Investigation of nucleation and grain growth in 2-dimensional systems by using generalized Monte Carlo simulations

In this study, nucleation and grain growth was studied by using 2-dimensional generalized Monte Carlo simulations and experiments. As an attempt to improve the JMAK model, we proposed a new differential equation to be able to model nucleation and growth phenomena using nonextensive thermostatistics. One of the reasons that we would like to perform generalized Monte Carlo simulations in studying of nucleation and grain growth phenomena is that the generalized Monte Carlo algorithm was shown to be more effective than the standard Monte Carlo algorithm and also than the standard Molecular Dynamic algorithm in locating the minimum energy configuration. Therefore, for a given temperature, the fact that a configuration of the system with lower energy could be obtained by using the generalized Monte Carlo simulation means that a different textural configuration of grain growth could be also expected. In this respect, it is possible to say that the nonextensive statistics might be an appropriate tool in studying of nucleation and growth phenomena.     

Backward Monte Carlo simulation for apparent directional emissivity of non-isothermal semitransparent slab

A backward Monte Carlo method based on radiation distribution factor is extended to compute the apparent directional emissivity of one-dimensional absorbing-emitting-scattering semitransparent slab with specular semitransparent surface and opaque diffuse substrate. A non-isothermal semitransparent slab is taken as an example to examine the efficiency of backward Monte Carlo method. The apparent directional emissivity of the semitransparent slab is determined by backward Monte Carlo simulation and compared with that determined by forward Monte Carlo simulation. The results show that the backward Monte Carlo method is very efficient in solving the apparent directional emissivity of the semitransparent slab. The backward Monte Carlo method converges more quickly than the forward Monte Carlo method.     

Monte carlo methods and lattice discontinuities

The choice of the Monte Carlo method for the theoretical study of lattice discontinuities, such as surfaces, grain boundaries and dislocations is justified. A brief, non-rigorous discussion of the basic statistical mechanics required to develop the Monte Carlo method is given. Current work in the theoretical study of interfacial systems in solids is reviewed and problems to which the Monte Carlo method might be applied are suggested.     

基于蒙特卡罗正算输运的全局减方差方法

蒙特卡罗方法是当前形势下辐射屏蔽计算的首选分析工具。小概率深穿透问题则是屏蔽计算的关键与亟待解决的核心问题，需要使用有效的减方差技巧。针对全局问题，利用蒙特卡罗正算输运得到的粒子通量或探测响应来构建权重窗参数，将现有的粒子位置偏移拓展到位置和能量偏倚。利用国际屏蔽基准题进行测试验证，通过使用该方法，粒子被引导到模型的所有位置。平均相对误差降低到10%以下，几乎所有网格区域都有粒子统计。结果表明，基于蒙特卡罗正算输运的输运偏倚参数构建方法能够实现全局减方差。     

用Monte Carlo方法预测油水分离旋流器的分级效率

对油滴在水力旋流器中非线性随机运动的特点进行了分析,运用随机过程理论,建立了油滴运动的随机模型,并采用Monte Carlo方法进行模拟,预测旋流器的分级效率。结果表明,Monte Carlo法的预测结果与实际值吻合得较好,用这种方法来预测油水分离旋流器的分级效率是非常可靠的,它能够根据旋流器的结构和工艺参数,直接给出旋流器的分级效率。     

考虑中子泄漏修正的快堆蒙特卡罗少群截面参数制作与验证方法

一种基于B1均匀化方程的泄漏修正模型在连续能量蒙特卡罗程序TRIPOLI4中得以实现并且用于制作少群截面参数。此蒙卡泄漏修正模型通过在连续能量的蒙卡模拟以及求解B1均匀化方程之间迭代，最终得到蒙卡模拟下的临界状态。通过此方法得到的少群截面参数较其他蒙卡以及确定论方法有两点显著优势:用于求解B1均匀化方程的少群常数是用通过临界状态的通量谱得到的；考虑了泄漏效应的蒙卡模拟可以更真实地反映组件计算时的能谱状态。为验证此泄漏修正模型，一个由连续能量的TRIPOLI4模拟而得到的数值临界实验被用于分析与比较。通过与其他蒙卡程序SERPENT以及确定论程序ECCO进行结果对比，可证明此B1泄漏修正方法能够给出更精确的用于堆芯计算的少群截面参数。     

JMCT与子通道程序耦合方法研究及验证

蒙特卡罗与热工水力的耦合计算是目前反应堆数值模拟的重要研究方向，在蒙特卡罗方法连续能量点截面的基础上结合热工程序的温度反馈，反应堆中子计算的准确性得到大幅提高。为了提高计算精度，堆芯模型分辨率也需进一步提高，相比于组件均匀化模型，pin-by-pin的建模方式能够获得更好的结果。利用蒙特卡罗程序JMCT与子通道程序COBRA-EN实现了蒙特卡罗-热工的内耦合，内耦合方式通过内存进行数据传递，其计算效率及安全性均优于外耦合方法。随后利用NURISP项目迷你堆的pin-by-pin模型对耦合程序进行验证。计算结果与同类耦合程序相似，验证了程序的准确性。同时，对耦合过程的收敛性问题进行了初步分析。     

中国实验快堆燃料组件精细功率分布计算

在热工中,需要中子学计算给出燃料组件内各元件棒功率的相对分布。利用蒙特卡罗程序对中国实验快堆（CEFR）燃料组件内元件棒功率分布进行了理论计算分析,并保证计算结果相对统计误差小于0.8%。使用另一个基于六角形节块扩散理论的钠冷快堆中子学设计软件NAS计算得到的结果对蒙特卡罗程序计算结果进行了对比计算。结果表明,蒙特卡罗程序与NAS计算得到的元件棒相对功率分布结果的最大相对偏差小于3%。使用蒙特卡罗程序对CEFR燃料组件内精细功率分布的计算是可靠的,可用于设计计算当中。     

蒙特卡罗方法在解微分方程边值问题中的应用

介绍了蒙特卡罗方法的基本原理以及随机数的产生方法。基于蒙特卡罗方法的思想,结合有限差分方法,建立了求解微分方程边值问题的随机概率模型,并以第一类边界条件的拉普拉斯方程和一个给定初值及边界条件的非稳态热传导方程为数值算例,研究了蒙特卡罗方法在求解微分方程边值问题中的应用。结果表明:利用蒙特卡罗方法,不仅可以有效解决给定边界条件的微分方程,对于给定初值条件的微分方程,也可以从时域有限差分方程出发,采用蒙特卡罗方法进行求解。数值模拟和对误差的理论分析均表明,增加蒙特卡罗试验中的模拟粒子点数,可以提高计算结果的精度。     

电子加速器屏蔽室空间散射的蒙特卡罗计算

为解决电子直线加速器屏蔽室的空间散射计算相关问题,采用蒙特卡罗程序MCNP4B进行模拟,使用分步计算的方法,结合分裂和轮盘赌技巧,计算出9MeV驻波直线加速器运行时的空间散射剂量率大小.并实际测量了加速器运行时屏蔽室周围距地面上方1m处的空间散射剂量分布.将计算得到的结果、计算空间散射的经验公式结果和实际测量的结果三者进行了比较分析.结果表明:蒙特卡罗方法计算值比较符合实际测量值,经验公式计算值则存在一定的偏差.