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蒙特卡罗粒子输运方法及应用研究 被引量:1
1
作者 邓力 李刚 +8 位作者 张宝印 李瑞 张玲玉 付元光 刘鹏 马彦 史敦福 王鑫 秦桂明 《核动力工程》 北大核心 2025年第3期1-17,共17页
蒙特卡罗(MC)粒子输运方法应用概率论随机理论与数理统计知识开发相应程序,并借助计算机工具帮助核领域解决各种粒子输运物理问题。经过70多年的发展,MC粒子输运方法理论和算法已经逐步成熟,先后诞生了多代多个程序软件,在核辐射屏蔽、... 蒙特卡罗(MC)粒子输运方法应用概率论随机理论与数理统计知识开发相应程序,并借助计算机工具帮助核领域解决各种粒子输运物理问题。经过70多年的发展,MC粒子输运方法理论和算法已经逐步成熟,先后诞生了多代多个程序软件,在核辐射屏蔽、核反应堆堆芯临界安全分析、核探测及核医学等传统领域广泛应用。本文从MC粒子输运的理论基础介绍开始,给出了MC方法求解积分形式中子输运方程的中子通量密度公式,以及中子通量密度响应量的计算方法,同时概述了求解输运方程的确定论方法分类,介绍了MC粒子输运方法发展历程和计算应用经历的阶段,以及国内外重要的MC粒子输运分析软件,还有近期国际上采用图形处理单元(GPU)技术发展MC粒子输运软件的方向和进展。同时对自主研制的MC粒子输运软件JMCT的功能和特色进行系统性介绍。 展开更多
关键词 蒙特卡罗(MC)方法 粒子输运 并行计算 JMCT 人工智能
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蒙特卡罗粒子输运程序JMCT研制 被引量:49
2
作者 李刚 张宝印 +2 位作者 邓力 胡泽华 马彦 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期158-162,共5页
介绍了具有自主知识产权的蒙特卡罗(MC)粒子输运程序JMCT的初步研制成果。JMCT基于三维组合几何支撑软件框架JCOGIN,采用模块化,分成多层管理结构,可处理多群碰撞和连续能量碰撞,可进行粒子并行和区域分解并行两种并行方法,并具有良好... 介绍了具有自主知识产权的蒙特卡罗(MC)粒子输运程序JMCT的初步研制成果。JMCT基于三维组合几何支撑软件框架JCOGIN,采用模块化,分成多层管理结构,可处理多群碰撞和连续能量碰撞,可进行粒子并行和区域分解并行两种并行方法,并具有良好的可扩展性和高速通信技术,同时配有可视化建模前处理软件。介绍了JMCT采用的多群物质碰撞机制,展示了程序模拟计算测试模型的结果,与MCNP程序计算结果一致。JMCT串行计算速度相比MCNP提高了约3倍;在20 480个处理器核上模拟2×109样本,并行效率可达70%。 展开更多
关键词 JCOGIN框架 蒙特卡罗方法 粒子输运 JMCT程序
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JMCT蒙特卡罗中子-光子输运程序全堆芯pin-by-pin模型的模拟 被引量:12
3
作者 邓力 李刚 +5 位作者 张宝印 上官丹骅 李树 胡泽华 马彦 姬志成 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1061-1066,共6页
几何栅元数超过千万、计数达数十亿、模拟粒子数达数百亿规模的反应堆全堆芯pin-by-pin问题是目前国际公认的挑战计算机和计算方法的难题。由于巨大的数据量已超过单核内存的极限,必须进行空间区域分解和数据分解。本文利用基于JCOGIN... 几何栅元数超过千万、计数达数十亿、模拟粒子数达数百亿规模的反应堆全堆芯pin-by-pin问题是目前国际公认的挑战计算机和计算方法的难题。由于巨大的数据量已超过单核内存的极限,必须进行空间区域分解和数据分解。本文利用基于JCOGIN实体组合几何框架自主开发研制的三维中子-光子输运蒙特卡罗程序JMCT,通过空间区域分解和嵌套并行,完成了对大亚湾核电站1号机组反应堆全堆芯pin-by-pin模型的建模和模拟,计算给出了每个pin的注量率分布及其误差。 展开更多
关键词 pin-by-pin 空间区域分解 嵌套并行计算 蒙特卡罗 JCOGIN JMCT
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三维多群P_5中子输运蒙特卡罗程序MCMG及检验 被引量:14
4
作者 邓力 胡泽华 +1 位作者 李刚 李树 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期943-948,共6页
本工作介绍了自主开发研制的三维多群P5中子输运蒙特卡罗程序MCMG及从ENDF/B-Ⅶ库制作的47群P5中子截面库G47B7P5N。MCMG程序发展了针对物质的碰撞机制,适合ANISN格式和非标准ANISN格式的多群中子截面。程序计算了6个临界基准模型和2个... 本工作介绍了自主开发研制的三维多群P5中子输运蒙特卡罗程序MCMG及从ENDF/B-Ⅶ库制作的47群P5中子截面库G47B7P5N。MCMG程序发展了针对物质的碰撞机制,适合ANISN格式和非标准ANISN格式的多群中子截面。程序计算了6个临界基准模型和2个外源问题,模拟取得了与实验和连续截面MCNP程序一致的结果,计算速度较MCNP程序提高3倍以上。 展开更多
关键词 三维多群P5 蒙特卡罗 中子输运 碰撞机制
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三维多群中子输运蒙特卡罗程序MCMG-Ⅱ基准检验 被引量:9
5
作者 邓力 胡泽华 +1 位作者 陈朝斌 李刚 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第B12期32-36,共5页
三维多群P3中子输运蒙特卡罗程序MCMG通过版本更新和功能扩充,能够配备各种多群微观、宏观截面库,截面输入文件进一步简化,版本从Ⅰ发展到Ⅱ,参数更新到ENDF/B-Ⅶ库。程序发展了针对物质的碰撞机制,具有并行计算功能。对于12个临... 三维多群P3中子输运蒙特卡罗程序MCMG通过版本更新和功能扩充,能够配备各种多群微观、宏观截面库,截面输入文件进一步简化,版本从Ⅰ发展到Ⅱ,参数更新到ENDF/B-Ⅶ库。程序发展了针对物质的碰撞机制,具有并行计算功能。对于12个临界基准问题和1个外源问题,MCMG-Ⅱ计算取得了与实验和连续截面MCNP-5程序一致的结果,计算速度较MCNP-5提高了3~6倍。 展开更多
关键词 三维多群 P3 蒙特卡罗 中子输运 碰撞机制 并行化
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蒙特卡罗区域分解并行计算中确保串并行结果一致的伪随机数应用 被引量:7
6
作者 李刚 张宝印 +5 位作者 邓力 上官丹骅 李瑞 马彦 付元光 胡小利 《计算物理》 CSCD 北大核心 2017年第1期67-72,共6页
物理建模的精细化和三维模拟给蒙特卡罗粒子输运计算的规模成千上万倍的增加,甚至超过单核内存的最大规模,仅仅依靠传统的粒子并行蒙特卡罗计算无法实现对模型模拟,区域分解并行是可能的解决方法之一.然而区域分解带来了粒子在各区域间... 物理建模的精细化和三维模拟给蒙特卡罗粒子输运计算的规模成千上万倍的增加,甚至超过单核内存的最大规模,仅仅依靠传统的粒子并行蒙特卡罗计算无法实现对模型模拟,区域分解并行是可能的解决方法之一.然而区域分解带来了粒子在各区域间进行迁移,导致现有的伪随机数应用方式无法确保串行计算和并行计算的结果一致.针对这种现象,本文提出赋予粒子随机数属性和动态派生次级粒子随机数的技巧来确保区域分解并行计算的串并行结果一致. 展开更多
关键词 伪随机数 蒙特卡罗方法 区域分解并行 JCOGIN框架 JMCT程序
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组合几何蒙特卡罗粒子输运支撑软件框架JCOGIN介绍 被引量:11
7
作者 张宝印 李刚 邓力 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期173-176,共4页
介绍了JCOGIN支撑软件框架层次式、模块化的体系结构及其核心数据结构。这些使得JCO-GIN软件框架能够支撑大规模复杂几何的蒙特卡罗(MC)粒子输运并行计算。同时介绍了在JCOGIN支撑软件框架下研发的JMCT程序,并进行了性能测试,在2万处理... 介绍了JCOGIN支撑软件框架层次式、模块化的体系结构及其核心数据结构。这些使得JCO-GIN软件框架能够支撑大规模复杂几何的蒙特卡罗(MC)粒子输运并行计算。同时介绍了在JCOGIN支撑软件框架下研发的JMCT程序,并进行了性能测试,在2万处理器核上模拟20亿粒子,并行效率达到70%。 展开更多
关键词 JCOGIN 支撑软件框架 蒙特卡罗粒子输运 组合几何 并行计算
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MCMG蒙特卡罗多群-连续截面耦合中子输运计算 被引量:5
8
作者 邓力 胡泽华 +3 位作者 李刚 李树 沈尧松 师学明 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期329-333,共5页
本文针对多群蒙特卡罗计算省时但共振自屏处理存在缺陷,以及连续截面蒙特卡罗输运计算精度高但计算费时的问题,发展了一种多群-连续截面耦合计算方法。该方法在自主研发的三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗程序MCMG中得到应用,通过多个模... 本文针对多群蒙特卡罗计算省时但共振自屏处理存在缺陷,以及连续截面蒙特卡罗输运计算精度高但计算费时的问题,发展了一种多群-连续截面耦合计算方法。该方法在自主研发的三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗程序MCMG中得到应用,通过多个模型的计算验证了方法的有效性。MCMG耦合计算取得了与连续点截面MCNP程序一致的结果,其计算速度较MCNP的提高了1倍左右。 展开更多
关键词 蒙特卡罗 共振自屏 多群-连续截面耦合计算 MCMG MCNP
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组合几何Monte Carlo粒子输运支撑软件框架JCOGIN的研发 被引量:6
9
作者 张宝印 李刚 +1 位作者 邓力 莫则尧 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第B12期448-452,共5页
为实现核反应堆pin-by-pin精细Monte Carlo粒子输运模拟,研发了组合几何Monte Carlo粒子输运支撑软件框架JCOGIN以支撑千万个几何体、百亿个粒子的Monte Carlo粒子输运大规模并行计算。JCOGIN框架采用层次式、模块化的体系结构设计了适... 为实现核反应堆pin-by-pin精细Monte Carlo粒子输运模拟,研发了组合几何Monte Carlo粒子输运支撑软件框架JCOGIN以支撑千万个几何体、百亿个粒子的Monte Carlo粒子输运大规模并行计算。JCOGIN框架采用层次式、模块化的体系结构设计了适应现代高性能计算机体系结构特征的数据结构,在此基础上实现了对粒子并行与区域分解相耦合的两级并行计算的支撑。在JCOGIN框架下研发了JMCT程序,并进行性能测试,在2万个处理器核上并行效率达70%;基于区域分解完成了大亚湾全堆芯pin-by-pin模型模拟,几何体数达千万,粒子数达百亿。 展开更多
关键词 JCOGIN框架 组合几何 两级并行计算 MONTE Carlo粒子输运
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基于JMCT秦山核电厂一期反应堆屏蔽计算与分析 被引量:9
10
作者 邓力 李瑞 +5 位作者 丁谦学 邱有恒 李刚 付元光 史敦福 刘鹏 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期173-179,共7页
秦山核电厂一期的运行时间已超过三十年,该反应堆为我国核反应堆建造、运行、延寿乃至退役,提供了丰富的实测数据,为我国新一代反应堆核电厂—华龙一号的设计、建造、运行、维护提供了宝贵的参考数据。本文利用秦山核电厂一期反应堆压... 秦山核电厂一期的运行时间已超过三十年,该反应堆为我国核反应堆建造、运行、延寿乃至退役,提供了丰富的实测数据,为我国新一代反应堆核电厂—华龙一号的设计、建造、运行、维护提供了宝贵的参考数据。本文利用秦山核电厂一期反应堆压力容器的母材段、焊缝段及主管道测试数据,对自主研制的三维中子-光子-电子输运蒙特卡罗软件(JMCT)进行实验验证,模拟结果显示,JMCT软件屏蔽计算具有很高的模拟置信度,计算分辨率超越商业软件1~2个量级。 展开更多
关键词 秦山核电厂一期 母材段 焊缝段 主管道 JMCT
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粒子输运蒙特卡罗模拟现状概述 被引量:34
11
作者 邓力 李刚 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期791-798,共8页
蒙特卡罗(MC)方法发展已有60多年历史,广泛应用于核科学及相关领域.MC方法超强的几何处理能力,使用精密的连续点截面参数,能够模拟各种复杂几何系统内的中子、光子、电子、α粒子、质子及其耦合输运问题.随着计算机的快速发展,通过大规... 蒙特卡罗(MC)方法发展已有60多年历史,广泛应用于核科学及相关领域.MC方法超强的几何处理能力,使用精密的连续点截面参数,能够模拟各种复杂几何系统内的中子、光子、电子、α粒子、质子及其耦合输运问题.随着计算机的快速发展,通过大规模并行计算,MC方法及程序已成为模拟各种粒子输运问题的首选工具. 展开更多
关键词 蒙特卡罗 复杂几何 粒子输运 并行计算 首选工具
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三维中子-光子输运的蒙特卡罗程序MCMG 被引量:4
12
作者 邓力 胡泽华 +3 位作者 李刚 李树 上官丹骅 姬志成 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期163-168,共6页
三维中子-光子输运蒙特卡罗程序MCMG发展了针对物质的碰撞机制,几何块、几何面动态可扩展,随机数周期进一步扩大到261。可进行多群-连续截面耦合计算,多群散射展开到P5,并考虑了中子上散射,程序配备了通用和专用多群截面库。MCMG模拟取... 三维中子-光子输运蒙特卡罗程序MCMG发展了针对物质的碰撞机制,几何块、几何面动态可扩展,随机数周期进一步扩大到261。可进行多群-连续截面耦合计算,多群散射展开到P5,并考虑了中子上散射,程序配备了通用和专用多群截面库。MCMG模拟取得了与MCNP程序和实验一致的结果,串行计算速度较MCNP快2~4倍,可进行上万处理器核的并行计算。 展开更多
关键词 中子-光子输运 多群P5散射 多群-连续截面耦合 MCMG程序
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通用型Monte Carlo粒子输运模拟软件JMCT的计数功能设计 被引量:3
13
作者 上官丹骅 李刚 +1 位作者 邓力 张宝印 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第B12期640-644,共5页
本文提出了一种新的延时累加算法。基于底层的JCOGIN(J combinatorial geometry Monte Carlo transport infrastructure)框架和新的延时累加算法,通用型Monte Carlo中子-光子输运模拟软件JMCT的计数能力得到了较大提高。对所考察的非重... 本文提出了一种新的延时累加算法。基于底层的JCOGIN(J combinatorial geometry Monte Carlo transport infrastructure)框架和新的延时累加算法,通用型Monte Carlo中子-光子输运模拟软件JMCT的计数能力得到了较大提高。对所考察的非重复结构的单层几何模型问题,JMCT的计数效率较MCNP 4C程序所采用的list scoring技巧高约28%;对于较复杂的重复结构几何模型问题,JMCT的大规模精细计数效率比MCNP 4C高约两个量级。JMCT目前的计数能力为反应堆物理分析及多燃耗步计算奠定了良好的基础。 展开更多
关键词 JMCT JCOGIN 延时累加算法 MONTE CARLO方法 计数
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非线性中子输运问题的蒙特卡罗模拟 被引量:7
14
作者 李树 田东风 邓力 《计算物理》 CSCD 北大核心 2008年第4期477-482,共6页
针对考虑中子之间相互碰撞的非线性中子输运方程,提出一种线性化近似处理方法,导出相应的积分输运方程,利用蒙特卡罗方法求解此方程,数值实验表明算法的有效性,为研究超高能中子产生与输运问题提供了必要的模拟工具.
关键词 非线性 中子输运方程 蒙特卡罗方法 超高能中子
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MCMGP_3三维多群P_3近似蒙特卡罗中子输运程序基准检验 被引量:5
15
作者 邓力 谢仲生 +1 位作者 张建明 李树 《计算物理》 CSCD 北大核心 2000年第5期525-531,共7页
三维多群P3 近似MonteCarlo中子输运程序MCMGP3是为反应堆临界安全计算设计的 ,它是从连续点截面中子—光子耦合输运MonteCarlo程序MCNP发展而来 ,程序用多群截面代替了MCNP程序的连续点截面 ,但保留了MCNP程序的几何处理能力 ,计数能... 三维多群P3 近似MonteCarlo中子输运程序MCMGP3是为反应堆临界安全计算设计的 ,它是从连续点截面中子—光子耦合输运MonteCarlo程序MCNP发展而来 ,程序用多群截面代替了MCNP程序的连续点截面 ,但保留了MCNP程序的几何处理能力 ,计数能力和降低方差技巧及图形功能。能群数可扩展 ,使用宏观截面或微观截面均可 ,中子角分布采用P3 近似和广义Gaussian求积。多个基准问题结果显示 ,MCMGP3程序结果与其它方法计算结果符合很好 ,计算还表明在同样计算精度下 ,MCMGP3程序的计算时间较MCNP程序少得多。此外 ,MCMGP3程序还实现了与WIMS程序的连算 ,可作反应堆全堆数值模拟。 展开更多
关键词 三维多群 P3近似 基准检验 中子输运程序 CM
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MCNP程序几何描述能力扩展及应用测试 被引量:3
16
作者 刘镇洲 李刚 +1 位作者 邓力 柴晓明 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期458-461,共4页
为使MCNP程序能模拟数百万规模的反应堆"pin-by-pin"问题和医学体素模型,本文对MCNP程序进行了改进,使几何块、几何面数量可扩展。改进后的程序对硼中子俘获治疗(BNCT)的人体大脑进行几何建模,栅元数量达百万量级;计算了大脑... 为使MCNP程序能模拟数百万规模的反应堆"pin-by-pin"问题和医学体素模型,本文对MCNP程序进行了改进,使几何块、几何面数量可扩展。改进后的程序对硼中子俘获治疗(BNCT)的人体大脑进行几何建模,栅元数量达百万量级;计算了大脑的中子、光子吸收剂量率随深度的变化,为大脑BNCT提供理论支持。此外,对百万规模的"Like n But"重复结构模型进行了串、并行测试,验证了几何规模扩展后程序计算的正确性。 展开更多
关键词 MCNP 几何规模 扩展 重复结构 硼中子俘获治疗
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Am-Be中子源辐射场周围剂量当量与吸收剂量的计算 被引量:9
17
作者 刘镇洲 陈金象 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期11-15,共5页
根据最近更新的微观中子核反应截面数据(ENDF/B-Ⅶ库)计算了热中子到20 MeV中子能区,H、C、N、O、Ar 5种元素以及干燥空气和ICRU四元素组织的中子比释动能系数(kerma因子)。在此基础上,结合MCNP程序对Am-Be源外中子能谱的模拟,计算了Am... 根据最近更新的微观中子核反应截面数据(ENDF/B-Ⅶ库)计算了热中子到20 MeV中子能区,H、C、N、O、Ar 5种元素以及干燥空气和ICRU四元素组织的中子比释动能系数(kerma因子)。在此基础上,结合MCNP程序对Am-Be源外中子能谱的模拟,计算了Am-Be源中子场的周围剂量当量,单位中子注量下为373.0 pSv.cm2。利用本实验室计算国产Am-Be源的中子能谱,算得相应中子场的周围剂量当量为374.0 pSv.cm2,距离该源1 m处空气对中子和γ射线的吸收剂量率分别为1.457×10-2和1.580×10-1μGy/(GBq.h)。 展开更多
关键词 比释动能系数 周围剂量当量 吸收剂量率 MCNP程序
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蒙特卡罗程序MCNP-Ⅱ与MCNP-5并行效率比较 被引量:3
18
作者 邓力 张文勇 +1 位作者 徐涵 李刚 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2009年第A01期185-187,213,共4页
通过MCNP-5程序MPI并行功能开发,与早前作者对MCNP-4C串行程序进行MPI并行化的程序MCNP-Ⅱ进行比较,两个程序均能运行在YH大型并行计算机上,且不同规模、不同处理器的计算结果基本一致。比较显示,MC-NP-Ⅱ在计算效率和并行可扩展性方面... 通过MCNP-5程序MPI并行功能开发,与早前作者对MCNP-4C串行程序进行MPI并行化的程序MCNP-Ⅱ进行比较,两个程序均能运行在YH大型并行计算机上,且不同规模、不同处理器的计算结果基本一致。比较显示,MC-NP-Ⅱ在计算效率和并行可扩展性方面均优于MCNP-5。 展开更多
关键词 蒙特卡罗 MCNP MPI 并行化 可扩展
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非定常粒子输运蒙特卡罗散射源分层抽样方法(英文) 被引量:2
19
作者 邓力 张文勇 +3 位作者 黄正丰 王瑞宏 许海燕 李树 《计算物理》 CSCD 北大核心 2005年第6期527-533,共7页
定常粒子输运蒙特卡罗并行计算是成功的,因为粒子游动是独立的,可以把模拟的粒子数等分到每个处理器去.然而,对非定常问题,由于每个时间步涉及散射源和几何网格的通讯,它严重的制约了并行规模,导致并行不可扩展.研究了两种算法,采用自... 定常粒子输运蒙特卡罗并行计算是成功的,因为粒子游动是独立的,可以把模拟的粒子数等分到每个处理器去.然而,对非定常问题,由于每个时间步涉及散射源和几何网格的通讯,它严重的制约了并行规模,导致并行不可扩展.研究了两种算法,采用自适应分配处理器,提高了加速比和处理器的利用率;采用蒙特卡罗分层抽样大大降低了处理器之间散射源的通讯量,并行可扩展性显著改善,取得了理想的加速比. 展开更多
关键词 非定常 蒙特卡罗输运 自适应处理器分配 散射源分层抽样
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提高超高能中子计算效率的蒙特卡罗抽样技巧 被引量:2
20
作者 李树 田东风 邓力 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期323-328,共6页
利用蒙特卡罗方法模拟中子与中子碰撞及超高能中子的产生与输运,原有抽样方法需要模拟大量样本方能使与超高能中子有关统计量的计算误差达到要求.针对ICF聚变靶中子输运问题的特点,发展一种"加权赌分裂抽样方法",以增加重要... 利用蒙特卡罗方法模拟中子与中子碰撞及超高能中子的产生与输运,原有抽样方法需要模拟大量样本方能使与超高能中子有关统计量的计算误差达到要求.针对ICF聚变靶中子输运问题的特点,发展一种"加权赌分裂抽样方法",以增加重要区域的抽样数、减少非重要区域的抽样数,同时通过权修正保证计算结果无偏.典型模型数值模拟计算结果显示,该方法能够有效增加聚变区的中子抽样数、增加中子相互碰撞数,使超高能中子通量计算误差显著降低,达到提高超高能中子计算效率的目的. 展开更多
关键词 蒙特卡罗方法 超高能中子 抽样方法 ICF聚变 中子输运
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