组合几何蒙特卡罗粒子输运支撑软件框架JCOGIN介绍

介绍了JCOGIN支撑软件框架层次式、模块化的体系结构及其核心数据结构。这些使得JCOGIN软件框架能够支撑大规模复杂几何的蒙特卡罗（MC）粒子输运并行计算。同时介绍了在JCOGIN支撑软件框架下研发的JMCT程序,并进行了性能测试,在2万处理器核上模拟20亿粒子,并行效率达到70%。     

组合几何蒙特卡罗粒子输运支撑软件框架JCOGIN介绍

介绍了JCOGIN支撑软件框架层次式、模块化的体系结构及其核心数据结构。这些使得JCOGIN软件框架能够支撑大规模复杂几何的蒙特卡罗（MC）粒子输运并行计算。同时介绍了在JCOGIN支撑软件框架下研发的JMCT程序,并进行了性能测试,在2万处理器核上模拟20亿粒子,并行效率达到70%。     

非定常粒子输运蒙特卡罗并行算法研究

蒙特卡罗方法应用于粒子输运求解已是众所周知的事，然而由于MC的误差与跟踪的样本数的平方根成反比，通常要达到误差要求，需要模拟大量粒子历史，从而花费大量的计算时间。特别对非定常粒子输运问题的MC模拟，需要模拟上万个时间步，每步需要跟踪上百万个粒子。由于粒子寿命远超过时间步步长，因此，上个时间步剩余粒子的广播和本时间步剩余粒子状态量的汇总，I/O需求量大，成为制约并行的瓶颈。     

蒙特卡罗粒子输运程序JMCT研制

介绍了具有自主知识产权的蒙特卡罗(MC)粒子输运程序JMCT的初步研制成果。JMCT基于三维组合几何支撑软件框架JCOGIN,采用模块化,分成多层管理结构,可处理多群碰撞和连续能量碰撞,可进行粒子并行和区域分解并行两种并行方法,并具有良好的可扩展性和高速通信技术,同时配有可视化建模前处理软件。介绍了JMCT采用的多群物质碰撞机制,展示了程序模拟计算测试模型的结果,与MCNP程序计算结果一致。JMCT串行计算速度相比MCNP提高了约3 倍;在20 480个处理器核上模拟2109样本,并行效率可达70%。     

蒙特卡罗粒子输运程序JMCT研制

介绍了具有自主知识产权的蒙特卡罗(MC)粒子输运程序JMCT的初步研制成果。JMCT基于三维组合几何支撑软件框架JCOGIN,采用模块化,分成多层管理结构,可处理多群碰撞和连续能量碰撞,可进行粒子并行和区域分解并行两种并行方法,并具有良好的可扩展性和高速通信技术,同时配有可视化建模前处理软件。介绍了JMCT采用的多群物质碰撞机制,展示了程序模拟计算测试模型的结果,与MCNP程序计算结果一致。JMCT串行计算速度相比MCNP提高了约3 倍;在20 480个处理器核上模拟2109样本,并行效率可达70%。     

蒙特卡罗粒子输运软件JMCT抽样工具库设计

为通用型蒙特卡罗粒子输运程序JMCT设计了抽样工具库,通过两种技术途径提供各分布的抽样。一是针对各种常见分布提供特定抽样子程序;二是提供一个通用型的抽样子程序,可以实现任意离散分布和任意一维有限区间上连续分布的自动抽样。在设计任意一维有限区间上连续分布的自动抽样工具时利用了部分开源代码,利用其功能提供给用户最大的方便性。对抽样工具库的检验表明,其可以正确、方便地实现各种输运模拟中常见分布的抽样。     

蒙特卡罗粒子输运问题的全局降方差方法

精确获得中子通量的时间-空间-能量精细分布对于一类非定常粒子输运蒙特卡罗模拟至关重要.以零方差理论为基础,采取化整为零的策略,把蒙特卡罗方法与离散纵标方法相耦合,用近似重要函数指导蒙特卡罗模拟,给出一种实现蒙特卡罗全局降方差的计算方案.数值算例表明,该计算方案获得了全局降方差的效果.     

ECR微波等离子体源离子输运的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗方法，模拟了ＥＣＲ微波等离子体源中离子离开放电室后历经中性区，鞘层区，最后被加负偏压的工件表面吸收的全过程。研究了鞘层外界处的衔接问题，得到了自洽电势分布和鞘层区不同位置处的速度分布，能量分布与角分布。同时，讨论了磁场对鞘势的影响。     

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.     

非定常粒子输运蒙特卡罗散射源分层抽样方法

定常粒子输运蒙特卡罗并行计算是成功的,因为粒子游动是独立的,可以把模拟的粒子数等分到每个处理器去.然而,对非定常问题,由于每个时间步涉及散射源和几何网格的通讯,它严重的制约了并行规模,导致并行不可扩展.研究了两种算法,采用自适应分配处理器,提高了加速比和处理器的利用率;采用蒙特卡罗分层抽样大大降低了处理器之间散射源的通讯量,并行可扩展性显著改善,取得了理想的加速比.     

非均匀大气中γ射线输运的蒙特卡罗模拟方法

γ射线在高空大气中的输运问题常采用蒙特卡罗方法进行模拟,但由于大气是非均匀连续介质,通常需要根据高度上的密度变化将大气进行分层处理.高空大气密度变化非常剧烈,精细的分层会带来很大的计算量.针对非均匀连续介质中的粒子输运问题,利用质量距离抽样方法代替传统的步长抽样方法,提出一种可直接模拟粒子在非均匀连续介质中输运的蒙特卡罗方法,实现γ射线在非均匀大气中输运的蒙特卡罗模拟,并与MCNP程序的计算结果进行比较,结果符合较好.     

氮等离子体枪中电子输运行为的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗模拟,对氮等离子体枪的两个环形电极间的氮气辉光放电过程中电子的输运过程进行研究.计算在不同平均电场与粒子数密度的比值(E/N)下,电子与氮分子发生不同碰撞的概率、出射电子的平均能量、方向角分布和电子的能量分布.结果表明,电子能量近似服从玻尔兹曼分布.随着E/N的升高,电子平均能量升高,发生激发、离化、电离和离化电离碰撞的概率增大;非均匀分布的电场使分子获得更高的离化率,同时显著增强出射电子的能量.模拟结果为等离子体应用设计提供了参考依据.     

A new multispin coding algorithm for Monte Carlo simulation of the Ising model

We present a new algorithm for Monte Carlo simulation of the Ising model. The usual serial architecture of a computer is exploited in a novel way, enabling parallel but independent calculations to be carried out on as many spins as there are bits in a computer word in each fundamental move. The algorithm enjoys a substantial increase in execution speed over more usual multispin coding algorithms. By its very nature, the algorithm constitutes a design for a special-purpose processor.     

A new random-number generator for multispin Monte Carlo algorithms

We develop a novel multispin coded random number generator algorithm to compute bits equal to 1 with probabilityp. Compared to previously used algorithms, this generator is at least equally fast and allows for an arbitrary accuracy of the computed probability without any significant increase in time. An explicit implementation of the algorithm is given for a Cray-1 vector computer, and the modifications for other machines are discussed. Finally, the algorithm is tested by computing the magnetization of the two-dimensional Ising model. The measured speed of the program is 57 million spin-flips per second. The agreement with theoretical values is found to remain very satisfying even when quite close (-0.5%) to the critical temperature.     

非线性中子输运问题的蒙特卡罗模拟

针对考虑中子之间相互碰撞的非线性中子输运方程,提出一种线性化近似处理方法,导出相应的积分输运方程,利用蒙特卡罗方法求解此方程,数值实验表明算法的有效性,为研究超高能中子产生与输运问题提供了必要的模拟工具.     

SN共轭函数用于蒙特卡罗粒子输运自动减方差的研究

基于S_N输运计算平台ARES编制了三维共轭输运计算模块,根据一致性共轭驱动重要性抽样方法自动生成减方差参数,用于加速MCNP5计算.数值结果表明,自动生成的减方差参数可有效提高蒙特卡罗计算效率,并保证结果无偏.自动减方差技术利用S_N共轭函数可更经济准确的估计粒子重要性,避免手动估算减方差参数的复杂工作,对于复杂屏蔽问题的蒙特卡罗计算具有较好的应用前景.     

蒙特卡罗粒子输运软件JMCT的网格计数功能设计与实现

基于蒙特卡罗输运的网格计数能够统计指定区域内密集的分布计数量.为实现JMCT统计局部计数量分布,设计并实现了JMCT网格计数功能,该功能支持三种正交几何（xyz直角几何、rθz柱几何、rθφ球几何）的均匀及不均匀剖分;介绍xyz直角几何网格计数的算法;基于大亚湾反应堆pin-by-pin模型、Venus模型以及ITER次临界包层模型等初步验证了网格计数功能;应用铀阵列模型,采用若干种网格剖分办法,在单机上对比测试了xyz直角几何下JMCT和MCNP5网格计数功能的串行性能,结果显示JMCT的计数时间较短,具有较高的效率.