Nanofluids have recently triggered a substantial scientific interest as cooling media. However, their stability is challenging for successful engagement in industrial applications. Different factors, including temperature, nanoparticles and base fluids characteristics, pH, ultrasonic power and frequency, agitation time, and surfactant type and concentration, determine the nanofluid stability regime. Indeed, it is often too complicated and even impossible to accurately find the conditions resulting in a stabilized nanofluid. Furthermore, there are no empirical, semi-empirical, and even intelligent scenarios for anticipating the stability of nanofluids. Therefore, this study introduces a straightforward and reliable intelligent classifier for discriminating among the stability regimes of alumina-water nanofluids based on the Zeta potential margins. In this regard, various intelligent classifiers (i.e., deep learning and multilayer perceptron neural network, decision tree, GoogleNet, and multi-output least squares support vector regression) have been designed, and their classification accuracy was compared. This comparison approved that the multilayer perceptron neural network (MLPNN) with the SoftMax activation function trained by the Bayesian regularization algorithm is the best classifier for the considered task. This intelligent classifier accurately detects the stability regimes of more than 90% of 345 different nanofluid samples. The overall classification accuracy and misclassification percent of 90.1% and 9.9% have been achieved by this model. This research is the first try toward anticipting the stability of water-alumin nanofluids from some easily measured independent variables.
In this study, machine learning (ML) techniques were used to model surveillance test data of nuclear power plants from an international database of the ASTM E10.02 committee. Regression modeling was conducted using various techniques, including Cubist, XGBoost, and a support vector machine. The root mean square deviation of each ML model for the baseline dataset was less than that of the ASTM E900-15 nonlinear regression model. With respect to the interpolation, the ML methods provided excellent predictions with relatively few computations when applied to the given data range. The effect of the explanatory variables on the transition temperature shift (TTS) for the ML methods was analyzed, and the trends were slightly different from those for the ASTM E900-15 model. ML methods showed some weakness in the extrapolation of the fluence in comparison to the ASTM E900-15, while the Cubist method achieved an extrapolation to a certain extent. To achieve a more reliable prediction of the TTS, it was confirmed that advanced techniques should be considered for extrapolation when applying ML modeling.
Majeed, Muhammad Tariq;Ozturk, Ilhan;Samreen, Isma;Luni, Tania
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.5
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pp.1664-1673
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2022
Achieving sustainable development requires an increasing share of green technologies. World energy demand is expected to rise significantly especially in developing economies. The increasing energy demands will be entertained with conventional energy sources at the cost of higher emissions unless eco-friendly technologies are used. This study examines the asymmetric effects of nuclear energy on carbon emissions for Pakistan from 1974 to 2019. Augmented Dickey-Fuller (ADF) and Phillips Perron (PP) unit root tests suggest that variables are integrated of order one and bound test of Autoregressive Distributed Lag (ARDL) and nonlinear ARDL confirm a long-run relationship among selected variables. The ARDL, Fully Modified Ordinary Least Squares (FMOLS), and Dynamic Ordinary Least Squares (DOLS) results show that the coefficient of nuclear energy has a negative and significant impact on emissions in both short and long run. Further, the NARDL finding shows that there exists an asymmetric long-run association between nuclear energy and CO2 emissions. The vector error correction method (VECM) results indicate that there exists a bidirectional causal relationship between nuclear energy and carbon emissions in both the short and long run. Additionally, the impact of nuclear energy on ecological footprint has been examined and our findings remain robust.
International Journal of Advanced Culture Technology
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v.10
no.4
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pp.499-510
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2022
This study examines the reporting factors of crime against business in Korea and proposes a corresponding predictive model using machine learning. While many previous studies focused on the individual factors of theft victims, there is a lack of evidence on the reporting factors of crime against a business that serves the public good as opposed to those that protect private property. Therefore, we proposed a crime prevention model for the willingness factor of theft reporting in businesses. This study used data collected through the 2015 Commercial Crime Damage Survey conducted by the Korea Institute for Criminal Policy. It analyzed data from 834 businesses that had experienced theft during a 2016 crime investigation. The data showed a problem with unbalanced classes. To solve this problem, we jointly applied the Synthetic Minority Over Sampling Technique and the Tomek link techniques to the training data. Two prediction models were implemented. One was a statistical model using logistic regression and elastic net. The other involved a support vector machine model, tree-based machine learning models (e.g., random forest, extreme gradient boosting), and a stacking model. As a result, the features of theft price, invasion, and remedy, which are known to have significant effects on reporting theft offences, can be predicted as determinants of such offences in companies. Finally, we verified and compared the proposed predictive models using several popular metrics. Based on our evaluation of the importance of the features used in each model, we suggest a more accurate criterion for predicting var.
Jo, Hye Seon;Koo, Young Do;Park, Ji Hun;Oh, Sang Won;Kim, Chang-Hwoi;Na, Man Gyun
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.12
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pp.4014-4021
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2021
If safety injection systems (SISs) do not work in the event of a loss-of-coolant accident (LOCA), the accident can progress to a severe accident in which the reactor core is exposed and the reactor vessel fails. Therefore, it is considered that a technology that provides recoverable maximum time for SIS actuation is necessary to prevent this progression. In this study, the corresponding time was defined as the golden time. To achieve the objective of accurately predicting the golden time, the prediction was performed using the deep fuzzy neural network (DFNN) with rule-dropout. The DFNN with rule-dropout has an architecture in which many of the fuzzy neural networks (FNNs) are connected and is a method in which the fuzzy rule numbers, which are directly related to the number of nodes in the FNN that affect inference performance, are properly adjusted by a genetic algorithm. The golden time prediction performance of the DFNN model with rule-dropout was better than that of the support vector regression model. By using the prediction result through the proposed DFNN with rule-dropout, it is expected to prevent the aggravation of the accidents by providing the maximum remaining time for SIS recovery, which failed in the LOCA situation.
This study proposed a robust artificial intelligence (AI) model based on the social behaviour of the imperialist competitive algorithm (ICA) and artificial neural network (ANN) for modelling the deflection of reinforced concrete beams, abbreviated as ICA-ANN model. Accordingly, the ICA was used to adjust and optimize the parameters of an ANN model (i.e., weights and biases) aiming to improve the accuracy of the ANN model in modelling the deflection reinforced concrete beams. A total of 120 experimental datasets of reinforced concrete beams were employed for this aim. Therein, applied load, tensile reinforcement strength and the reinforcement percentage were used to simulate the deflection of reinforced concrete beams. Besides, five other AI models, such as ANN, SVM (support vector machine), GLMNET (lasso and elastic-net regularized generalized linear models), CART (classification and regression tree) and KNN (k-nearest neighbours), were also used for the comprehensive assessment of the proposed model (i.e., ICA-ANN). The comparison of the derived results with the experimental findings demonstrates that among the developed models the ICA-ANN model is that can approximate the reinforced concrete beams deflection in a more reliable and robust manner.
No Kyu Seong ;Jae Hee Lee ;Jong Beom Lee;Poong Hyun Seong
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.2
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pp.421-431
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2023
Nuclear power plants (NPPs) have technical specifications (Tech Specs) to ensure that the equipment and key operating parameters necessary for the safe operation of the power plant are maintained within limiting conditions for operation (LCO) determined by a safety analysis. The LCO of Tech Specs that identify the lowest functional capability of equipment required for safe operation for a facility must be complied for the safe operation of NPP. There have been previous studies to aid in compliance with LCO relevant to rule-based expert systems; however, there is an obvious limit to expert systems for implementing the rules for many situations related to LCO. Therefore, in this study, we present a retrieval methodology for similar LCO cases in determining whether LCO is met or not met. To reflect the natural language processing of NPP features, a domain dictionary was built, and the optimal term frequency-inverse document frequency variant was selected. The retrieval performance was improved by adding a Boolean retrieval model based on terms related to the LCO in addition to the vector space model. The developed domain dictionary and retrieval methodology are expected to be exceedingly useful in determining whether LCO is met.
Human error (HE) is an important concern in safety-critical systems such as nuclear power plants (NPPs). HE has played a role in many accidents and outage incidents in NPPs. Despite the increased automation in NPPs, HE remains unavoidable. Hence, the need for HE detection is as important as HE prevention efforts. In NPPs, HE is rather rare. Hence, anomaly detection, a widely used machine learning technique for detecting rare anomalous instances, can be repurposed to detect potential HE. In this study, we develop an unsupervised anomaly detection technique based on generative adversarial networks (GANs) to detect anomalies in manually collected surveillance data in NPPs. More specifically, our GAN is trained to detect mismatches between automatically recorded sensor data and manually collected surveillance data, and hence, identify anomalous instances that can be attributed to HE. We test our GAN on both a real-world dataset and an external dataset obtained from a testbed, and we benchmark our results against state-of-the-art unsupervised anomaly detection algorithms, including one-class support vector machine and isolation forest. Our results show that the proposed GAN provides improved anomaly detection performance. Our study is promising for the future development of artificial intelligence based HE detection systems.
Industrial control systems in nuclear facilities are facing increasing cyber threats due to the widespread use of information and communication equipment. To implement cyber security programs effectively through the RG 5.71, it is necessary to quantitatively assess cyber risks. However, this can be challenging due to limited historical data on threats and customized Critical Digital Assets (CDAs) in nuclear facilities. Previous works have focused on identifying data flows, the assets where the data is stored and processed, which means that the methods are heavily biased towards information security concerns. Additionally, in nuclear facilities, cyber threats need to be analyzed from a safety perspective. In this study, we use the system theoretic process analysis to identify system-level threat scenarios that could violate safety constraints. Instead of quantifying the likelihood of exploiting vulnerabilities, we quantify Security Control Measures (SCMs) against the identified threat scenarios. We classify the system and CDAs into four consequence-based classes, as presented in NEI 13-10, to analyze the adversary impact on CDAs. This allows for the ranking of identified threat scenarios according to the quantified SCMs. The proposed framework enables stakeholders to more effectively and accurately rank cyber risks, as well as establish security and response strategies.
The grade analysis of lead-zinc ore is the basis for the optimal development and utilization of deposits. In this study, a method combining Prompt Gamma Neutron Activation Analysis (PGNAA) technology and machine learning is proposed for lead-zinc mine borehole logging, which can identify lead-zinc ores of different grades and gangue in the formation, providing real-time grade information qualitatively and semi-quantitatively. Firstly, Monte Carlo simulation is used to obtain a gamma-ray spectrum data set for training and testing machine learning classification algorithms. These spectra are broadened, normalized and separated into inelastic scattering and capture spectra, and then used to fit different classifier models. When the comprehensive grade boundary of high- and low-grade ores is set to 5%, the evaluation metrics calculated by the 5-fold cross-validation show that the SVM (Support Vector Machine), KNN (K-Nearest Neighbor), GNB (Gaussian Naive Bayes) and RF (Random Forest) models can effectively distinguish lead-zinc ore from gangue. At the same time, the GNB model has achieved the optimal accuracy of 91.45% when identifying high- and low-grade ores, and the F1 score for both types of ores is greater than 0.9.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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