粒子输运蒙特卡罗模拟现状概述

蒙特卡罗(MC)方法发展已有60多年历史,广泛应用于核科学及相关领域.MC方法超强的几何处理能力,使用精密的连续点截面参数,能够模拟各种复杂几何系统内的中子、光子、电子、α粒子、质子及其耦合输运问题.随着计算机的快速发展,通过大规模并行计算,MC方法及程序已成为模拟各种粒子输运问题的首选工具.     

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.     

Justification of a Monte Carlo Algorithm for the Diffusion-Growth Simulation of Helium Clusters in Materials

A theoretical analysis of a Monte Carlo （MC） method for the simulation of the diffusion-growth of helium clusters in materials is presented. This analysis is based on an assumption that the diffusion-growth process consists of first stage, during which the clusters diffuse freely, and second stage in which the coalescence occurs with certain probability. Since the accuracy of MC simulation results is sensitive to the coalescence probability, the MC calculations in the second stage is studied in detail. Firstly, the coalescence probability is analytically formulated for the one-dimensional diffusion-growth ease. Thereafter, the one-dimensional results are employed to justify the MC simulation. The choice of time step and the random number generator used in the MC simulation are discussed.     

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.     

激光等离子体相互作用中超热电子输运过程的蒙特卡罗模拟

利用蒙特卡罗（Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ）方法模拟了激光等离子体相互作用中所产生的超热电子在固体物质中的输运过程，模拟运算采用连续慢化（ＣＳＤＡ）和玻恩（Ｂｏｒｎ）近似的单一散射模型。文中给出了具有单能，束状分布的超热电子在双层固体靶中产生的Ｋα射线强度随表面靶层厚度的变化曲线。     

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.     

多气隙电阻板室蒙特卡洛模拟与实验的比较

介绍了一个在电阻板室雪崩增长与信号发展的模型,模拟了多气隙电阻板室的电荷谱和时间分布谱,并与试验做了比较.     

SiC电子输运特性的Monte Carlo数值模拟

利用系综MonteCarlo法研究了2H ,4H和6HSiC的电子输运特性.在模拟中考虑了对其输运过程有着重要影响的声学声子形变势散射、极化光学声子散射、谷间声子散射、电离杂质散射以及中性杂质散射.通过计算,获得了低场下这几种不同SiC多型电子迁移率同温度的关系,并以4H SiC为例,重点分析了中性杂质散射的影响.最后对高场下电子漂移速度的稳态和瞬态变化规律进行了研究.将模拟结果同已有的实验数据进行了比较,发现当阶跃电场强度为10×106V·cm-1时,4H Sic电子横向瞬态速度峰值接近33×107cm·s^-1,6H Sic接近30×107cm·s^-1.     

LED梯度折射率封装结构的蒙特卡罗模拟

针对封装胶中掺杂纳米颗粒以及采用梯度折射率的LED封装模式,用蒙特卡罗方法模拟光在胶体中的传播,分析散射系数对透光率的影响.结果表明,透光率随散射系数增大而减小.对于固定的封装层数,各层均采取最佳折射率值时,透光率可以达到最大.梯度折射率值逐渐减小的多层纳米掺杂封装结构,透光率高于传统的封装模式,能够提高LED的出光效率.     

材料中氦泡迁移-融合的蒙特卡罗模拟及其参数优化

基于迁移-融合机制, 建立了一套用于模拟材料中氦泡生长行为的蒙特卡罗程序, 探讨了时间步长等控制参数对演化的影响。 研究指出,在考察此类参数对计算的影响时必须考虑氦的初始分布,另外指出在选取邻居半径时除了要考虑到初始分布外还要考虑邻居更新的快慢。 The evolution of helium bubbles in materials has been simulated by Monte Carlo methods based on the migration coalescence mechanism. The influences of simulation parameters on the results are studied. It is found that the initial depth distribution must be considered when assessing the parameters influence, and the frequency of updating neighbor list should also be taken into account when selecting the cutoff range for neighbors.     

LED梯度折射率封装结构的蒙特卡罗模拟

针对封装胶中掺杂纳米颗粒以及采用梯度折射率的LED封装模式,用蒙特卡罗方法模拟光在胶体中的传播,分析散射系数对透光率的影响.结果表明,透光率随散射系数增大而减小.对于固定的封装层数,各层均采取最佳折射率值时,透光率可以达到最大.梯度折射率值逐渐减小的多层纳米掺杂封装结构,透光率高于传统的封装模式,能够提高LED的出光效率.     

基于蒙特卡罗模拟的超声辅助OCT成像研究

通过蒙特卡罗模拟方法研究了超声波提高OCT成像质量的机理,以宏观经典理论和微观量子理论分别阐述了光和超声的相互作用,建立了存在超声辅助时光在生物组织中传播的模型,模拟了有超声辅助和无超声辅助两种情况下生物组织多次散射光的分布.模拟结果表明,与光平行射入生物组织的超声波能够使OCT成像系统中的多次散射光降低80%,携带组织信息的单次散射光在组织返回光中所占比重增大为无超声辅助时的2倍,从而增大了OCT成像的探测深度及图像对比度.     

利用MC模拟研究MRPC性能

利用Monte Carlo方法模拟了多气隙电阻板室(MRPC)的气体雪崩和信号收集过程,通过模拟与实验数据的比较分析,研究了MRPC粒子探测效率和信号幅度等性能,并讨论了一些外部条件的影响.     

新型M-THGEM结构探测器的蒙特卡罗模拟研究

新型多层厚型气体电子倍增器（Multi-layers THick Gas Electron Multiplier,M-THGEM）和传统THGEM （厚型气体电子倍增器）相比,具有连续的雪崩区,能够在低气压和低电压下都有较高增益,结构更紧凑,易于大面积制作等优势。对M-THGEM探测器的工作原理及性能进行了模拟研究,首先通过有限元（ANSYS）软件对二层与三层结构的M-THGEM进行了建模,对电场和电势分布分别进行了模拟计算;再利用Garfield++程序包对M-THGEM探测器在不同低气压和不同工作电压下的增益、感生信号、正离子反馈率等性能进行了研究。模拟结果表明,三层结构M-THGEM在低气压（200 Torr）、纯He气体条件下,能够获得较稳定的增益（105）,输出信号的宽度在12 ns左右;同时,为降低正离子反馈率,本工作提出并研究了一种非对称的电压施加方式,结果表明,这种施加方式能有效降低正离子的反馈率。Compared to THGEM (Thick Gas Electron Multiplier), the novel Multilayer Thick Gaseous Electron Multiplier (M-THGEM) has many advantages, such as continuous avalanche zone, more compact structure, high gain at low pressure and low operating voltage, and easy to make large-area production. In the presented work, two types of the M-THGEM detector (two or three layers) were modeled, and their main principle and performances were also studied by simulation. Two types of the detector were molded and simulated by using the finite element software (ANSYS), and the electric field distribution and nodes information lists were figured out. The effective gain and induced signal from M-THGEM detector at different gas pressures and operating voltages were studied with the Garfield++ package. The simulation results shown that M-THGEM can obtain a stable higher gain around 105 in an environment where has a low pressure even in 200 Torr and within a pure inertia gas such as He. At this condition, the width of the induced signal from the three-layers structure is around 120 ns. Additionally, an asymmetric way of the applied voltage was studied and aim to reduce the efficiency of ion feedback, and our results show that this method is effective.     

磁性单层膜磁学性质的Monte Carlo模拟

采用类Ising模型,利用Monte Carlo方法研究了磁性单层膜中退磁性偶极作用和铁磁性交换作用对系统磁学性质的影响.结果显示,随着偶极相互作用的增加,系统在低温下的磁化出现平台现象,此时磁化曲线可分为2个阶段,在低外场下,温度升高,系统易磁化,在高外场下则反之.这种新奇的磁化行为导致系统的磁熵变在低温低外场下出现大于零的反常行为.在模拟过程中,对长程力作用采用了比较精确的处理方法.     

双轴向列相液晶的Monte Carlo模拟

利用Monte Carlo方法模拟棒状液晶分子随温度变化的相变行为,采用热力学统计方法得到能量与温度的关系,得出比热随温度的变化规律,通过图像的峰值确定相变点;重点模拟计算序参数矩阵元与温度的关系,得到不同分子结构参数下液晶系统的温度相图,模拟结果显示,当两个短棒长度相等时,不存在双轴相.     

多群输运-燃耗耦合蒙特卡罗计算

介绍了三维多群中子输运-燃耗耦合P3近似蒙特卡罗程序MCMG-BURN，该程序是在连续截面蒙特卡罗程序MCNP和反应堆栅元均匀化程序WIMS基础上发展而来的，使用多群截面为模拟临界实验堆和高通量工程实验堆，取得与MCNP和实验一致的结果，MCMG-BURN具有与MCNP相同的精度，但计算时间较MCNP要少得多。     

蒙特卡罗方法中分子作用模型的设计及应用

利用Lennard-Jones(6-12)作用势,设计GSS-3分子碰撞模型,通过与已有的分子模型及实验数值对比,该模型能够给出正确的气体输运性质.将GSS-3模型应用到非结构网格DSMC中,模拟二维超声速平板绕流和圆柱绕流.数值计算结果初步验证该分子模型的合理性与有效性.     

微通道板电子输运特性的仿真研究

对微通道板(Micro-Channel Plate,MCP)的电子输运特性进行仿真研究.利用数值方法分析微光像增强器电子光学系统,得到电场分布.通过电场分布追踪MCP电子运动轨迹,确定电子在荧光屏像面上的落点分布.据此研究MCP电子输运,分析斜切角、通道直径及两端电压对电子输运、像增强器调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)及分辨率的影响.结果显示,当MCP斜切角为14°、通道直径为5.0μm、两端电压为900 V时,MCP具有良好的电子输运特性,像增强器MTF特性好,分辨率高.     

Monte Carlo Simulation of the TAIGA Hybrid Gamma-Ray Experiment

Physics of Atomic Nuclei - The TAIGA experiment (Tunka Advanced Instrument for cosmic ray physics and Gamma-ray Astronomy) combines heterogeneous arrays of imaging and non-imaging Cherenkov light...