量子蒙特卡罗方法及其应用

量子体系的蒙特卡罗研究近十多年来非常活跃，并取得了很多富有意义的成果．量子蒙特卡罗方法愈来愈受到人们的关注．本文结合量子蒙特卡罗方法的建立和发展介绍了它的基本思想．在对几种具体方法作介绍的同时，还分析了它们特点．文中还对超导、主要是高温超导电性研究中的一些有益的量子蒙特卡罗工作作了介绍．最后讨论了量子蒙特卡罗方法存在的主要问题，并展望了量子蒙特卡罗方法的发展前景．     

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。     

蒙特卡罗方法及应用

介绍蒙特卡罗方法的基本原理及其在计算物理中的应用。     

颗粒物质随机厚度的蒙特卡罗研究

利用蒙特卡罗方法处理随机几何问题，是核工程中提出的实际问题，也是蒙特卡罗方法在几何处理方面遇到的新的理论问题。颗粒物质随机厚度分布的研究，是其中的重要部分。     

热辐射输运问题的隐式蒙特卡罗方法求解

热辐射与物质相互作用及辐射光子在物质中的传输是惯性约束聚变研究中的重要课题. 介绍了基于隐式蒙特卡罗方法的辐射输运方程,在该方程的积分-微分形式基础上,推导了利于蒙特卡罗方法模拟的等价的积分输运方程;基于积分方程设计数值模拟流程,编写三维蒙特卡罗数值模拟程序;针对热辐射输运典型问题及benchmark问题开展了数值实验,计算结果验证了方法的适应性及程序的正确性. 关键词： 热辐射 惯性约束聚变 输运方程 隐式蒙特卡罗     

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.     

微波器件微放电阈值计算的快速单粒子蒙特卡罗方法

为了计算微波器件的微放电阈值,提出了一种快速单粒子蒙特卡罗方法.该方法对二次电子出射能量、出射角度和相位等参数进行随机处理,结合四阶龙格库塔法和Furman模型模拟了电子运动和二次电子发射系数,并以多次连续碰撞的二次电子发射系数的算数平均值作为微放电效应发生的判据.以平板传输线横电磁模式为研究对象,分别采用快速单粒子蒙特卡罗方法、统计模型、传统蒙特卡罗方法以及粒子模拟方法计算其微放电阈值和敏感区域.计算结果表明,该方法不仅具有与统计模型和粒子模拟方法相当的计算精度,而且比统计模型方法的适应性更强,比传统蒙特卡罗方法的稳定性更好,比粒子模拟方法的计算效率高几十倍以上.     

γ能谱的计算机模拟

用蒙特卡罗方法模拟了核物理实验的γ能谱测量，结果表明，由于计算机模拟得到的能谱与真实测量的能谱具有安全相同的特征。     

微波器件微放电阈值计算的蒙特卡罗方法研究

为了精准快速地计算微波器件中微放电效应的阈值,在传统蒙特卡罗方法的基础上,提出了三种不同的蒙特卡罗方法,分别对二次电子的初始能量、出射角度和初始相位等参数进行随机,结合四阶龙格-库塔法和Furman模型计算电子的运动轨迹和单次碰撞产生的二次电子发射系数,然后应用不同的方法计算有效二次电子发射系数作为微放电效应的判据.以平板传输线TEM模式为研究对象,采用四种不同的蒙特卡罗方法计算微放电阈值,并与统计模型结果进行对比.结果表明单电子-多碰撞蒙特卡罗方法误差最小,而且稳定性最好.     

中子厚针孔成像数值模拟研究

为了解决成像的针孔设计问题，基于蒙特卡罗方法建立了一套模拟中子针孔成像过程的程序，并且通过编写的图像显示程序可以直观地观察到记录介质所成的二维图像，同时可以对图像的某些参数进行判读. 关键词： ICF 蒙特卡罗 半影成像 点扩散函数     

MLIMCL:基于机器学习的隐式溶剂蒙特卡罗方法（英文）

对于分子结构的优化和预测,蒙特卡罗(MC)是很重要的计算工具.当溶剂效应被显式的考虑时,由于水分子和电离子的自由度很大,蒙特卡罗方法变得非常昂贵.相对而言,基于隐式溶剂的蒙特卡罗方法可以通过对溶剂效应平均场的近似来大大降低计算成本,同时还能保持目标分子在原子水平上的细节.目前两种最流行的隐式溶剂模型是泊松-波兹曼模型和通用化波恩模型.通用化波恩模型是泊松-波兹曼模型的近似,但在模拟计算时间上要快得多.本文通过结合两种隐式溶剂模型在准确性和效率方面的优势,开发了一种基于机器学习的隐式溶剂蒙特卡罗方法.具体而言,蒙特卡罗方法通过机器学习既保留了泊松-波兹曼模型的精度,又达到了通用化波恩模型的速度,从而能快速准确地获取模拟计算中每一步的静电溶解自由能.本文采用苯-水系统和蛋白质-水系统来验证我们的蒙特卡罗方法.实验证明蒙特卡罗方法在分子结构优化和预测的速度和准确性方面具有很大优势.     

MLIMCL：基于机器学习的隐式溶剂蒙特卡罗方法

对于分子结构的优化和预测,蒙特卡罗(MC)是很重要的计算工具. 当溶剂效应被显式的考虑时,由于水分子和电离子的自由度很大,蒙特卡罗方法变得非常昂贵. 相对而言,基于隐式溶剂的蒙特卡罗方法可以通过对溶剂效应平均场的近似来大大降低计算成本,同时还能保持目标分子在原子水平上的细节. 目前两种最流行的隐式溶剂模型是泊松-波兹曼模型和通用化波恩模型. 通用化波恩模型是泊松-波兹曼模型的近似,但在模拟计算时间上要快得多. 本文通过结合两种隐式溶剂模型在准确性和效率方面的优势,开发了一种基于机器学习的隐式溶剂蒙特卡罗方法. 具体而言,蒙特卡罗方法通过机器学习既保留了泊松-波兹曼模型的精度,又达到了通用化波恩模型的速度,从而能快速准确地获取模拟计算中每一步的静电溶解自由能. 本文采用苯-水系统和蛋白质-水系统来验证我们的蒙特卡罗方法. 实验证明蒙特卡罗方法在分子结构优化和预测的速度和准确性方面具有很大优势.     

关于蒙特卡罗方法的效率预测

本文预测了几种常用蒙特卡罗方法的效率。通过计算表明,预测结果与计算结果基本一致。     

第八届全国蒙特卡罗学术会议纪要

第八届全国蒙特卡罗学术会议于2004年3月28日至4月2日在云南省昆明市举行，会议由中国计算物理学会蒙特卡罗专业委员会主办，西北核技术研究所承办．会议共收到论文近60篇，经审稿录用48篇，收入文集《蒙特卡罗方法及其应用》(第四卷)，由陕西科技出版社出版．60多名来自高等院校和科研机构的专家、学者和青年学生参加了本次大会．大会安排报告41篇，报告人数37人，全部以大会报告方式进行．     

蒙特卡罗法模拟新型扫描电镜的工作原理

根据新型分析扫描电子显微镜的工作原理及载能电子束和固体相互作用原理,利用蒙特卡罗方法模拟入射电子和靶物质的相互作用过程,编制了蒙特卡罗模拟计算程序,获得了对应不同电镜工作参数的入射电子背散射率.     

碳气凝胶储氢性能的理论研究

采用基于Metropolis蒙特卡罗和Reverse蒙特卡罗的杂化逆向蒙特卡罗方法,构建碳气凝胶的微孔结构模型,根据碳气凝胶的介孔尺寸构建介孔模型.设计不同形状、不同孔径的介孔模型,使用巨正则蒙特卡罗方法详细模拟在298 K和77 K下的储氢量.结果显示,在77 K时,所设计的碳气凝胶的储氢量几乎是室温下的4倍.在77 K,100 bar时,储氢量最高可达到11.12 wt%和45.68 g·L^-1.     

热辐射问题的迭代双向统计蒙特卡罗方法

为了进一步提高辐射传递因子的倒易性,本文提出了迭代双向统计蒙特卡罗方法。该方法将双向统计蒙特卡罗方法分解为归一化过程与双向统计过程,摆脱了传统迭代双向统计蒙特卡罗方法对等权抽样假设的依赖,进一步提高了辐射传递因子的倒易性。验证结果表明,迭代双向统计蒙特卡罗方法获得的辐射传递因子满足完整性,其倒易性误差的量级随双向统计迭代次数的增加而呈线性下降趋势。将该方法应用到含空腔结构的辐射/导热耦合边界平衡问题中,结果表明本文所建方法可以有效提高热辐射传输问题的求解精度,并且求解精度随着迭代次数的增加而提高。     

蒙特卡罗模拟在非平衡动态系统中的应用

非平衡系统几乎存在于自然和人造系统的各个层面上,它以非零连续的流量为特征。完全非对称简单排他过程被认为是对这类系统建模和模拟的一个范例。对蒙特卡罗方法如何模拟该类系统进行了介绍。分析了通过蒙特卡罗模拟观察到的一些有趣的物理现象如自发性对称破缺、有限尺寸效应和跳跃过程。非对称的低-低密度相破缺与系统的有限尺寸效应密切相关,建议开展更细致的蒙特卡罗模拟以进一步加深对仍处于争论中的非平衡系统有限尺寸效应的认识。     

中国计算物理学会蒙特卡罗专业委员会委员名单（18人）

第九届全国蒙特卡罗方法及应用学术会议于2006年10月24-28日在太原举行，参会代表来自21个单位共63人，其中36人做大会学术报告，会后评出五篇优秀论文．本次大会参会的年轻人较多，来自国防单位的科研院所较多．报告反映了近几年国内蒙特卡罗方法研究及应用的水平，个别报告达到国际先进水平．本次大会是新老交替后的第一次大会，大会根据地区分布以及其对蒙特卡罗发展的影响，确定了专业委员会的人员分布．通过选举产生了新一届专业委员会，并制定通过了相关章程．会议决定第十届全国蒙特卡罗学术会议由北京应用物理与计算数学研究所主办，时间为2009年5月．     

超热电子与金黑腔靶作用产生硬X射线的蒙特卡罗模拟

激光打靶产生大量麦氏分布的超热电子,与金腔靶相互作用产生硬X射线.利用蒙特卡罗方法,对超热电子在金腔靶中的传输进行了研究,模拟了在不同超热电子温度、份额下硬X射线谱的变化及在不同腔体尺寸、腔壁厚度情况下,硬X射线谱的变化情况,给出硬X射线产生效率的决定因素.利用硬X射线谱反推得到的超热电子信息与蒙特卡罗程序模拟结果相结合的方法,获得金腔内部超热电子初始信息. 关键词： 热电子 超热电子 蒙特卡罗方法 硬X射线