JMCT在CPR1000工程设计中的验证与确认

CPR1000系列反应堆是目前国内广泛应用的第二代压水堆型号之一，蒙特卡罗程序在CPR1000系列反应堆的验证与确认是该程序实现反应堆工程设计应用的关键环节。基于某CPR1000机组实际参数，使用由国内单位研发的蒙特卡罗程序JMCT在该机组开展了粒子输运建模计算，分别进行了临界计算和固定源计算，并进行了验证与确认。对于临界计算，采用JMCT建立了全堆芯pin-by-pin模型，计算了堆芯有效增殖因子和功率分布。对于固定源计算，建立适用于屏蔽分析的反应堆模型和辐照监督管精细结构模型，计算了两个核电机组多个循环的辐照监督管探测器位置累积快中子注量。通过将JMCT的计算结果与参考程序的计算结果、反应堆实际测量值进行了对比，验证了JMCT程序在CPR1000反应堆工程设计中的实际使用效果，证明了JMCT程序具备工程级的计算精度。     

基于Geant4的α粒子能谱模拟研究及软件设计实现

为进一步发展基于蒙特卡罗模拟方法的α粒子能谱探测参数优化技术,利用PyQt5设计一款调用蒙特卡罗模拟程序包Geant4进行α粒子能谱模拟研究的软件。一方面,建立了测量α粒子的钝化离子注入平面硅探测器（Passivated Implanted Planar Silicon）物理模型,根据实际α粒子测量条件对模拟的物理过程、模型材料及粒子源几何形状、成分等参数进行校正,结合PyQt5界面开发平台将粒子源参数、探测器参数修改等功能可视化。在多个探源距和不同真空压强条件下进行模拟实验,得到该模型的探测效率,并将获取的能量沉积成谱后,通过EMG-Landau响应函数模型展宽。另一方面,为验证该探测器模型的准确性,将模拟结果与实测结果的探测效率进行对比,实验结果表明,两者探测效率误差均在5%之内,且EMG-Landau响应函数模型展宽效果良好。本文研究结果验证了该Geant4模拟软件在α粒子能谱研究方面的可靠性,该软件可直观修改α粒子能谱测量条件,简化了模拟步骤,提高了模拟效率,为基于蒙特卡罗模拟方法的α粒子能谱探测参数优化技术提供了有力工具。     

E_p≤3GeV质子入射铅、铋引起的中子产生双微分截面的模拟(英文)

加速器驱动次临界系统(ADS)液态Pb-Bi散裂靶的设计中,需要可靠的理论计算工具精确地预言几个GeV能量范围的质子引起的散裂反应产生的各种粒子和核素。利用蒙特卡罗模拟软件包Geant4计算研究了800 MeV至3 GeV质子入射铅、铋材料引起的中子产生双微分截面。比较了Geant4不同物理模型得到的模拟结果与现有的实验数据。其中,Geant4的QGSP BERT和QGSP INCL ABLA物理模型模拟结果很好地再现了实验数据。本工作证实了Geant4蒙特卡罗模拟软件包适合用于能量高达3 GeV的质子入射铅、铋引起的中子产生双微分截面的模拟计算。     

基于Geant4的回旋加速器束流动力学计算

针对回旋加速器的束流动力学设计,基于Geant4模拟研究,提供一种可行的数值模拟方法。通过电磁场仿真软件Opera建立相应的电磁场数据导入到Geant4中进行插值计算,利用Geant4自带的电磁场微分方程与微分方程求解器计算粒子的平衡轨道,振荡频率以及加速轨道。其结果表明:对于横向运动而言,Geant4的计算结果与传统数值方法计算结果趋于一致;对于轴向运动而言,由于磁场插值方法的差异性,二者有一定的区别,对于在加速过程中的非平衡粒子,其能量变化围绕平衡粒子振荡。对于束损,通过限制粒子的运动时间,轴向位移加快计算效率,加入电极碰撞的判定使模拟更趋近实际情况。     

源强对Rossi-α噪声分析的影响

通过数值模拟手段研究了源强对Rossi-测量的影响。为了定量研究中子源强对Rossi-测量的影响,基于MCNP软件;开发了用于计算Rossi-分布的数值模拟工具。反应堆模型和加速器驱动次临界系统的示意模型的数值模拟结果被用于展示瞬发中子衰减常数与源强之间的关联。数值模拟结果表明,入射源强源中子强度对Rossi-测量结果有显著影响。对于处于次临界状态的反应堆和加速器驱动次临界系统模型,在入射源强较小时,Rossi-方法可以正确给出反应堆中子衰减常数,但当入射源强较大时,测量不能给出正确的中子衰减常数。通过研究源强和测量结果的关系,可以找到能够给出正确测量结果的最大可用源强。通过选择一个可用源强范围内的较强中子源,可以减少测量所需时间。     

基于蒙特卡罗方法的α粒子细胞S值计算

在放射性免疫治疗以及硼中子俘获治疗（BNCT）等放射性治疗过程中,粒子通过与人体组织材料相互作用产生次级电子将能量传递给人体组织,放射性核素在细胞尺度分布的不均匀性将严重影响靶区剂量分布。为深入了解放射性核素在细胞中不同位置分布对靶区剂量影响,采用基于历史凝聚算法的Monte Carlo 工具包Geant4编写了细胞S值计算程序。计算了2种细胞尺寸,12种粒子能量,3种源分布方式的细胞S值,与医学内照射剂量（MIRD）委员会解析算法的计算结果进行对比,发现两者差异在1%以内。证明了Geant4在m尺度下细胞剂量计算的可行性,并对BNCT治疗过程中产生的粒子(1.47 MeV与1.78 MeV)的细胞S值进行计算。     

基于FLUKA计算压力容器快中子注量的可行性研究

基于知识产权的考虑,通过与蒙特卡罗程序MCNP计算结果比对,研究使用FLUKA程序替代MCNP程序进行反应堆压力容器快中子注量计算的可行性。通过修改和调用子程序对次级粒子堆栈进行操作,解决了关闭裂变中子这一关键问题,FLUKA程序的计算结果与MCNP程序的计算结果相对偏差在5%以内,符合得较好,证明使用FLUKA程序替代MCNP程序用于计算反应堆压力容器快中子注量在技术上是可行的。     

Ep≤63 GeV 质子入射铅、铋引起的中子产生双微分截面的模拟(英文)

加速器驱动次临界系统(ADS) 液态Pb-Bi 散裂靶的设计中,需要可靠的理论计算工具精确地预言几个GeV 能量范围的质子引起的散裂反应产生的各种粒子和核素。利用蒙特卡罗模拟软件包Geant4 计算研究了800 MeV至3 GeV 质子入射铅、铋材料引起的中子产生双微分截面。比较了Geant4 不同物理模型得到的模拟结果与现有的实验数据。其中,Geant4 的QGSP BERT和QGSP INCL ABLA 物理模型模拟结果很好地再现了实验数据。本工作证实了Geant4 蒙特卡罗模拟软件包适合用于能量高达3 GeV 的质子入射铅、铋引起的中子产生双微分截面的模拟计算。A detailed design of the liquid Pb-Bi spallation target of the Accelerator Driven Systems (ADS) requires powerful and reliable computational tools that can accurately predict particles and nuclides production by the proton induced spallation reactions in the energy range of a few GeV. In this paper, the neutron production double-differential cross sections for Pb and Bi target materials at incident proton kinetic energies between 800 MeV and 3 GeV are studied by calculations with Monte Carlo simulation package Geant4. The simulated results of Geant4 with several physics models are compared with available experimental data. The simulated results generated by QGSP BERT and QGSP INCL ABLA physics models of Geant4 well reproduce the available experimental data. The present results validated that Geant4 Monte Carlo simulation package is suitable for simulations of neutron production double-differential cross sections of proton induced reaction on Pb and Bi targets in the incident energy range up to 3 GeV.     

JMCT反应性微扰计算功能的实现

蒙特卡罗中子输运程序用于反应堆设计与安全分析计算及校验时,微小的反应性扰动容易被统计涨落所掩盖,因此一般通过微扰计算处理此类问题。基于微分算子方法在JMCT程序中实现了反应性微扰计算功能。为保证计算的精度,JMCT考虑了非源扰动的高阶效应以及一阶裂变源扰动效应。选取了具有全局扰动、局部扰动的快中子与热中子裂变系统对JMCT反应性微扰计算功能进行了测试。测试系统覆盖了正负反应性变化。     

瞬发中子密度衰减法计算中子代时间

采用蒙特卡罗程序MCNP计算了西安脉冲堆中子代时间。使用MCNP程序模拟了反应堆瞬发中子通量密度衰减,基于忽略缓发中子项的点堆动力学方程计算出中子代时间。在微次临界下,研究了次临界度、源的分布、计数区域等对西安脉冲堆中子代时间计算结果的影响。计算分析表明:采用瞬发中子密度衰减法计算中子代时间时,微次临界度、源分布、计数区域等对计算结果影响都很小;误差产生的主要原因是忽略缓发中子项的点堆动力学方程并不能较好地反应瞬发中子通量密度的衰减规律。     

基于GEANT4的CsI(Tl)闪烁体探测器的Monte Carlo模拟

对闪烁光在晶体内的传输以及光电子倍增过程进行了建模,基于GEANT4软件包对CsI(T1)闪烁体探测器进行了蒙特卡罗模拟, 得到了不同形状、尺寸和包装的CsI(Tl)晶体测量γ射线的能谱。对比模拟和测试结果,两者得到了很好的符合,从而验证了模拟参数的合理性和可靠性。该模拟程序的建立为闪烁体探测器的设计提供了更精确的开发工具。 With the modeling of the light transportation in crystal and electron multiplication in the PMT, a Monte Carlo simulation of CsI(Tl) scintillator detector has been implemented with Geant4 toolkit. The energy spectra simulated with different crystal shape, size and wrappings are obtained. And the reliability of the simulation parameters is confirmed by comparing with the measurements. The simulation code can be used as an reliable tool for the design of scintillator detectors.     

Geant4在惯性约束聚变内爆物理中的应用

基于Geant4建立了内爆物理实验多种诊断设备的全三维仿真模型,包括中子成像系统、用于硬X射线诊断的滤波应光谱仪、楔形滤片质子能谱仪、化学气相沉积金刚石探测器(CVD)等。根据Geant4仿真模拟的数据,建立了合适的解谱及图像还原算法,优化了系统设计,从理论上预估了诊断设备的诊断能力。此外仿真数据亦用于设计实验方案,建立诊断设备的标定方法等。     

面向对象的BESⅢ探测器模拟系统

BESⅢ探测器的模拟软件包BOOST, 是基于Geant4开发的面向对象的模拟软件. BOOST全面地模拟了BESⅢ探测器的物质和几何结构, 给出了粒子在各个子探测器中的击中信息, 以ASCII码文件的形式输出原始数据和MC truth信息可供重建软件开发和物理分析使用, 初步结果显示BOOST的模拟是合理的.     

新型钍基熔盐堆多物理计算模型及分析

针对熔盐堆系统特点,提出了包含堆芯及其他主回路系统在内的多物理紧密耦合计算模型,并在此基础上自主开发了多物理分析程序TANG-MSR。利用该程序进行了新型钍基熔盐堆(TMSR)的设计,并对设计方案进行了稳态及瞬态分析。相关计算结果表明,TANG-MSR所采用的多物理模型能够很好地捕捉熔盐堆的主要物理现象,提出的新型熔盐堆设计在安全性和可持续性方面表现优异。关键词:多物理模型;新型钍基熔盐堆;稳态;瞬态 Abstract: Key words:     

Fast muon simulation in the JUNO central detector

The Jiangmen Underground Neutrino Observatory(JUNO) is a multi-purpose neutrino experiment designed to measure the neutrino mass hierarchy using a central detector(CD),which contains 20 kton liquid scintillator(LS) surrounded by about 17000 photonuiltiplier tubes(PMTs).Due to the large fiducial volume and huge number of PMTs,the simulation of a muon particle passing through the CD with the Geant4 toolkit becomes an extremely computation-intensive task.This paper presents a fast simulation implementation using a so-called voxel method:for scintillation photons generated in a certain LS voxel,the PMT's response is produced beforehand with Geant4 and then introduced into the simulation at runtime.This pararneterisation method successfully speeds up the most CPU consuming process,the optical photon's propagation in the LS,by a factor of 50.In the paper,the comparison of physics performance between fast and full simulation is also given.     

GEANT4 simulation of gamma ray in a double-gap resistive plate chamber

For more than 20 years nuclear physicists have used the GEANT code to simulate particle-matter interaction. In most recent version, GEANT4 is a toolkit for simulating the passage of particles though matter, which contains a complete range of functionality including tracking, geometry, physics models, and hits. In this article, an attempt to use GEANT4 to model a double-gap resistive plate chamber （RPC） with its improved efficiency is presented. The efficiencies of the double-gap RPC have been evaluated as a function of gamma energy range 0.005-1000MeV. A comparison to available previous simulation package GEANT3 data is also performed.     

Monte Carlo Study of the Neutron Detection Wall at RIBLLⅡ in HIRFL-CSR

With the construction of the new Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou (RIBLLⅡ) which connects the CSRm and the CSRe, an experimental setup for physics research is highly required. A large area neutron detection wall is the main part of the setup. This paper introduced the detection principle of the neutron detection wall and the Monte-Carlo simulation of its design under the environment of the Geant4 toolkit. We presented the final design with the optimized parameters and the performance of the wall.     

非均匀磁场约束条件下的电子束空气等离子体特性

为了揭示大气环境电子束等离子体的性质,基于蒙特卡罗程序包Geant4建立了一个包含电离、激发以及轫致辐射等物理过程的计算模型,用于模拟非均匀磁场约束条件下高能强流稳态电子束的输运特性、以及大气环境等离子体的性质。结果表明:非均匀磁场可以有效控制电子束在空气中的输运轨迹,显著降低电子束的发散;随着电子束在空气中行程的增加,电子束能谱开始展宽并向低能区移动;输运装置出口能量损失比电子束射程末端高2个量级,且随着电子束输运距离的增加,等离子体密度降低;等离子体密度的高低与电子束能量直接相关。     

Geant4 tool for simulation of arbitrarily defined Fresnel lenses

We report on creating a module for the Geant4 toolkit for a simulation of point-by-point defined Fresnel lenses and mirrors. This module provides creation of cylindrical Geant4 shapes with one or two Fresnel surfaces, defined by the arrays of points (z(ρ)).     

高能γ探测系统中的光耦合部件参数优化

建立了Geant4软件粒子输运模拟平台,完成了核聚变高能射线能量-时间联合谱探测系统的探测效率计算数值建模;提出了遗传算法调用Geant4软件的射线探测系统参数优化方法。以自聚焦透镜前端与塑料闪烁体后端面的距离、自聚焦透镜后端面的长度及自聚焦透镜与通信光纤前端的距离为自变量,以耦合效率为适应度函数,实现了高能探测系统中由塑料闪烁体-自聚焦透镜-通信光纤组成的光耦合部件参数的优化算法。优化结果表明,该算法可以提高塑料闪烁体发出的荧光由自聚焦透镜耦合到通信光纤中的效率,最大可达4.77%。