基于计数辅助树的蒙特卡罗粒子输运计算大规模计数方法

传统的蒙特卡罗粒子输运计算程序在粒子每一步模拟结束后,通过遍历所有计数器来判断当前粒子所在栅元是否需要进行计数,该过程耗时随计数器数量的增加近似线性增长,当计数器数量较大时,计数耗时远高于输运耗时。本文发展了一种基于计数辅助树的大规模计数加速方法,建立了与几何栅元一一对应的树形结构,并在节点中存储了相应栅元的计数信息,通过当前粒子所在栅元的几何信息从树中快速读出对应的计数器。为了验证该方法的有效性,基于Hoogenboom全堆基准例题测量了不同计数器数量下的计算耗时。测试结果显示本文方法能有效地提高大规模计数问题的计算效率。     

蒙特卡罗粒子输运权窗减方差方法研究及在ITER屏蔽分析中应用

屏蔽问题是聚变中子学研究密切关注的问题,蒙特卡罗粒子输运中的权窗减方差技术是处理屏蔽计算深穿透难题的重要方法。本文对权窗减方差方法开展研究,并在超级蒙特卡罗计算软件SuperMC中实现。先采用混凝土基准例题进行校验,再将该方法应用于国际热核聚变实验堆ITER的屏蔽分析,计算结果和MCNP进行对比,符合偏差要求,通过权窗减方差的应用,计算效率也有明显提升,证明了方法和程序的正确性和有效性。     

基于双向遍历的蒙特卡罗临界计算并行方法

在基于蒙特卡罗粒子输运方法的反应堆模拟中,如裂变堆、聚变裂变混合堆等,达到可接受的统计误差需要大量的计算时间,这已成为蒙特卡罗方法的挑战问题之一,需通过并行计算技术解决。为解决现有方法中通信死锁的问题并保证负载均衡性,设计了基于双向遍历的临界计算并行算法。该方法基于超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC进行实现,以池式钠冷快堆BN600基准模型进行验证,并与MCNP进行对比。测试结果表明,串行和并行计算结果一致,且SuperMC并行效率高于MCNP。     

基于网格计数的停机剂量率计算方法研究

本文根据严格二步法的计算理论,研究了基于网格计数的停机剂量率计算方法,设计并实现了基于网格计数的停机剂量率计算程序。该程序能够支持圆柱坐标下的网格计算。本文使用源子程序进行复杂源描述。为了加快计算速度,本文采用了多节点和多线程等技术。本文利用国际热核聚变实验堆(ITER)停堆剂量基准实验ITER-T426进行测试,计算结果与实验值吻合良好,证明了该方法和程序的正确性和可用性。     

超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC

蒙特卡罗方法对于复杂核系统的模拟具有明显优势,然而在实际工程应用中存在巨大的挑战,如复杂结构与材料分布精准建模难度大、计算收敛速度慢、海量数据难以及时有效分析等。超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC设计为支持以辐射输运为核心,包含燃耗、辐射源项/剂量/生物危害、材料活化与嬗变等的综合中子学计算,支持热工水力学、结构力学、化学、生物学等多物理耦合模拟。SuperMC目前已发展了精准建模、高效计算、四维可视化等关键技术,通过2 000余个国际基准模型及实验的验证与确认,在反应堆工程等方面获得广泛应用,本文对其发展概况进行介绍。     

蒙特卡罗固定源计算的并行设计与实现

蒙特卡罗方法在求解粒子输运问题中已得到广泛运用,由于其收敛速度慢,需要耗费大量时间重复模拟以获得准确的结果。本文介绍了一种蒙特卡罗固定源计算的并行方法,并基于消息传递接口MPI在FDS团队自主研发的超级蒙特卡罗计算软件SuperMC2.0中实现了多核及多节点并行。以IAEA-ADS为测试例题在高性能计算集群上以32个计算内核进行测试,获得了86.81%的并行效率,同等测试条件下并行效率高于MCNP,同时保证了串行结果和并行结果的一致。测试结果表明该并行设计能够有效地解决蒙特卡罗固定源计算的耗时问题。     

蒙特卡罗粒子输运计算自动建模程序系统的研究与发展

在广泛调研和分析现有几何建模方法特点的基础上研发了具有可视化用户界面的自动建模程序系统MCAM.它可以实现多种商用软件CAD模型与MCNP模型之间的相互转换,且提供了模型建立、预处理、属性分析等基本功能和计算结果可视化及基于医学映像建模接口等扩展功能.全面系统地介绍了MCAM的设计思想与原理、总体结构、主要功能和国际合作协议框架下的应用测试等情况.实践表明,它是一个实用的MCNP计算辅助工具和核设计与核分析质量保证工具.     

泛函展开计数在蒙特卡罗界面流角度谱计算中的应用

传统的蒙特卡罗模拟通常采用计数箱的方式计算界面流的角度谱。粗糙的计数箱划分难以详细描述界面流对角度的依赖关系;细致的计数箱划分则需很大的样本数才能得到满足要求的统计精度。新近发展的泛函展开计数方法将未知的计数量用1组正交函数展开到一定的阶数,通过蒙特卡罗模拟估计相应的展开系数。本文采用泛函展开计数方法计算界面流的角度谱。数值结果表明,这种方法能利用较少的样本给出界面流的角度谱的函数曲线较高精度的近似。对于复杂难算的问题,当需计算详细的界面流角度谱时,泛函展开计数方法是一很好的选择。     

MCATNP蒙特卡罗粒子输运程序的MPI并行化

MCATNP是模拟中子、光子在大气中输运的蒙特卡罗程序,用于高空核爆炸电离效应的数值模拟.采用"跳跃法"进行伪随机数的分段,对程序进行MPI并行化改造,实现了并行化.测试结果表明并行程序取得了与串行程序一致的结果,加速比近似呈线性增长,在16和32个处理器上的并行效率分别达到了97%和94%.算例的结果表明并行化可以解...     

用蒙特卡罗方法进行核临界安全计算

本文介绍了蒙特卡罗程序ＡＭＰＸ－ＫＥＮＯ系统的铀富集厂核临界安全计算机中的应用,并为此作了大量临实验数据的验证计算和可用于实际生产的临界安全参数计算。     

MCDB Monte Carlo Code with Fast Track Technique and Mesh Tally Matrix for BNCT

The MCDB Monte Carlo Dosimetry Code for Brain Tumors has been developed for Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). This code system includes a medical preprocessor, a Monte Carlo dose calculation and a postprocessor. The center point method is used to determine the material and density in each voxel. For dose calculations, a fast particle track technique is developed for the voxel model. This technique is valid for the single-voxel model as well as the multivoxel model. The material matrix and mesh tally matrix are designed for reducing the initialization and tally times. The same dose results as MCNP are achieved. MCDB is faster by a factor of 2:7~3:5 in computational speed with respect to MCNP. Furthermore, MCDB can do parallel computation. It meets the clinical requirements for precision and time.     

中子输运蒙特卡罗模拟的区域分解方法研究

蒙特卡罗模拟方法在反应堆物理分析中的发展和应用受到计算机内存不足的限制,区域分解是一种解决方法。本文将区域分解方法应用于中子输运蒙特卡罗模拟过程,基于反应堆蒙特卡罗程序RMC,实现区域分解基本功能,并测试、分析了其并行性能。结果表明,负载均衡与通信性能是影响区域分解方法的关键因素。对区域分解方法的结果可重复性问题进行了研究,提出对源中子进行排序的实现方法。     

An algorithm for Monte Carlo simulation of bremsstrahlung emission by electrons

An algorithm for Monte Carlo simulation of bremsstrahlung emission by electrons based on the framework of SuperMC is presented in this paper with efficient and accurate methods to sample the angular distribution and energy of bremsstrahlung photons.The photon energy is sampled according to scaled energy-loss differential cross sections tabulated by Seltzer and Berger.A novel hybrid model for photon angular distribution by low-and high-energy incident electrons is developed.The model uses Tsai's full form of angular distribution function with atomic form factors for high-energy incident electrons.For electrons of ＜500 keV,a simple efficient and accurate analytical distribution function is developed,using adjustable parameters determined from the fitting of numerical values of the shape functions tabulated by Kissel et al.The efficiency of sampling photon energy is 80％.Our angular sampling algorithm for high-energy electron bremsstrahlung based on Tsai distribution function is very efficient (sampling efficiency ～ 70％) in the useful photon energy range.     

Monte Carlo Simulation of Gadolinium Neutron Gamma Spectroscopy Tracer Logging Method

The thermal neutron count and capture gamma ray spectroscopy before and after gadolinium seeping into sandstone and limestone formation are simulated by Monte Carlo Method, and the determination method of oil saturation is studied by using the thermal neutron count rate ratio and the n(Gd)/n(H) of capture gamma spectrum before and after gadolinium seeping. In addition, the relations of ratio with influence factors such as porosity, salinity of gadolinium seeping, saturation and lithology are given.      

GM计数管能量响应补偿的MC法模拟

针对GM计数管低能段过响应特性,探讨了一种用MC法对其进行能量响应补偿的方法。该方法在结合能量响应补偿理论与MCNP蒙特卡罗模拟方法的基础上,寻求利用理论方法先行计算出较为合适的补偿条件,继而应用MCNP有目的的进行模拟,减少模拟海选过程,提高实验效率。