蒙特卡罗法计算无序激光器的阈值

提出了计算无序激光器阈值增益的模型,提出了已知平均自由程和散射强度分布得到分布函数及相应的随机变量的方法.对各向同性的光散射,导出了各分布函数,并在每次散射中得到相应的随机变量.运用蒙特卡罗法模拟光子在无序介质中的随机行走,得到了无序激光器的阈值.讨论了阈值增益与光子平均自由程、增益区半径、增益区深度、非增益区光吸收系数的关系,提出了降低阈值的方法.理论结果与实验数据是符合的. 关键词： 激光物理 阈值 蒙特卡罗 散射     

用蒙特卡罗方法研究生物组织中的光分布

本文利用蒙特卡罗方法研究准直光束通过生物组织时其内部光吸收剂量分布的特点．计算模型设定的条件为：组织与其边界折射率不同、组织为纵向有一定宽度的层状结构．理论的计算模拟结果已同组织模拟体的实验结果作了比较，两者能较好的吻合．     

基于蒙特卡罗方法的几何因子计算程序

应用蒙特卡罗方法求解几何因子,基于蒙特卡罗方法的几何因子计算程序使用C++语言编写,可用于任意位姿的各种尺寸的圆面探测器对圆面源几何因子的计算。该程序使用了方差减小技巧。通过与国际通用蒙特卡罗计算程序(MCNP5)的计算结果对比,该方法具有结果准确(误差较小)、计算速度快、使用方便等优点。最终使用该程序计算几何因子,与实验数据进行对比,成功验证了中子深度分布分析(NDP)能谱测量系统探测器位姿的准确性(误差5%以内),并对其移动位置进行修正,发现电机移动20mm大约会产生1mm的误差。     

基于蒙特卡罗方法的几何因子计算程序

应用蒙特卡罗方法求解几何因子,基于蒙特卡罗方法的几何因子计算程序使用C++语言编写,可用于任意位姿的各种尺寸的圆面探测器对圆面源几何因子的计算。该程序使用了方差减小技巧。通过与国际通用蒙特卡罗计算程序（MCNP5）的计算结果对比,该方法具有结果准确（误差较小）、计算速度快、使用方便等优点。最终使用该程序计算几何因子,与实验数据进行对比,成功验证了中子深度分布分析（NDP）能谱测量系统探测器位姿的准确性（误差5%以内）,并对其移动位置进行修正,发现电机移动20 mm大约会产生1 mm的误差。     

Polarization imaging of multiply-scattered radiation based on integral-vector Monte Carlo method

A new integral-vector Monte Carlo method (IVMCM) is developed to analyze the transfer of polarized radiation in 3D multiple scattering particle-laden media. The method is based on a “successive order of scattering series” expression of the integral formulation of the vector radiative transfer equation (VRTE) for application of efficient statistical tools to improve convergence of Monte Carlo calculations of integrals. After validation against reference results in plane-parallel layer backscattering configurations, the model is applied to a cubic container filled with uniformly distributed monodispersed particles and irradiated by a monochromatic narrow collimated beam. 2D lateral images of effective Mueller matrix elements are calculated in the case of spherical and fractal aggregate particles. Detailed analysis of multiple scattering regimes, which are very similar for unpolarized radiation transfer, allows identifying the sensitivity of polarization imaging to size and morphology.     

基于Monte Carlo的热脉冲法数据分析

热脉冲法是测量聚合物介质薄膜空间电荷分布的有效方法之一, 其数据的分析涉及第一类Fredholm积分方程, 只能采用合适的数值计算方法进行求解, 而Monte Carlo法是近年来提出的数值求解该方程的方法之一. 本文尝试使用Monte Carlo法在频域内实现热脉冲数据的分析, 通过一系列模拟计算讨论Monte Carlo法的分析效果. 计算结果表明: Monte Carlo法可实现对热脉冲法实验数据的有效分析, 提取被测薄膜内的电场分布, 而且计算的电场分布在整个样品厚度上都与真实分布较好地符合, 可有效地弥补尺度变换法只在样品表面附近获得较高准确度的缺陷. 该方法的局限性在于计算结果存在一定的振荡, 且在噪声和数据误差的影响下, 其准确性很大程度上依赖于奇异值分解过程中容差的选择, 在应用的方便程度方面还有待进一步提升.     

光学相干层析信号的模拟分析与计算

对传统的模拟介质散射响应函数的蒙特卡罗算法的计算过程进行了改进，提出光子不可分割的假设，这样可以避免人为选定光子被吸收阈值的不确定性；同时采用双曲线法模拟入射高斯光束，解决了对表面为非平面介质的传输信号进行模拟的问题.通过对盖玻片（平面）与眼角膜（曲面）的光学相干层析探测信号及层析图的数值模拟，并与相应实验结果进行比较，证实了该方法与假设的可行性. 关键词： 光学相干层析 蒙特卡罗法模拟 散射     

铬原子束横向一维激光冷却的蒙特卡罗方法仿真

激光汇聚铬原子沉积实验中,铬原子束准直度的好坏非常重要.利用蒙特卡罗随机思想选取原子轨迹初始条件,将⁵²Cr原子以外的其他同位素、纵向速度分布和横向发散角等因素综合考虑,对铬原子束横向一维激光冷却进行了优化分析.经过与均匀取值法比较,这种方法能够更好地体现原子运动的不确定性,挑选出不参与冷却过程的同位素,使考察界面内原子束的横向位置分布更好的符合实验结果.结果显示,冷却过程中其他同位素的存在使原子束横向位置分布的中心最大值减小9.3%,半高宽增加11%,并且增加轮廓曲线的基底. 关键词： 激光冷却 蒙特卡罗方法 铬原子束     

光子与相对论麦克斯韦分布电子散射截面的蒙特卡罗计算方法

高温全电离等离子体的辐射输运问题中,光子与电子的Compton散射与逆Compton散射是其中重要的特性,光子与相对论麦克斯韦电子散射的描述及截面的计算非常复杂且费时.本文提出了一种用于模拟计算光子与相对论麦克斯韦速度分布电子散射截面的蒙特卡罗计算方法.给出了各步骤的具体实现办法,推导了对应的计算公式,研究了相对论电子速率抽样方法,编写了光子与相对论电子散射的微观截面的蒙特卡罗计算程序.开展了高温全电离等离子体中,不同能量光子与不同温度电子散射的微观散射截面计算和分析.模拟计算结果显示,在电子温度低于25 keV情况下,本文方法与多重数值积分方法的计算结果非常接近;但随着电子温度继续升高,二者差异逐渐增大并较明显,经分析,可能是本文方法目前的电子速率抽样偏差所致,希望将来能够找到更好的相对论电子速率抽样方法以克服此缺陷.     

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.     

求解中子动力学方程的加权蒙特卡罗方法

为了实现基于蒙特卡罗方法的中子动力学计算,在传统的直接蒙特卡罗动力学方法的基础上,提出了一种加权蒙特卡罗动力学方法。该方法通过引入粒子权重的概念,隐式考虑中子俘获反应和裂变反应过程中中子数目的变化,避免了模拟粒子的数目随时间的变化,降低了统计偏差,消除了程序计算过程中粒子的存库操作,提高了计算精度。基于单能点堆模型,开发了中子动力学计算程序NECP-Dandi,进行了大量数值验证与分析,包括无缓发中子、单组缓发中子、六组缓发中子、正阶跃反应性引入、负阶跃反应性引入、正脉冲反应性、负脉冲反应性和正线性反应性引入等情况。数值结果表明,相比于直接蒙特卡罗动力学方法,加权蒙特卡罗动力学方法在计算结果的精度和计算效率上有较为明显的改进,程序结构更为简洁。     

Monte Carlo method and sensitivity estimations

It is shown that, starting from any existing Monte Carlo algorithm for estimation of a physical quantity A, it is possible to implement a simple additional procedure that simultaneously estimates the sensitivity of A to any problem parameter. The corresponding supplementary cost is very low as no additional random sampling is required. The principle is presented on a formal basis and simple radiative transfer examples are used for illustration.     

聚合物中多重光散射传导的Monte Carlo数值模拟

基于米氏散射(Mie scattering)理论,建立填充分散粒子群的聚合物对光散射传导的Monte Carlo数学模型.在此基础上,编写了一套仿真模拟程序.通过模拟单个光子在聚合物中的多重散射运动过程,把问题扩展到以激光束或线状光为入射源,得到在聚合物板块内的光传导情况,并且在计算机上图像化地重现整个物理过程,对输出光强的分布情况进行模拟统计分析.模拟结果表明,利用体散射机制,可以将点光源和线光源转换为平面光输出,输出光的状态可以通过对比计算结果实施有效控制.     

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.     

空间辐射环境及人体剂量蒙特卡罗模拟

针对空间辐射环境进行了理论分析,并使用蒙特卡罗方法,对银河宇宙射线及典型太阳质子事件进行了模拟。通过分析常规屏蔽对空间辐射场及人体剂量的影响、屏蔽下的次级粒子产额等,验证了蒙特卡罗工具包Geant4应用于空间辐射防护研究的准确性。模拟发现：在常规屏蔽厚度的情况下,对于太阳质子事件,由于其能量主要分布在低能量段(100 MeV以下),屏蔽效果随屏蔽厚度的增加明显增大,1 g/cm2 Al等效厚度屏蔽皮肤剂量可降低至其初始剂量值的8%左右,10 g/cm2 Al等效厚度的屏蔽可降低至初始剂量值的048%左右;而对于银河宇宙射线,由于其平均能量较高,屏蔽层的屏蔽作用并不明显,在浅层组织剂量甚至有所增加。     

基于蒙特卡罗方法的中子屏蔽材料设计

基于蒙特卡罗粒子输运程序MCNP,设计了一种强度高、密度低、具有优异中子屏蔽性能的新型玻璃纤维/B4C/环氧树脂复合材料,模拟计算了镅-铍（Am-Be）中子源产生中子对该材料的透射率;研究了该材料的中子屏蔽性能与传统屏蔽材料的差异以及不同B4C质量分数对该材料的屏蔽性能影响;根据模拟结果分析了该材料对不同能区中子（慢中子、中能中子、快中子）具有的不同屏蔽性能。研究发现：B4C质量分数为10%的该种新型玻璃纤维/B4C/环氧树脂复合材料的中子屏蔽性能,尤其是慢中子屏蔽性能较传统的含硼聚乙烯和Al-B4C合金材料更为优异;但随着B4C质量分数的增大,屏蔽性能提升不明显。结果验证了蒙特卡罗方法用于中子屏蔽材料优化设计的可行性。     

基于时域有限差分法的势垒透射过程的蒙特卡罗模拟

采用时域有限差分法,计算势垒透射过程中电子波的波函数和概率密度.根据蒙特卡罗随机方法,以随机点的密集程度代表概率密度的大小,模拟势垒透射的动态过程.     

Monte Carlo方法研究低能电子束曝光沉积能分布规律

建立一个描述低能电子在多元多层介质中散射的物理模型,运用MonteCarlo方法模拟低能电子在靶体胶衬底中的复杂散射过程,在此基础上通过大量计算研究入射束能、胶层厚度、衬底材料等不同曝光条件对抗蚀剂沉积能密度分布的影响,获得沉积能分布规律:适量的低束能、薄胶层、低原子序数衬底可以使前散射电子对胶中沉积能密度分布的贡献增大、背散射电子的贡献减小,从而提高曝光分辨率. 关键词： 电子束曝光 MonteCarlo方法 低能电子散射 能量沉积