空间辐射环境及人体剂量蒙特卡罗模拟

针对空间辐射环境进行了理论分析,并使用蒙特卡罗方法,对银河宇宙射线及典型太阳质子事件进行了模拟。通过分析常规屏蔽对空间辐射场及人体剂量的影响、屏蔽下的次级粒子产额等,验证了蒙特卡罗工具包Geant4应用于空间辐射防护研究的准确性。模拟发现：在常规屏蔽厚度的情况下,对于太阳质子事件,由于其能量主要分布在低能量段(100 MeV以下),屏蔽效果随屏蔽厚度的增加明显增大,1 g/cm2 Al等效厚度屏蔽皮肤剂量可降低至其初始剂量值的8%左右,10 g/cm2 Al等效厚度的屏蔽可降低至初始剂量值的048%左右;而对于银河宇宙射线,由于其平均能量较高,屏蔽层的屏蔽作用并不明显,在浅层组织剂量甚至有所增加。     

激光准直Cr原子束的实验研究

利用多普勒原理对Cr原子束进行横向准直.应用激光感生荧光技术稳定激光器的频率，把激光器的中心频率稳定在偏离Cr原子共振中心频率-5±0.26MHz的位置.根据理论计算出准直激光束的最小尺寸为13.7mm.根据实验数据选择合适的参数，实现利用多普勒原理横向准直Cr原子束，使原子束的横向分布缩小到原来的1/3. 关键词： 激光准直 激光感生荧光稳频 多普勒冷却     

H2在二维共价有机骨架上吸附的蒙特卡罗模拟研究

使用巨正则蒙特卡罗方法预测H2分子在六种具有不同结构和组分的二维共价有机骨架材料(2D COFs)中的物理吸附行为.研究结果表明:(1)在所研究的温度和压力范围内,ILCOF-1表现出最优异的氢存储性能,是目前2D COFs中储氢量最高的材料之一;其它5种COFs的储氢量低于其它2D COFs中储氢量较高的COF-5,-8,-10和TP-COF,而与COF-1,-6和Pc-PBBA COF相差不多.(2)与3D COFs相比,本文所研究的所有COFs的储氢量均低于目前储氢量最高的COF-105和COF-108;除ILCOF-1外,其它5种COFs材料均低于COF-102和COF-103.根据模拟计算的结果,分析了表面积、孔直径和等量吸附热等因素对COFs储氢性能的影响.对COFs储氢能力的强化提出了一些建设性意见.     

求解中子动力学方程的加权蒙特卡罗方法

为了实现基于蒙特卡罗方法的中子动力学计算,在传统的直接蒙特卡罗动力学方法的基础上,提出了一种加权蒙特卡罗动力学方法。该方法通过引入粒子权重的概念,隐式考虑中子俘获反应和裂变反应过程中中子数目的变化,避免了模拟粒子的数目随时间的变化,降低了统计偏差,消除了程序计算过程中粒子的存库操作,提高了计算精度。基于单能点堆模型,开发了中子动力学计算程序NECP-Dandi,进行了大量数值验证与分析,包括无缓发中子、单组缓发中子、六组缓发中子、正阶跃反应性引入、负阶跃反应性引入、正脉冲反应性、负脉冲反应性和正线性反应性引入等情况。数值结果表明,相比于直接蒙特卡罗动力学方法,加权蒙特卡罗动力学方法在计算结果的精度和计算效率上有较为明显的改进,程序结构更为简洁。     

金属凝固与晶体生长过程的蒙特卡罗模拟

采用导热的有限差分计算与图形蒙特卡罗方法相结合的手段,模拟了不同的冷却条件,熔体初温以及杂质含量情况下的金属凝固及其晶体生长过程。模拟得了与典型的边界冷却凝固实验相一致的微观组织结构,同时,通过对模拟结果的分析,总结了不同的冷却条件、熔体初温以及含杂质情况对金属凝固组织的一些影响规律。     

铬原子束横向一维激光冷却的蒙特卡罗方法仿真

激光汇聚铬原子沉积实验中,铬原子束准直度的好坏非常重要.利用蒙特卡罗随机思想选取原子轨迹初始条件,将⁵²Cr原子以外的其他同位素、纵向速度分布和横向发散角等因素综合考虑,对铬原子束横向一维激光冷却进行了优化分析.经过与均匀取值法比较,这种方法能够更好地体现原子运动的不确定性,挑选出不参与冷却过程的同位素,使考察界面内原子束的横向位置分布更好的符合实验结果.结果显示,冷却过程中其他同位素的存在使原子束横向位置分布的中心最大值减小9.3%,半高宽增加11%,并且增加轮廓曲线的基底. 关键词： 激光冷却 蒙特卡罗方法 铬原子束     

离子原子碰撞过程中反冲离子飞行时间谱的蒙特卡罗模拟研究

基于蒙特卡罗方法,建立了程序模拟离子与原子碰撞中的反冲离子飞行时间谱.模拟入射离子束的空间密度分布,原子束密度的空间分布,靶原子的初速度分布, 根据反应几率产生不同电荷态反冲离子,并求出反冲离子飞行时间后,对每次模拟事件根据飞行时间进行累计,就得到反冲离子的飞行时间谱.模拟结果与实验(Ar12+-Ar) 测量到的TOF谱进行了分析比较,并进行了定性讨论     

大粒子数二维硬核玻色子系统的量子蒙特卡罗模拟

采用随机级数展开的量子蒙特卡罗方法研究二维硬核的玻色-赫伯德模型的热力学性质. 首先通过算符变换将模型映射成为二维反铁磁准海森伯模型. 变换后的模型比通常的海森伯模型多一项, 该项正比于系统的格点总数 N, 对于大粒子数的系统, 该项使模拟耗时指数增加, 所以难以计算大粒子数系统.采用非局域操作循环更新后, 这个困难可以得到很好的解决, 可使粒子数总数增大到几千个.研究结果表明, 粒子数密度在0-0.5范围内增大时, 能量呈递减趋势, 并趋于某一定值, 随着正方晶格系统尺度增大, 能量也随之增大;正方晶格系统尺度一定时, 能量和磁化强度随着温度的升高而增大, 化学势的变化对能量和磁化强度没有影响, 能量随着正方晶格系统尺度增大而增大, 磁化强度却随之减小;正方晶格系统尺度一定时, 化学势的增大对比热没有影响, 随着温度的升高比热出现先增大后减小的趋势, 最后趋于某个值, 达到平衡, 而正方晶格系统尺度越大, 比热曲线增大部分的趋势越大, 减小部分的趋势也更明显, 参照朗道超流理论, 本文模拟的能量和比热曲线趋势与朗道二流体模型下He II的理论研究一致; 不同正方晶格系统尺度的影响不大, 均匀磁化率倒数在0-0.5(J/k_B)的低温范围内有很小的波动, J为耦合能, k_B为玻尔兹曼常数, 温度在0.5-2 (J/k_B)的范围内, 均匀磁化率的倒数随着温度的升高而增大, 且曲线的趋势显示了一种类似近藤行为.     

二维磁光阱产生铯原子束的数值模拟

通过分析铯原子在σ+-σ-组态的圆偏振光照射下塞曼子能级的分布情况,构造铯原子在二维磁光阱(2D-MOT)中的受力模型,利用龙格-库塔方法求解铯原子的运动方程,实现原子束产生过程的三维模拟。得出原子束流量随小孔半径、铯原子蒸汽压、激光光强、激光失谐量、磁场梯度等的变化规律。与实验数据进行比较表明受力模型的正确性, 该方法能直观模拟原子束的产生,准确揭示原子束流量随各项参数的变化规律,为实验提供理论指导。     

二维磁光阱产生铯原子束的数值模拟

通过分析铯原子在σ~+-σ~-组态的圆偏振光照射下塞曼子能级的分布情况,构造铯原子在二维磁光阱(2D-MOT)中的受力模型,利用龙格-库塔方法求解铯原子的运动方程,实现原子束产生过程的三维模拟.得出原子束流量随小孔半径、铯原子蒸汽压、激光光强、激光失谐量、磁场梯度等的变化规律.与实验数据进行比较表明受力模型的正确性,该方法能直观模拟原子束的产生,准确揭示原子束流量随各项参数的变化规律,为实验提供理论指导.     

Monte Carlo molecular dynamics simulations for two-dimensional magnets

A combined Monte Carlo molecular dynamics simulation technique is used to study thedynamic structure factor on a square lattice for isotropic Heisenberg and planar classical ferromagnetic spin Hamiltonians.     

Variational Monte Carlo analysis of Bose--Einstein condensation in a two-dimensional trap

The ground-state properties of a system with a small number of interacting bosons over a wide range of densities are investigated. The system is confined in a two-dimensional isotropic harmonic trap, where the interaction between bosons is treated as a hard-core potential. By using variational Monte Carlo method, we diagonalize the one-body density matrix of the system to obtain the ground-state energy, condensate wavefunction and the condensate fraction. We find that in the dilute limit the depletion of central condensate in the 2D system is larger than in a 3D system for the same interaction strength; however as the density increases, the depletion at the centre of 2D trap will be equal to or even lower than that at the centre of 3D trap, which is in agreement with the anticipated in Thomas--Fermi approximation. In addition, in the 2D system the total condensate depletion is still larger than in a 3D system for the same scattering length.     

蒙特卡罗模拟单阻止柱双散射体质子束流扩展方法

束流扩展是研究质子治疗大体积深度肿瘤的基础,利用Monte Carlo多粒子模拟软件Fluka2006.3b.10,计算质子经过单阻止柱双散射体后束流横向分布特性,与相同条件下由Highland公式经解析计算相比较.结果表明:在束流分布均匀性大于95%的范围内,Fluka计算得到的质子通量小于由Highland公式经解析计算得到的结果,膜薄的条件下二者符合好于膜厚的条件.束流扩展半径随着两个散射膜厚度的增加而增大,束流利用率先增加后减小,最大值是16.9%.     

热辐射输运问题的高效蒙特卡罗模拟方法

惯性约束聚变研究中,热辐射光子在介质中的输运以及热辐射光子与介质的相互作用是重要研究课题,蒙特卡罗方法是该类问题的重要研究手段之一.隐式蒙特卡罗方法虽然能正确地模拟热辐射在介质中的输运过程,但当模拟重介质(材料的吸收系数大)问题时,该方法花费的计算时间将变得很长,导致模拟效率很低.本文以离散扩散蒙特卡罗方法为基础,开发了"离散扩散蒙特卡罗方法辐射输运模拟程序",可以较好地解决重介质区的计算效率问题,但是离散扩散蒙卡罗方法在模拟轻介质区时精度不够高.辐射输运问题中通常既有轻介质也有重介质,为了能同时解决蒙特卡罗方法模拟的效率和精度问题,本文研究了离散扩散蒙特卡罗方法与隐式蒙特卡罗方法相结合的模拟方法,并提出了新的扩散区与输运区界面处理方法,研制了混合蒙特卡罗方法的辐射输运模拟程序.典型辐射输运问题模拟显示:在模拟重介质问题时,该程序能大幅缩短模拟时间,且能取得与隐式蒙特卡罗方法一致的结果;在模拟轻重介质均存在的问题时,与隐式蒙特卡罗方法相比,混合蒙特卡罗方法的模拟精度与其相当且计算效率同样能够得到显著提升.     

用蒙特卡罗方法研究生物组织中的光分布

本文利用蒙特卡罗方法研究准直光束通过生物组织时其内部光吸收剂量分布的特点．计算模型设定的条件为：组织与其边界折射率不同、组织为纵向有一定宽度的层状结构．理论的计算模拟结果已同组织模拟体的实验结果作了比较，两者能较好的吻合．     

基于Monte Carlo的热脉冲法数据分析

热脉冲法是测量聚合物介质薄膜空间电荷分布的有效方法之一, 其数据的分析涉及第一类Fredholm积分方程, 只能采用合适的数值计算方法进行求解, 而Monte Carlo法是近年来提出的数值求解该方程的方法之一. 本文尝试使用Monte Carlo法在频域内实现热脉冲数据的分析, 通过一系列模拟计算讨论Monte Carlo法的分析效果. 计算结果表明: Monte Carlo法可实现对热脉冲法实验数据的有效分析, 提取被测薄膜内的电场分布, 而且计算的电场分布在整个样品厚度上都与真实分布较好地符合, 可有效地弥补尺度变换法只在样品表面附近获得较高准确度的缺陷. 该方法的局限性在于计算结果存在一定的振荡, 且在噪声和数据误差的影响下, 其准确性很大程度上依赖于奇异值分解过程中容差的选择, 在应用的方便程度方面还有待进一步提升.     

Monte Carlo方法研究低能电子束曝光沉积能分布规律

建立一个描述低能电子在多元多层介质中散射的物理模型,运用MonteCarlo方法模拟低能电子在靶体胶衬底中的复杂散射过程,在此基础上通过大量计算研究入射束能、胶层厚度、衬底材料等不同曝光条件对抗蚀剂沉积能密度分布的影响,获得沉积能分布规律:适量的低束能、薄胶层、低原子序数衬底可以使前散射电子对胶中沉积能密度分布的贡献增大、背散射电子的贡献减小,从而提高曝光分辨率. 关键词： 电子束曝光 MonteCarlo方法 低能电子散射 能量沉积     

利用Bayesian-MCMC方法从雷达回波反演海洋波导

应用贝叶斯-蒙特卡罗（Bayesian-MCMC）方法将海洋波导参数的先验信息描述为先验概率密度,结合雷达回波资料（电磁波传播损耗）,得到待反演海洋波导参数的后验概率密度,用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）-Gibbs采样器采样后验概率密度分布,并用样本最大似然估计值作为对海洋波导参数分布的估计.数值实验结果表明,该方法对先验信息进行了有效利用,反演精度高于遗传算法的反演精度.该方法较为充分利用先验信息,得到解的概率分布,即解的不确定性分析,这在实际应用中有一定的参考价值. 关键词： 波导 电磁波传播损耗 贝叶斯-蒙特卡罗 概率分布