提高超高能中子计算效率的蒙特卡罗抽样技巧

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.     

一种改进的计算探测器校正因子的相关抽样方法

对于小尺寸探测器处于大块介质的情形, 在探测器的校正因子的Monte Carlo模拟中, 存在两个难题: 一是由于探测器尺寸很小粒子难以到达探测器并发生碰撞; 二是两个随机变量比值难以达到要求精度. 本文使用经过改进的粒子碰撞自动重要抽样方法, 再结合相关抽样方法, 解决了这两个难题, 并在MCNP-4C程序平台上加以实现. 除了粒子碰撞自动重要抽样以外, 还选用了其他3种方法: 直接模拟、区域分裂、强迫碰撞+Dxtran球分别与相关抽样方法结合, 对一个简化的探测器校正因子计算模型进行了计算. 实际计算结果表明, 相关抽样方法无论与哪种方法结合, 都起到了提高相关量计算效率的作用; 而它与粒子碰撞自动重要抽样结合, 比其他方法具有明显的优越性.     

逆Compton散射的MonteCarlo模拟

研究模拟均匀、各向同性介质内的逆康普顿散射过程的Monte Carlo方法,分析电子速度分布乘抽样法和光子散射方向分布乘抽样法的抽样效率,完善电子速度分布的直接抽样法、光子散射能量分布的乘加抽样法.通过对这四种抽样方法抽样费用的分析和比较,得出各种方法的最适条件,该方法可以模拟更高能的辐射.     

一种基于~4He气闪烁体的裂变中子探测器

研制了一种新中子探测器,它以²³⁵UO₂裂变靶作为转换靶,⁴He气体作为闪烁体.该探测器充分结合了²³⁵U和⁴He两种核素的特点,从而具有中子能量响应平坦、中子灵敏度较高、n/γ分辨本领高等优点,能很好地在混合脉冲裂变辐射场中测量中子.本文对探测器的原理和结构设计进行了介绍,计算了不同能量中子、γ射线在探测器中的能量沉积,并从理论和实验上对探测器的中子灵敏度、γ射线灵敏度、n/γ分辨本领和时间响应进行了研究.结果表明探测器的中子灵敏度约10^-15C·cm²,γ灵敏度约10^-17C·cm²,时间响应约33.1 ns.     

态—态振动能量跃迁的时间分辨研究(Ⅰ)——碘分子的自碰撞过程

本文介绍了采用可调脉冲激光技术和时间分辨色散荧光方法研究态-态碰撞动力学的实验过程。在实验中直接观测了处于电子振动激发态B³Π_ou⁺(v＇=19)的碘分子在自碰撞事件中朝相邻振动态跃迁的衰变过程,得到态—态振动跃迁速率常数,k_v(19→18)=(2.21±0.33)×10^-11cm³s^-1mol^-1和k_v(19 关键词：     

聚变中子能谱测量系统脉冲中子灵敏度的实验研究

为多种复杂环境下的稳态和脉冲DT聚变中子能谱测量建立了一种灵敏度优化反冲质子磁谱仪. 使用成像板和同位素α源测量了谱仪的反冲质子能量-位置投影关系. 利用稳态加速器中子源平台、通过单粒子计数方法结合三维带电粒子输运程序模拟,研究了谱仪脉冲中子灵敏度能量响应. 通过高探测效率参数设置使谱仪对DT中子的探测效率达到2×10^-5 cm²水平,从而在较弱中子源上获得了较高统计精度实验数据. 程序模拟结果与谱仪α粒子刻度和DT中子标定实验结果取得了良好的一致性,可由此发展精细解谱技术,以提高脉冲中子能谱测量的灵敏度和能量分辨. 关键词： 聚变中子能谱 磁反冲质子 脉冲中子灵敏度 粒子输运     

乏燃料贮运用铝基碳化硼复合材料的屏蔽性能计算

采用蒙特卡罗方法, 利用MCNP程序计算了在中子能量为0.5–20 MeV, ²³⁵U核热中子裂变源条件下, 厚度为3–9 cm、碳化硼含量5%–15%的铝基碳化硼复合材料在空气、水、200–1400 ppm (1 ppm=10^-6) 硼酸溶液介质中的中子透射系数. 结果表明: B₄C/Al复合材料的透射系数随碳化硼含量和材料厚度的增加而减少, 随中子能量的升高而增大, 而硼酸浓度的改变对中子透射系数影响不大. B₄C/Al复合材料在水中比硼酸中更能发挥其屏蔽效果, 在空气中屏蔽特性显现出“反转”现象, 中子能量高于5 MeV时透射系数几乎没有变化. 在裂变源条件下的B₄C/Al复合材料中子透射系数均比稳定源20 MeV 低. 介质的中子屏蔽效果是硼酸溶液>水> 空气, 水介质的中子透射系数与介质厚度呈指数下降关系, 裂变源和稳定源条件下分别近似为e^-0.71x和e^-0.669x, x为厚度(cm). 关键词： 蒙特卡罗 乏燃料设备 中子吸收材料 4C/Al')" href="#">B₄C/Al     

番红花红T光敏感光致聚合物全息存储材料

制备了一种以番红花红T为光敏剂的新型全息存储材料,主要用Ar⁺激光器的514.5nm波长的绿光研究材料的全息特性.研究表明,该材料具有较高的衍射效率、曝光灵敏度和较大的折射率调制度,衍射效率近40%,灵敏度为7.22×10^-4cm²/mJ,折射率调制度为3.65×10^-4,同时,在读出时必须考虑布拉格偏移对全息存储的影响.在介质膜中存储了全息图像,再现图像较为清晰,说明该材料适合用作高密度全息存储介质. 关键词： 全息存储 光致聚合物 衍射效率 布拉格偏移     

混合模拟方法模拟电子在固体表面的背散射

将电子输运的直接模拟方法和压缩历史方法相结合,建立能量为50 eV~1 GeV范围的电子在介质中输运的混合模拟蒙特卡罗方法.通过调整散射角参数和损失能量参数控制单次碰撞发生的次数,输运过程中单次碰撞采用直接模拟,在两次直接碰撞之间使用压缩历史方法模拟发生的多次小碰撞过程.利用该方法模拟电子在固体表面的背散射过程,探讨不同计算参数对计算效率和结果的影响,计算不同能量电子在固体表面的背散射系数和出射电子能量分布,计算结果与实验数据符合较好.     

计算动态系统网格通量场的驿站重要抽样方法

对与时间有关输运问题计算条件下,全系统不同网格体通量计算统计涨落较大,甚至个别网格很难得到计数的现象,提出驿站重要抽样方法.研究可以选择的重要性函数,给出抽样方法,推导重要性偏倚抽样的源粒子纠偏权重公式.经过推导证明连续多时间步抽样计算不存在粒子纠偏权发散问题.数值模拟结果表明,采用驿站重要抽样方法,全系统精细网格通量场计算精度基本一致,整体计算结果得到明显改善.     

利用自相关方法实现光脉冲时间延迟精确测量

为了满足在高精度波分复用/时分复用光采样系统中,采样光脉冲时间抖动低于100 fs的要求,开发了一套基于自相关法测量时间延迟的系统。通过光纤耦合器连接一路参考光路将光脉冲在时域上进行"复制",并使初始光脉冲和"复制"光脉冲相关,得到参考光路和被测光路的精确光程差,进而固定参考光路并接入不同被测光路从而得到多路被测光路之间相对延时。实验结果表明,利用自相关法测量脉冲时间间隔精度优于50 fs,满足波分复用/时分复用光采样系统研究需要。     

光谱仪动态采样时间特性的研究

在实时传输的光谱仪数据采样中,通常存在采样时间间隔不等的现象,这使得实时传输光谱仪在一些特殊场合的应用受到较大的限制,如在预测能力更强,检测精度更高的动态光谱分析法中。而恰恰在动态光谱法等时间分辨光谱分析中对光谱信号的采样定时特性要求更高,时间间隔不等会直接影响光谱分析的结果,得到失真的结论。同时与一般采样所不同的是,光谱仪是一定时间的积分采样,这无形中增加了对光谱仪定时采样特性研究的难度。因此,巧妙地利用锯齿波的幅值与时间存在一线性编码的关系,对某一型号的光谱仪进行采样时间及采样时间间隔的测试与分析,测试表明采样时间与积分时间的设置相关,同时时间间隔与积分时间也息息相关,进一步探究了该型号光谱仪在不同积分时间下采样时间间隔波动的范围。研究对注重光谱时间特性的分析法提供积分时间选取的参考依据,同时也提出了一种评估动态时间特性的方法,有利于光谱的动态特性的评估与应用。     

基于等角度与等时间采样技术扫描成像系统

为满足扫描成像系统对图象配准精度,从理论上分析了在等时间采样方式下,遥感仪器对扫描系统速度稳定度的要求.探讨了等角度这一新型采样方式应用于未来遥感仪器的可行性.并将这两种采样方式成功应用于自行研制的短波红外成像仪.扫描图象表明等角度采样可以避免等时采样所产生的图象畸变.     

Sampling of the NMR time domain along concentric rings

We present a novel approach to sampling the NMR time domain, whereby the sampling points are aligned on concentric rings, which we term concentric ring sampling (CRS). Radial sampling constitutes a special case of CRS where each ring has the same number of points and the same relative orientation. We derive theoretically that the most efficient CRS approach is to place progressively more points on rings of larger radius, with the number of points growing linearly with the radius, a method that we call linearly increasing CRS (LCRS). For cases of significant undersampling to reduce measurement time, a randomized LCRS (RLCRS) is also described. A theoretical treatment of these approaches is provided, including an assessment of artifacts and sensitivity. The analytical treatment of sensitivity also addresses the sensitivity of radially sampled data processed by Fourier transform. Optimized CRS approaches are found to produce artifact-free spectra of the same resolution as Cartesian sampling, for the same measurement time. Additionally, optimized approaches consistently yield fewer and smaller artifacts than radial sampling, and have a sensitivity equal to Cartesian and better than radial sampling. We demonstrate the method using numerical simulations, as well as a 3D HNCO experiment on protein G B1 domain.     

位相差值法测量大气湍流格林伍德频率

为了利用位相差值法实现大气湍流格林伍德频率的准确测量, 研究了位相差值法的有效性、哈特曼探测器采样点数和采样频率的选取方法。首先给出了位相差值法的基本原理和测量噪声去除方法, 然后分析了哈特曼探测器采样点数和格林伍德频率的统计平均次数对测量精度的影响, 结果显示, 当采样点数大于400、统计平均次数大于400时, 可以实现大气湍流格林伍德频率的准确测量。研究了测量噪声的影响, 结果表明:去除噪声后, 测量值的偏离误差从30%降低到0.6%。研究了算法的重复性精度, 得到测量值偏离量的RMS值为1.9 Hz, 占理论值的3%, 说明测量方法非常稳定。依据上述结果, 对8~108 Hz的湍流进行测量和分析, 结果显示, 当不考虑空气扰动时, 测量值与理论值基本一致。最后, 研究了哈特曼探测器采样频率和格林伍德频率之间的关系:哈特曼探测器的采样频率越高, 能够准确测量的格林伍德频率也越高, 并得到了定量的经验公式。上述结果表明, 在满足采样点数、采样频率以及统计平均次数等条件下, 位相差值法可以实现大气湍流格林伍德频率的准确测量。该研究工作为大气湍流的格林伍德频率测量提供了应用依据。     

Fast and accurate X‐ray fluorescence computed tomography imaging with the ordered‐subsets expectation maximization algorithm

The ordered‐subsets expectation maximization algorithm (OSEM) is introduced to X‐ray fluorescence computed tomography (XFCT) and studied; here, simulations and experimental results are presented. The simulation results indicate that OSEM is more accurate than the filtered back‐projection algorithm, and it can efficiently suppress the deterioration of image quality within a large range of angular sampling intervals. Experimental results of both an artificial phantom and cirrhotic liver show that with a satisfying image quality the angular sampling interval could be improved to save on the data‐acquisition time when OSEM is employed. In addition, with an optimum number of subsets, the image reconstruction time of OSEM could be reduced to about half of the time required for one subset. Accordingly, it can be concluded that OSEM is a potential method for fast and accurate XFCT imaging.     

Sampling Issues in Assessing Particle Degradation in Pneumatic Conveying Systems

The evaluation or design of a granular material handling process requires reliable data if executive decisions are to be made. Material behavior in a given process is usually investigated by collecting and analyzing material samples from different locations within the system. However, sampling can be a significant source of errors, as a poor sampling method can lead to measurements not truly representative of the real process.     

基于连续时间无规行走模型研究反常扩散

基于连续时间无规行走(CTRW)理论，数值研究了布朗粒子的欠扩散、正常扩散和超扩散三种扩散行为.解决了CTRW模型的跳跃步长和等待时间分布函数的可实现化问题，对Metropolis抽样方法进行了改进以适用于周期势.探讨了布朗马达依靠闪烁棘轮和摇摆棘轮整流反常扩散所获得的定向速度，结果显示，闪烁布朗马达定向流极大值出现在超扩散条件下；摇摆布朗马达定向流最大值出现在弹道扩散条件下.     

基于连续时间无规行走模型研究反常扩散

基于连续时间无规行走(CTRW)理论,数值研究了布朗粒子的欠扩散、正常扩散和超扩散三种扩散行为.解决了CTRW模型的跳跃步长和等待时间分布函数的可实现化问题,对Metropolis抽样方法进行了改进以适用于周期势.探讨了布朗马达依靠闪烁棘轮和摇摆棘轮整流反常扩散所获得的定向速度,结果显示,闪烁布朗马达定向流极大值出现在超扩散条件下;摇摆布朗马达定向流最大值出现在弹道扩散条件下. 关键词： 无规行走 反常扩散 Metropolis抽样 棘轮势     

抽样法与灵敏度法k_(eff)不确定度量化

核反应堆的中子学模拟计算中,核数据的不确定度导致的积分量计算结果的不确定度,通常采用基于微扰理论的灵敏度与不确定度分析方法 (简称灵敏度法)量化.灵敏度分析法原则上只适用于线性模型,且一般输运计算程序难以直接进行灵敏度分析.而抽样法直接抽样核数据输入中子学计算程序进行计算,通过对计算结果的统计分析评估计算量的不确定度.抽样法易于实现、计算精确、且适用性强.在灵敏度分析与不确定度量化程序SURE中,增加了抽样法不确定度的量化功能.为将抽样法不确定度量化应用于复杂问题的模拟计算,需对其进行细致的考核.为此,选取简单的临界基准实验模型,分别采用灵敏度分析法和抽样法进行不确定度量化,得到了各核素各反应道核数据导致的k_(eff)计算不确定度.对比显示,两种方法的不确定度计算结果有很好的符合,验证了SURE程序抽样法功能的正确性.抽样法计算的k_(eff)符合正态分布,说明在一般核数据的不确定度范围内,k_(eff)与核数据近似成线性关系,利用灵敏度分析法评估k_(eff)计算值的不确定度是适用的.