarán los conceptos necesarios a lo largo de la asignatura.

ENGLISH VERSION

To take advantage of this subject, it is recommended that the student has taken the subjects of the first semester:

• Basics of Radiation Transport
• Monte Carlo method for radiation transport
• Evolution of the isotopic inventory

It is also advisable for the student to have basic knowledge of computer science, statistics and numerical calculation, and to know the MCNP or OpenMC codes, although it is not considered essential and the necessary concepts will be reviewed throughout the subject.

Los estudiantes podrán contactar al equipo docente en cualquier momento y principalmente mediante el foro de comunicación del curso virtual, sobre todo para cuestiones que puedan ser del interés de todos los estudiantes. Adicionalmente y para una comunicación personal, se anima a los estudiantes a utilizar el correo electrónico o el teléfono (ver datos en la sección “Equipo docente”), así como la plataforma de mensajería MS Teams que provee la UNED.

La dirección postal de los profesores está en la ETSI Industriales, cuyos datos pueden consultarse en la web UNED. El horario de atención a estudiantes en esas dependencias será:

• D. Francisco Ogando: Lunes y Miércoles de 16 a 18h. Despacho 0.15.
• D. Javier Alguacil: Martes y Jueves de 16 a 18h. Despacho 0.17.

El apoyo a los estudiantes se realizará tanto para asimilar los contenidos de la asignatura, explicar su modo de funcionamiento o de cualquier otra manera que mejore el rendimiento del estudio. En especial se anima a contactar, a los estudiantes que presenten lagunas iniciales de conocimiento, que puedan ser mitigadas con lecturas adicionales.

ENGLISH VERSION

Students may contact the teaching team at any time and mainly through the communication forum of the virtual course, especially for questions that may be of interest to all students. Additionally, and for personal communication, students are encouraged to use email or telephone (see data in the "Teaching Team" section), as well as the MS Teams messaging platform provided by UNED.

The postal address of the professors is at the ETSI Industriales, whose postal data can be consulted on the UNED website. The hours of service to students in these facilities will be:

• Mr. Francisco Ogando: Monday and Wednesday from 4 to 6 p.m. Office 0.15.
• Mr. Javier Alguacil: Tuesday and Thursday from 4 to 6 p.m. Office 0.17.

Support for students will be provided both to assimilate the contents of the subject, explain how it works or in any other way that improves the performance of the study. In particular, students who present initial knowledge gaps, which can be mitigated with additional reading, are encouraged to contact.

CP1. Evaluar resultados, así como su precisión y validez, para apoyar la toma de decisiones de diseño y seguridad en instalaciones nucleares y radiactivas.

CP2. Comprender y emplear el ciclo de cálculo de la UNED para llevar a cabo un análisis nuclear completo en una instalación de fusión nuclear relevante.

ENGLISH VERSION

CP1. Evaluate results, as well as their accuracy and validity, to support design and safety decision-making in nuclear and radioactive facilities.

CP2. Understand and use the UNED calculation cycle to carry out a complete nuclear analysis at a relevant nuclear fusion facility.

Habilidadde of destrezas

H3. Comunicar en inglés, de forma clara y rigurosa, resultados técnicos y conclusiones a distintos públicos.

H5. Aplicar herramientas de simulación computacional para estimar respuestas nucleares.

H6. Generar modelos neutrónicos adaptados a las necesidades de instalaciones nucleares y radiactivas.

Competencias

CP1. Evaluar resultados, así como su precisión y validez, para apoyar la toma de decisiones de diseño y seguridad en instalaciones nucleares y radiactivas.

CP2. Comprender y emplear el ciclo de cálculo de la UNED para llevar a cabo un análisis nuclear completo en una instalación de fusión nuclear relevante.

ENGLISH VERSION

Skills or abilities

H3. Communicate in English, in a clear and rigorous way, technical results and conclusions to different audiences.

H5. Apply computational simulation tools to estimate nuclear responses.

H6. Generate neutron models adapted to the needs of nuclear and radioactive facilities.

Competencies

CP1. Evaluate results, as well as their accuracy and validity, to support design and safety decision-making in nuclear and radioactive facilities.

CP2. Understand and use the UNED calculation cycle to carry out a complete nuclear analysis at a relevant nuclear fusion facility.

La metodología utilizada es la característica de la UNED, enseñanza a distancia apoyada en el uso de las tecnologías de información y comunicación. La bibliografía básica está especialmente diseñada para facilitar al alumno la asimilación de los contenidos de manera autónoma.

La metodología de aprendizaje se basa en el modelo de educación a distancia de la UNED. Las actividades formativas están basadas principalmente en la interacción con el Equipo Docente y el trabajo autónomo de los estudiantes, así como en el apoyo del uso de las tecnologías de información y comunicación. El equipo docente proporcionará orientaciones y material de apoyo para el estudio de la asignatura y atenderán las consultas que planteen los alumnos. El trabajo autónomo estará marcado por una serie de actividades de aprendizaje, que son fundamentales las siguientes: el estudio de contenidos teóricos, la realización de pruebas de evaluación continua (PECs), trabajos prácticos (TP) y Prueba Presencial. La bibliografía básica está especialmente diseñada para facilitar al alumno la asimilación de los contenidos de manera autónoma.

Las actividades de seguimiento y evaluación continua se harán mediante la realización de las pruebas de evaluación continua (PECs) y los trabajos prácticos (TP) a distancia. Ambos tienen carácter obligatorio y se realizarán paulatinamente a lo largo del curso. Las PECs están pensadas para que los estudiantes puedan contrastar su proceso de asimilación: i) individualizado para cada uno de los Temas en que se estructura la asignatura; y ii) global e integrado de los contenidos de todos los Temas, mediante los ejercicios de síntesis que se planteen. Por otro lado, los TP tienen como objetivo la familiarización de los alumnos con los códigos y métodos computacionales avanzados empleados en análisis realistas en instalaciones de fusión vistos durante el curso.

Por otra parte, la prueba presencial personal será el indicador del nivel global de asimilación alcanzado por el estudiante al finalizar el periodo de aprendizaje de la asignatura.

La labor personal y continuada del alumno es imprescindible para el proceso de aprendizaje, siendo fundamental la asimilación de los nuevos conceptos.

ENGLISH VERSION

The methodology used is the characteristic of the UNED, distance learning supported by the use of information and communication technologies. The basic bibliography is specially designed to make it easier for students to assimilate the contents autonomously.

The learning methodology is based on the UNED distance education model. The training activities are mainly based on interaction with the Teaching Team and the autonomous work of the students, as well as on the support of the use of information and communication technologies. The teaching team will provide guidance and support material for the study of the subject and will answer the queries raised by the students. Autonomous work will be marked by a series of learning activities, which are fundamental the following: the study of theoretical content, the completion of continuous assessment tests (PECs), practical work (TP) and Face-to-face Test. The basic bibliography is specially designed to make it easier for students to assimilate the contents autonomously.

Continuous monitoring and evaluation activities will be carried out by carrying out continuous assessment tests (PECs) and practical work (TP) remotely. Both are compulsory and will be carried out gradually throughout the course. The PECs are designed so that students can contrast their assimilation process: i) individualized for each of the Topics in which the subject is structured; and ii) global and integrated of the contents of all the Topics, through the synthesis exercises that are proposed. On the other hand, the TPs aim to familiarize students with the advanced computational codes and methods used in realistic analysis in fusion installations seen during the course.

On the other hand, the personal face-to-face test will be the indicator of the overall level of assimilation achieved by the student at the end of the learning period of the subject.

The personal and continuous work of the student is essential for the learning process, and the assimilation of new concepts is essential.

El material de estudio se distribuirá en el curso virtual.

ENGLISH VERSION

The study material will be distributed in the virtual course.

• MPI Standard. Web document: https://www.mpi-forum.org/docs
• OpenMP specifications. Web document: https://www.openmp.org/specifications
• MCNP Manuals. Web document: https://mcnp.lanl.gov/manual.html
• OpenMC user’s guide. Web document: https://docs.openmc.org/en/stable/usersguide/index.html

Es obligatorio realizar prácticas de esta asignatura. Tienen como objetivo fundamental ayudar al alumno a fijar conceptos esenciales de la asignatura, así como a dotarle de un entrenamiento con software comercial, para resolver problemas prácticos. También buscan que el alumno desarrolle un juicio crítico respecto del uso de software y de los resultados obtenidos. Se persigue, así, ir fomentando la autonomía del estudiante en el ámbito de la neutrónica computacional.

Son prácticas de naturaleza computacional y se llevarán a cabo de manera remota, pero con interacción síncrona. Estarán estructuradas de la siguiente manera:

• En primer lugar, se organizará una sesión síncrona (por Teams o Zoom) en la que los profesores distribuirán documentación, explicarán el objetivo de la práctica, y asistirán a los estudiantes en la instalación del software requerido y las verificaciones correspondientes. Esto se conoce como el establecimiento del laboratorio virtual. Quedará grabado para aquellos que no puedan asistir.
• El estudiante, por su cuenta, resolverá las prácticas con el software correspondiente y siguiendo las indicaciones de los profesores. Durante este período, los profesores están disponibles, además de por los canales habituales (foros, email, teléfono), en formato de tutoría online.
• Pasado un periodo, se organizará otra sesión online síncrona en la que los estudiantes presentarán los resultados obtenidos y explicarán los problemas que han encontrado. Los profesores harán preguntas y pedirán a los alumnos ejecutar los problemas variando parámetros de entrada y obtener resultados en línea para comprobar la asimilación de conceptos y la destreza adquirida en el software correspondiente. También quedará grabada.

Con antelación a la realización de las prácticas, los alumnos recibirán vía correo electrónico toda la información necesaria sobre las mismas: horarios, actividades, material necesario. Esa misma información aparecerá en el curso virtual de la asignatura.

Las prácticas se realizarán a lo largo del curso. La última sesión, de corrección, se organizará tanto en Enero como en Septiembre.

ENGLISH VERSION

It is mandatory to carry out computational practices work in this subject. Their main objective is to help the student to fix essential concepts of the subject, as well as to provide them with training with commercial software, to solve practical problems. They also seek that the student develops a critical judgment regarding the use of software and the results obtained. The aim is to promote student autonomy in the field of computational neutronics.

These are computational practices and will be carried out remotely, but with synchronous interaction. They will be structured as follows:

• First, a synchronous session (via Teams or Zoom) will be organized in which teachers will distribute documentation, explain the objective of the practice, and assist students in the installation of the required software and the corresponding verifications. This is known as the virtual lab establishment. It will be recorded for those who cannot attend.
• The student, on their own, will solve the computational practices with the corresponding software and following the instructions of the teachers. During this period, teachers are available, in addition to the usual channels (forums, email, telephone), in the format of online tutoring.
• After a period, another synchronous online session will be organized in which students will present the results obtained and explain the problems they have encountered. Teachers will ask questions and ask students to execute the problems by varying input parameters and obtain online results to check the assimilation of concepts and the skill acquired in the corresponding software. It will also be recorded.

Prior to the computational practices, students will receive via email all the necessary information about them: schedules, activities, necessary material. That same information will appear in the virtual course of the subject.

The computational practices will be carried out throughout the course. The last session, of correction, will be organized both in January and September.

El material base que ha de utilizarse para asimilar esta asignatura está concebido con dos objetivos: tener incluido todo lo que se necesita para acometer los objetivos docentes y facilitar la obtención de los resultados de aprendizaje de la asignatura; y a la vez, ajustarse estrictamente a los contenidos del Programa de esta.

En la sección de Contenidos se indica la lógica y estructura general del Texto. En la parte restringida de esta guía de estudio, disponible en el curso virtual para todos los alumnos matriculados, se indica ya de forma específica los objetivos y estructura lógica de cada uno de los temas, orientado a cómo ha de utilizarse el Texto para abordar esta asignatura.

Es fundamental para el desarrollo de la asignatura que el alumno utilice su curso virtual.

Cualquier material complementario adicional que se pueda publicar o aconsejar se encontrará en dicha Plataforma. El alumno puede enviar sus consultas a los distintos foros de debate, o por correo electrónico a la atención de cualquiera de los profesores de la asignatura. Para facilitar el seguimiento por parte de todos de las consultas realizadas, se abrirán foros de debate para compartir la información que allí se incluya

En el curso virtual estarán a disposición de los alumnos, entre otros elementos los siguientes:

• Materiales de apoyo para el estudio de los Temas, que podrán incluir: material multimedia, vínculos a materiales producidos por el equipo docente de interés para la asignatura, prácticas en línea y tutoría en línea
• Calendario para las PECs
• Un vídeo de presentación de los profesores y de introducción a la signatura con la presentación de cada tema por el profesor responsable
• Enunciados de problemas resueltos y sin resolver
• Otros materiales y vínculos de interés

ENGLISH VERSION

The base material to be used to assimilate this subject is designed with two objectives: to include everything that is needed to undertake the teaching objectives and to facilitate the achievement of the learning results of the subject; and at the same time, strictly conform to the contents of the Program of the latter.

In the Contents section, the logic and general structure of the Text is indicated. In the restricted part of this study guide, available in the virtual course for all enrolled students, the objectives and logical structure of each of the topics are specifically indicated, oriented to how the Text should be used to address this subject.

It is essential for the development of the subject that the student uses his or her virtual course.

Any additional supplementary material that may be published or advised will be found on said Platform. The student can send their queries to the different discussion forums, or by email to the attention of any of the professors of the subject. To facilitate the follow-up by all of the consultations made, discussion forums will be opened to share the information included therein

In the virtual course, the following elements will be available to students, among others:

• Support materials for the study of the Topics, which may include: multimedia material, links to materials produced by the teaching team of interest to the subject, online internships and online tutoring
• Calendar for PECs
• A video presentation of the teachers and an introduction to the subject with the presentation of each topic by the teacher in charge
• Solved and unsolved problem statements
• Other materials and links of interest