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北大核心 CSTPCD CSCD CA CBST SA
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摘要: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。
[博士论文] 张澍
核科学与技术 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:蒙特卡罗方法能够精细描述和处理反应堆物理过程,是反应堆高保真粒子输运模拟的重要工具,但其收敛速度慢是固有的理论缺陷,成为工程实际应用中的突出障碍。反应堆高保真粒子输运模拟要求得出精细且全局收敛的计算结果,存在大尺度、深穿透、厚屏蔽以及几何、材料分布不均匀等问题,会导致全局收敛速度不均匀,达到收敛耗时极长;另一方面,裂变堆分析中还存在裂变源分布不均匀,计数器数量巨大等问题。本文基于超级蒙卡核模拟软件系统SuperMC,针对上述问题,进行加速方法的研究。主要内容及创新如下:
  1)针对反应堆高保真粒子输运模拟中全局收敛速度慢问题,发展了基于相空间粒子密度均匀性的自适应优化全局计算效率的全局权窗产生器,将粒子均匀输运到整个模型空间以加速全局收敛。在全局减方差方法的基础上,本文进一步研究了全局-局部耦合收敛加速方法:将全局权窗作为计算输入的一部分,可显著提升传统的权窗产生器的收敛加速效果。以乏燃料储存池模型进行测试,与直接模拟相比,全局计算时衡量计算收敛速度的品质因子(FOM)提升千余倍;对所选取的局部计数目标的FOM提升百余倍。
  2)针对裂变堆全堆芯模拟收敛速度不均匀的问题,本文发展了一种全局权窗产生器-裂变源均匀化耦合加速方法:一方面根据裂变源均匀化方法初步实现临界源粒子的均匀分布,同时应用全局权窗产生器实现对输运过程的偏倚;另一方面,裂变源均匀化方法可根据源粒子密度分布偏倚源粒子的初始权重,使其与全局权窗的参数相适应,从而进一步提高了计算效率。对Hoogenboom全堆基准例题的测试表明,与直接模拟相比,热群通量分布的计算FOM提升约30倍,快群通量分布的计算FOM提升约20倍。
  3)针对大规模计数问题,本文发展了一种基于计数辅助树的大规模计数方法,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。对Hoogenboom例题全堆芯六百万栅元进行计数时,计数耗时仅为输运耗时的4%,与传统遍历查找计数方法比,显著提高了计算效率。
  为了验证本文方法对实际反应堆工程模型的适用性,采用了ITER发布的C-Lite基准模型与压水堆基准模型BEAVRS进行了验证。与直接模拟相比,该方法使得C-Lite模型屏蔽计算FOM因子提高百余倍,BEAVRS模型通量分布计算FOM提升约10~20倍,说明了本文发展的方法在实际工程应用中具有明显的加速效果。
摘要:搜寻X射线双星并建立大规模样本是解决众多科学问题(如“银河系中有多少黑洞X射线双星?黑洞和中子星之间有无质量间隙?球状星团中有无黑洞?”等)的基础.爱因斯坦探针卫星拥有更灵敏的探测能力,将在运行的几年之中,预计可以发现一批新的中子星和黑洞X射线双星,研究其空间和动力学质量分布成为解决上述问题的关键.
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