[發(fā)明專利]一種基于蒙特卡羅自適應降低方差的輻射屏蔽計算方法

有效

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• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN104376217A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設計）人: 鄭華慶;宋婧;孫光耀;郝麗娟;吳宜燦
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;孟卜娟

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于蒙特卡羅自適應降低方差的輻射屏蔽計算方法，屬于核物理、核技術應用等領域中的輻射屏蔽計算分析方向。

背景技術

輻射屏蔽分析是核裝置物理設計與分析的關鍵環(huán)節(jié)。蒙特卡羅方法具備處理復雜幾何和模擬精細的物理過程的能力，因而在屏蔽分析方面應用越來越廣泛。對于厚屏蔽與結構復雜問題，由于模擬的粒子難以穿透介質繼續(xù)輸運，難以統(tǒng)計到有效的粒子，不僅計算效率難以接受且難以得到收斂的解。減方差方法可以加快蒙特卡羅方法的收斂速度，因此在應用蒙特卡羅方法解決屏蔽計算問題的過程中，有效地使用減方差方法是必不可少的。但是傳統(tǒng)減方差方法需要使用者具備豐富的經驗和反復的試算，才能得到比較好的效果。如何避免經驗式的減方差方法使用，如何更高效的發(fā)揮減方差方法的使用，是基于蒙特卡羅輻射屏蔽計算方法的關鍵技術之一。

減方差不僅僅是蒙特卡羅粒子輸運模擬問題加速的一種技巧，并且是得到答案所完全必須的條件。比如深穿透問題和管探測器問題，若不使用足夠的減方差技巧，將會因為許多因素而運行的很慢。因此，這就要求用戶必須很熟練的使用蒙特卡羅粒子輸運程序中的減方差技巧。

現(xiàn)有的蒙特卡羅粒子輸運程序中有四類減方差技術：截斷技術(能量截斷和時間截斷)、總體控制方法(幾何分裂與輪盤賭，能量分裂與輪盤賭，時間分裂與輪盤賭，權截斷和權窗)、修正抽樣方法(指數(shù)變換，隱俘獲，強迫碰撞，源偏倚)、部分確定性方法(點探測器，DXTRAN和相關抽樣)。其中權窗是應用最為廣泛的技術之一。

權窗是相空間的分裂和俄羅斯輪盤賭技巧，相空間可以是空間-能量、空間-時間或者空間。作為能量、幾何位置或者兩者的一部分，低權重粒子通過俄羅斯輪盤賭淘汰，高權重粒子分裂。這項技術可以使得權重分布保持在一個合理的界限內。

傳統(tǒng)的權窗減方差方法在使用的過程中，雖然實踐證明它的有效性和可用性，但它決不是解決所有重要抽樣問題的萬金油。多數(shù)情況下，用戶還要判斷計算出的權窗是否合理。用戶需牢記，產生的參數(shù)是統(tǒng)計結果，有可能帶很大誤差，除非在設置的相空間中已充分抽樣。為此，用戶應在使用權窗時預先給相空間粗略設置比較合理的重要性，經過計算-設置-再計算的多次過程才能得到較好的權窗；要對計算結果加以判斷，對那些值得懷疑的參數(shù)重新設置。對于使用經驗不足的用戶，反復調試權窗參數(shù)極為耗時。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于：克服傳統(tǒng)權窗減方差方法在操作中的不足(權窗減方差方法在操作中的不足是不行的，沒有與技術領域相結合，提供一種自適應降低方差的方法，使得用于基于蒙特卡羅的輻射屏蔽計算的粒子自動從源區(qū)域向計數(shù)區(qū)域進行偏倚，避免了傳統(tǒng)的基于經驗式權窗減方差的蒙特卡羅方法的使用，達到精確快速進行輻射屏蔽計算的效果。

本發(fā)明的技術方案如下：

本發(fā)明根據(jù)確定論方法伴隨通量計算結果的具體情況，進而計算得到蒙特卡羅正向模擬的重要性參數(shù)(源偏倚和權窗)；在正向粒子輸運模擬過程中，在根據(jù)上一步得到的重要性參數(shù)對粒子進行偏倚輸運的同時，對粒子徑跡進行保存，即給出每一個粒子經過的柵元(包括目標計算柵元，判斷粒子是否對目標計數(shù)有貢獻)，幫助用戶在模擬過程中自動干預調整幾何區(qū)域重要性參數(shù)的設置，并在后續(xù)計算中使用新的柵元重要性參數(shù)，在粒子輸運物理過程實現(xiàn)自動偏倚。

本發(fā)明所采用的技術方案實現(xiàn)如下：一種基于蒙特卡羅自適應降低方差的輻射屏蔽計算方法，包含如下步驟：

(1)基于蒙特卡羅的輻射屏蔽計算方法中初始減方差參數(shù)獲取：