基于自动网格划分与权窗平滑的自适应减方差方法

如何更高效发挥减方差的作用是蒙特卡罗方法在先进核能系统屏蔽分析应用中的研究热点之一。本文发展了一种基于自动网格划分与权窗平滑的自适应减方差方法,在蒙特卡罗和确定论耦合的一致性伴随驱动的重要性抽样方法(Consistent Adjoint Driven Importance Sampling,CADIS)基础上,利用计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)自动转换和自由程自动划分SN网格,通过确定论方法伴随预计算,实现基于伴随通量的区域权窗参数自动配置,并对伴随通量变化剧烈区域进行权窗平滑处理,保证了粒子在不同区域的有效偏倚,进一步提高计算的效率,从而解决大空间蒙特卡罗计算难以收敛的问题。该方法已初步应用于中国铅基反应堆(China Lead-based Reactor,CLEAR)堆顶盖的屏蔽计算分析,该案例具有结构复杂、屏蔽材料厚重的特点,测试结果表明本方法将计算效率提高近10倍。     

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。     

基于多算法的电子剂量场反演方法

为了研究精确放射治疗中多算法的电子剂量场反演方法及反演效果,建立非线性规划电子剂量场反演模型,利用体外透射剂量重建全空间电子剂量场,并通过多种算法实现。采用7个例题测试结果表明:除NMinimize算法不能实现该模型外,其他算法都能实现,其中Levenberg-Marquardt算法最精确快速。进一步测试表明,利用接近电子射程的透射剂量会带来较大的反演误差(尾差),原因可能是能谱平均带来的,因此改进方法需考虑改进对平均能量的近似。但由于反演时间较短,精度高,可实现实时剂量场反演;并且每一种算法都有特点,为实现提供多方法的选择性,满足临床上对实时剂量验证的需要。     

基于CAD技术的特征线中子输运计算程序开发

特征线方法(Method of Characteristics,MOC)能否应用于复杂几何关键在于能否将特征线方法与有效的几何处理方法结合起来。本文在菱形差分特征线理论基础上,基于FDS团队自主研发的核与辐射输运计算自动建模软件MCAM的几何处理引擎,研发了基于CAD技术的特征线中子输运计算程序,并利用相关基准例题对程序进行了数值验证,其结果与参考值吻合良好,表明本文方法和程序的可行性、正确性与可靠性。     

网格权窗减方差技术及其在聚变堆屏蔽分析中应用研究

在聚变堆辐射屏蔽计算中,如何有效解决深穿透问题是近年来国际聚变辐射安全领域关注的焦点之一。针对该问题,本文研究了直角坐标系与圆柱坐标系下基于网格的权窗减方差技术。本文基于超级蒙卡核模拟软件系统SuperMC实现了该方法,并选取减方差技巧的基准例题进行测试与分析,初步得出"粗划真空或密度很小的区域、细分密度大的区域"的网格划分规律,能有效提高网格权窗计算效率。基于该规律对聚变屏蔽基准问题进行对比分析,新的网格划分与原始网格划分的计算效率相比,FOM因子提高了1.92倍。减方差技巧的基准例题和聚变屏蔽基准问题计算中,SuperMC通量计算结果与MCNP相比偏差均在0.5%以下,证明了本文中方法的正确性。     

基于放射治疗计划系统的二重癌风险预测分析

放疗引发二重癌,已成为威胁癌症患者生存质量的重要因素.本文对临床放疗引发的二重癌进行风险预测分析,并对基于二重癌风险预测的计划评估方式展开了探索性研究.选择临床胰腺癌病例,使用FDS团队自主研发的精确放射治疗软件系统(Accurate/Advanced Radiotherapy System,ARTS)设计两个调强放疗...     

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。     

MCNP源子程序在停机剂量率计算中的应用

在核聚变装置的停堆剂量率的计算中,通常采用MCNP程序来实现光子的输运计算,但由于聚变装置几何和材料的高度复杂性使得栅元数量庞大,同时由于标准MCNP在进行光子输运计算时,SDEF通用源卡只支持1 000个以下的栅元描述,因此直接采用SDEF通用源卡的方法无法实现聚变堆的停堆剂量率精确计算与分析。本论文采用MCNP内置源子程序方法直接对衰变光子源进行抽样,解决了SDEF通用源卡受限的问题。以国际热核聚变实验堆ITER最新发布的停机剂量率基准例题以及ITER-T426基准实验例题对源子程序进行了校验,结果表明了该方法的可用性与正确性。     

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。