中高能重离子碰撞中奇异粒子产生和超核研究进展

本文概述了中高能重离子碰撞奇异粒子产生动力学机制和超核实验测量和理论研究进展。基于量子分子动力学(Lanzhou Quantum Molecular Dynamics model,LQMD)输运模型,即引入Skyrme能量密度泛函和相对论协变密度泛函描述核子和共振态动力学演化,考虑介子-核子和超子-核子相互作用势和阈能修正效应。以反应系统¹²C+¹²C、⁴⁰Ca+⁴⁰Ca、¹¹²Sn+¹¹²Sn和¹⁹⁷Au+¹⁹⁷Au为例,研究了阈能附近K介子、■介子和超子(Λ、Σ、Ξ)产生机制并分析了核介质效应和高密区域对称能对同位旋粒子比值的影响。基于量子并合方法构造超核并研究了超核形成相空间分布,给出超核形成的质量数、电荷数、动能、快度分布、集体流等信息。引入两体、三体、四体核子碰撞和核结构效应分析了重离子碰撞中预平衡结团发射机制。介绍了考虑同位旋矢量介子ρ和δ耦合相对论协变的量子分子动力学输运模型。     

质子核反应二次粒子引起的静态存储器单粒子翻转截面计算

研究建立了质子单粒子翻转截面计算方法。基于蒙特卡罗软件Geant4,计算分析了不同能量质子核反应产生二次粒子对有效体积带来的影响,确定了有效体积大小。计算了静态随机存取存储器的质子单粒子翻转截面和多位翻转截面。计算结果在趋势上与双参数公式所预言的相符合,并可得到很高能量质子引起的极限截面;在较低能段的数据与文献的理论和实验值相符。     

测量中子辐射俘获截面中多次散射修正的蒙特卡罗计算

本文针对实验装置的具体情况,对中子输运过程采取了“强迫碰撞”的办法,关于中子一次散射的贡献采取了“指向概率”的办法。为了提高计算效率,对于放置在样品架上不同角度的4个样品(大小结构相同)同时记录贡献。计算结果与实验估算基本一致。     

高温稠密等离子体电子离子直接碰撞激发截面的理论研究

应用含温有界平均原子模型,采用Younger公式和分波法研究了高温稠密等离子体内电子离子直接碰撞激发的截面。在激发阈值附近,发现了分波共振现象,并对这个现象产生的机制作了分析。     

高能重离子碰撞中能量密度和粒子密度数值分析

分别用无穷级数展开方法和数值积分计算中的高斯-拉盖尔求积法对高能重离子碰撞中能量密度和粒子密度数值进行计算，并对结果及级数展开中的高次项和一次项的大小进行了比较。结果表明：高斯-拉盖尔方法可以作为一种实用的算法应用在高能重离子碰撞的计算中。     

离散纵标法中射线效应消除理论方法研究

离散纵标法在计算大空腔、强吸收介质模型时会存在射线效应问题,使得通量密度呈现出空间震荡如锯齿波纹状分布。本文描述和分析射线效应及其产生原因,由于离散纵标法在求解输运方程时只沿特定的方向进行,把原来连续的方向变量转换成有限离散方向求解,而离散求积组不具备完整描述输运问题通量密度分布的能力。通过对主流方法进行研究分析,采取首次碰撞源方法作为目前主要的研究方向,自主开发了多维射线效应消除程序RAY,基准题的计算表明RAY能够有效地减弱射线效应。     

基于蒙特卡罗抽样和最大-最小法的地震易损度算法研究

本文探索并研究了一种新的地震易损度算法,基于蒙特卡罗(MC)抽样和最大-最小法计算了单个设备和多个设备组合的最小割集的易损度。最小割集包括3种类型：纯地震失效最小割集、包含非事件的最小割集、地震失效和随机失效混合割集。对于仅包含地震失效的事故序列,可直接采用基于蒙特卡罗抽样和最大-最小法的易损度算法进行计算。涉及地震失效和随机失效混合的事故序列,可采用极限近似方法(MCUB)或其他割集定量化算法进行计算。经对比,基于蒙特卡罗抽样和最大-最小法的地震易损度算法计算结果与理论值一致,为工程应用中的地震易损度计算提供了另一种可行的算法。     

基于蒙特卡罗抽样和最大-最小法的地震易损度算法研究

本文探索并研究了一种新的地震易损度算法,基于蒙特卡罗（MC）抽样和最大-最小法计算了单个设备和多个设备组合的最小割集的易损度。最小割集包括3种类型：纯地震失效最小割集、包含非事件的最小割集、地震失效和随机失效混合割集。对于仅包含地震失效的事故序列,可直接采用基于蒙特卡罗抽样和最大 最小法的易损度算法进行计算。涉及地震失效和随机失效混合的事故序列,可采用极限近似方法（MCUB）或其他割集定量化算法进行计算。经对比,基于蒙特卡罗抽样和最大 最小法的地震易损度算法计算结果与理论值一致,为工程应用中的地震易损度计算提供了另一种可行的算法。     

重离子单粒子翻转截面与γ累积剂量的关系研究

应用^252Cf源和^60Coγ源进行单粒子翻转斋与γ累积剂量的关系研究，实验结果表明，静态加电和不加电状态下，γ累积剂量对单粒子翻转截面的影响不大，无明显的规律。动态测量状态下，在存储单元中写入相同数据时，器件的单粒子翻转截面随累积剂量的增加而增大。在实验中把存储单元中的数据相反，会使器件的单粒子翻转截面水经^60Coγ源辐照时的水平，甚至更低，从而抵消了累积剂量对单粒子翻转截面的影响。     

相关抽样方法在中子、光子输运中的应用

介绍了相关抽样方法在中子、光子输运中的应用,并给出了两个具体例子。相关抽样方法是蒙特卡罗方法中一种有效的方差减小技术,主要适应于计算系统参数发生小改变时输出结果的变化量,并可以在一次计算中同时给出多个相似系统（系统参数差异不大）的结果。     

基于蒙特卡罗程序的热管微堆少群截面制作方法研究

为了提高热管微堆物理计算效率,基于栅元均匀化-堆芯输运计算两步法,从各向异性散射、燃料均匀化模型、泄漏修正、能群结构等方面,开展了基于蒙特卡罗程序的热管微堆输运计算所需少群截面制作方法研究。数值结果表明：采用输运修正、泄漏修正等方法,并且外围燃料采用专门的“燃料-反射层”均匀化模型,两步法计算得到的有效增殖因子（k_eff）偏差小于100pcm（1pcm=10⁻⁵）,功率分布偏差小于3%,控制鼓总价值偏差小于5%,且堆芯输运计算代价比蒙特卡罗一步法全堆计算小2个量级。因此,本文研究的栅元均匀化-堆芯输运两步法满足工程设计的精度要求,同时大幅提高了热管微堆物理计算效率。     

基于蒙特卡洛程序的快堆少群截面制作方法研究

为了提高快堆中子学分析精度,解决传统确定论方法制作快堆少群截面面临的复杂共振问题,基于组件均匀化-堆芯输运计算两步法,从各向异性散射、能群结构、泄漏修正等方面,开展了采用蒙特卡洛程序制作堆芯输运计算所需的组件均匀化少群截面的方法研究。数值结果表明：采用蒙特卡洛程序制作快堆少群截面,可以很好地处理中等质量核素的共振效应;采用1阶散射截面或者输运修正后的少群截面可以有效考虑各向异性散射的影响;少群截面的能群数目减小会导致堆芯有效增殖因子（k_eff）减小;泄漏修正会导致堆芯k_eff增大。采用蒙特卡洛程序制作快堆少群截面,堆芯输运得到的k_eff偏差小于100pcm（1pcm=10⁻⁵）,功率分布偏差小于2%。     

基于非结构网格的蒙特卡罗重要性抽样方法研究

为改善传统的依赖结构网格有限差分离散纵标（S_N）程序确定粒子重要性分布的一致性共轭驱动重要抽样（CADIS）方法的建模和计算精度,以进一步提高其处理复杂几何深穿透问题的能力,本文开发了基于S_N-间断有限元方法（DFEM）的并行三维非结构网格中子-光子耦合输运计算程序NECP-SUN,并将其作为共轭求解器与蒙特卡罗程序NECP-MCX耦合,研究并实现了全自动的非结构网格CADIS方法。对HBR-2基准题和中国聚变工程试验堆（CFETR）环向场磁体线圈盒快中子注量率的计算结果表明：较传统CADIS方法,非结构网格CADIS方法对复杂几何的适应性更强,取得的结果相对统计偏差更低、更接近实测值;较直接蒙特卡罗计算,非结构网格CADIS方法的品质因子（FOM）提高了1~3个量级。因此,本文研究的非结构网格CADIS方法能够较好地处理复杂几何深穿透问题。     

用薄靶厚衬底方法测量电子碰撞引起的K壳层电离截面

用能谱仪测量特征X射线,从而导出元素钛和钒的K壳层电离截面。为克服制靶困难,实验中采用薄靶厚衬底方法。通过电子输运计算,由厚衬底产生的反射电子对计数的影响得以修正。将结果和Green等的半经验公式以及Jessenberger等的测量数据进行了比较。     

深穿透跨尺度辐射场分析软件NECP-MCX研发及应用

西安交通大学核工程计算物理实验室自主研发了深穿透跨尺度辐射场分析软件NECP-MCX。针对大空间伽马射线辐射输运模拟、聚变堆停堆剂量模拟和点源屏蔽问题等新应用场景下的新问题与新挑战,在NECP-MCX中研发了对应的新方法与新功能。针对km尺度的伽马射线辐射输运问题,提出一致性共轭驱动重要性抽样(CADIS)-下次事件估计器(NEE)耦合方法,该方法能够精确高效地获得km尺度距离处的光子通量密度,计算效率比传统的NEE高6.8倍;针对聚变堆停堆剂量问题,采用粒子输运-燃耗-活化-源项耦合分析方法,获得PF线圈、TF线圈、真空室和偏滤器处停堆剂量随停堆时间的变化;对于点源屏蔽问题,提出首次碰撞源(FCS)-CADIS方法,解决CADIS方法对点源进行源偏倚的局限性,FCS-CADIS方法的计算效率比CADIS方法高2倍。     

基于弦长抽样方法的弥散燃料蒙特卡罗中子输运模拟

弥散燃料因具有燃耗深、包容裂变产物能力强和导热性好等优点而被广泛应用于新型核能系统设计中。然而,弥散燃料因其燃料颗粒在基体材料中的随机分布特性给传统中子输运模拟方法带来了新挑战。基于弦长抽样法发展了弥散燃料蒙特卡罗中子输运计算方法和数值模拟程序,其可以实现弥散燃料的在线建模,充分考虑中子输运过程中燃料颗粒在基体材料中的随机分布特性,快速获得准确可靠的中子输运模拟结果。利用数值例题对本文方法及程序开展了基准验证,证明了本文方法及程序在弥散燃料临界计算中的正确性。     

对微分截面测量值进行修正的直接蒙特卡罗方法

为了对实验测量的微分截面进行修正,通常都采用迭代方法,本文提出的直接蒙特卡罗方法不需要进行迭代,可以实现一次计算便完成修正。通过实际例子的计算表明,直接方法的效率比迭代方法的效率有明显提高。     

托卡马克等离子体粒子输运方程的半解析研究

粒子约束和输运特性的研究是磁约束聚变物理研究最基本的和最重要的课题之一。大量实验表明粒子约束好坏不仅直接影响等离子体储能,而直接与总体能量约束时间有关,而且粒子密度的剖面分布与约束模式有内在的联系。这里的粒子除工作粒子(一般指氢、氘)外,也包括杂质。文献[1]对杂质输运方程的一般特性进行了系统研究,本文将该文所述方法