中子輸運連續能量伴隨蒙特卡羅方法

《中子輸運連續能量伴隨蒙特卡羅方法》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由沈華韻擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：中子輸運連續能量伴隨蒙特卡羅方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：沈華韻
• 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所

項目摘要

伴隨理論已廣泛套用于敏感性分析、動態參數計算、探測器回響計算等中子物理學問題的研究。計算伴隨通量是此類研究的關鍵環節。目前，求解中子輸運伴隨方程時，無論是蒙特卡羅(MC)方法還是確定論方法，均需採用分群近似。可見，連續能量伴隨方程的直接求解仍是有待解決的難題。近期，國內外均發展了基於連續能量的中子伴隨通量近似計算方法。. 本項目將從分析連續能量伴隨計算的難點出發，擬通過伴隨截面的定義和伴隨蒙卡方法的發展，徹底解決連續能量伴隨計算難題。即，本項目將以往單一的算法研究拓展到參數+算法，伴隨截面在計算中的作用類似於ACE截面在MCNP中的作用，是實現伴隨計算的基石，使得伴隨計算非常類似於中子輸運過程的模擬，可採用現有成熟方法。基於伴隨截面，發展連續能量伴隨蒙卡方法，研製相應的程式並進行驗證。最終，形成一套完整的包含伴隨截面庫、計算方法與程式的中子連續能量伴隨蒙卡計算體系和模擬能力。

結題摘要

數值模擬是中子物理學研究的重要技術手段。由於伴隨通量廣泛用於敏感性分析、動態參數計算、探測器回響計算等物理問題的研究，使得中子輸運伴隨方程的數值求解能力具有重要的實際套用價值。針對僅能基於分群近似求解伴隨方程的現狀，開展了本項目的研究，以期獲得中子輸運連續能量伴隨蒙卡方法。 首先，在對比分析了蒙卡方法求解輸運問題與伴隨問題異同點的基礎上，明確了中子核反應過程的有效模擬是蒙卡方法求解中子輸運連續能量伴隨方程的難點所在；其次，提出了基於伴隨截面的連續能量中子輸運伴隨蒙卡方法，給出了伴隨截面的詳細定義，發展了基於ACE格式的中子截面參數計算伴隨截面的方法，解決了連續能量伴隨計算難題；最後，給出了中子輸運伴隨問題的蒙卡模擬流程，研製了伴隨截面與伴隨蒙卡計算模組，包括基於回響函式實現源中子的抽樣、逆中子運動方向實現空間輸運和基於伴隨截面實現由出射中子信息反求入射中子的信息。 與此同時，圍繞粒子輸運蒙卡程式NPTS的發展完善開展了系列工作，包括中子-光子耦合輸運功能、粒子輸運點通量與針孔成像計算功能、三維輻射場高效計算功能、大規模問題的高效並行計算功能、自動動態權窗降方差計算功能、基於TMS的線上溫度效應處理功能、基於連續能量蒙卡的多群截面計算功能、系統化的考核驗證。上述工作有效地提升了NPTS程式的模擬功能、效率與可靠性。 在該基金項目資助下，項目組成員圍繞中子輸運數值模擬方法發表了9篇SCI論文和1篇EI論文，申請獲得了2項軟體著作權（粒子輸運蒙特卡羅模擬平台軟體2018SR923471和擴散方程並行數值模擬平台軟體2018SR923464），完成了兩項技術成果轉化，培養了1名博士後和2名碩士研究生。