光子与相对论麦克斯韦分布电子散射的能谱角度谱研究

光子与相对论麦克斯韦分布电子散射的描述及能谱角度谱计算非常复杂且费时.本文提出了一种光子与相对论麦克斯韦速度分布电子散射的蒙特卡罗(MC)模拟方法,该方法能够细致模拟高温等离子体中任意能量光子与任意温度电子的Compton和逆Compton散射问题.对于散射后光子的能谱和角度谱参数,可以根据电子温度抽样若干不同状态的电子,分别模拟其与光子发生散射,可以得到各次散射后的光子能量和偏转角度,取统计平均后的结果即可获得该光子与该温度电子散射的能谱和角度谱分布.根据该方法编写了光子与相对论电子散射MC模拟程序,开展了高温全电离等离子体中光子与相对论电子散射的能谱角度谱计算和分析,分析结果显示:热运动电子将展宽出射光子能谱,且低能光子与高温电子散射后的蓝移现象明显;出射光子的角度谱很复杂,其决定于入射光子能量、出射光子能量及电子温度.基于该方法计算并以数表形式给出的光子-相对论电子散射能谱角度谱数据,可以供辐射输运数值模拟程序使用.     

相对论条件下的麦克斯韦分布

本文自玻耳兹曼分布入手，对相对论粒子的麦克斯韦分布作了若干探讨，并由此过渡到非相对论与极端相对论情形．     

相对论高次谐波的蒙特卡罗模拟

根据相对论条件下的经典电磁辐射理论,采用蒙特卡罗计算方法对类氢离子在强激光场下辐射的高次谐波进行了模拟计算,获得了相对论领域内激光参数（频率、脉冲波形、强度等）对高次谐波影响的各种计算结果,并对结果进行了理论分析。     

相对论高次谐波的蒙特卡罗模拟

 根据相对论条件下的经典电磁辐射理论,采用蒙特卡罗计算方法对类氢离子在强激光场下辐射的高次谐波进行了模拟计算,获得了相对论领域内激光参数（频率、脉冲波形、强度等）对高次谐波影响的各种计算结果,并对结果进行了理论分析。     

多物理耦合计算中动态输运问题高效蒙特卡罗模拟方法

多物理耦合计算在众多领域都有重要应用.如果其包含粒子输运过程,用蒙特卡罗方法模拟粒子输运常占据大部分的计算时间,因此多物理耦合计算中动态输运问题的高效蒙特卡罗模拟方法意义重大,其不可避免地依赖于大规模并行.基于动态输运问题的特点,本文提出了两种新方法:一是针对输运燃耗耦合计算的新型计数规约算法;二是动态输运计算样本数自适应算法.两种算法都能在保持计算结果基本不变的前提下使计算时间大幅减少,从而提高了效率.     

用蒙特卡罗方法计算光通过薄层随机分布粒子的散射

本文利用蒙特卡罗方法计算准直光束通过薄层随机分布粒子散射的透射和反射光强,并和输运理论的扩散近似结果做了比较。当散射接近各向同性时两者符合良好。当散射明显地成为各向异性时,蒙特卡罗方法的结果是合理的,而输运理论的扩散近似失效。     

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.     

相对论修正对麦克斯韦-玻耳兹曼分布律的影响

在本文中,分别推导了低速情形（E≈m0c^2＋p^2/2m0）和一般情形（E=√p^2c^2＋m0^2c^4）下考虑相对论修正的动量分布表达式和速率分布表达式,发现低速情形下修正后的动量分布形式与不考虑修正的动量分布在形式上一致,而速率分布形式发生了改变;对一般情形的动量分布函数和速率分布函数进行了数值模拟并对结果进行了必要讨论．我们发现当β减少时整个动量分布曲线向大动量区域延伸,当β较大,即温度较低使得p〈1时,一般情形将近似为低速情形．     

蒙特卡罗临界计算全局计数效率新算法研究

为提高蒙特卡罗临界计算时全局计数的整体效率, 对比分析了新提出的均匀计数密度算法、均匀径迹数密度算法和原有的均匀裂变点算法. 以大亚湾核反应堆pin-by-pin模型的全局体平均通量计数和中子沉积能计数为例, 前两种算法较均匀裂变点算法都获得了整体效率的提高. 上述算法已经在自主开发的并行蒙特卡罗输运程序JMCT上予以实现.     

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.     

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.     

Stability analysis and time-step limits for a Monte Carlo Compton-scattering method

A Monte Carlo method for simulating Compton scattering in high energy density applications has been presented that models the photon–electron collision kinematics exactly [E. Canfield, W.M. Howard, E.P. Liang, Inverse Comptonization by one-dimensional relativistic electrons, Astrophys. J. 323 (1987) 565]. However, implementing this technique typically requires an explicit evaluation of the material temperature, which can lead to unstable and oscillatory solutions. In this paper, we perform a stability analysis of this Monte Carlo method and develop two time-step limits that avoid undesirable behavior. The first time-step limit prevents instabilities, while the second, more restrictive time-step limit avoids both instabilities and nonphysical oscillations. With a set of numerical examples, we demonstrate the efficacy of these time-step limits.     

金刚石薄膜中二次电子输运的蒙特卡罗模拟

本文通过编写的二维MATLAB蒙特卡罗程序, 对倍增的二次电子在金刚石薄膜中的输运特性进行了初步模拟. 研究表明: 二次电子的迁移率对温度和外加电场的大小很敏感, 在杂质浓度比较低时(<10¹⁷/cm^-3)受杂质浓度的影响不大. 模拟得到的 二次电子的饱和速度为1.88×10⁷ cm/s, 无外加电场时的迁移率为3732 cm² /V.s. 同时, 通过对二次电子束团在金刚石薄膜中的整体输运特性的模拟, 证明了束团电荷密度在应用要求的范围内时, 空间电荷力的影响可以忽略不计.     

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．     

球形黑腔辐射输运问题的蒙特卡罗模拟

利用蒙特卡罗方法模拟六孔球形黑腔中的辐射输运, 研究靶球辐照均匀性问题. 对于几何结构简单的解析模型, 研究了不同黑腔靶球半径比的靶球辐照均匀性变化规律, 得出的结论与解析的“视因子”方法给出的一致. 对于几何结构复杂的黑腔模型, 如放置有挡板的模型, 解析方法计算困难, 但利用蒙特卡罗方法仍然能够准确模拟计算. 不同挡板大小的理论模型计算结果表明, 挡板对X光输运到靶球表面的分布状况有明显的影响, 如果设置得当则可以提高X光利用效率并显著改善靶球辐照均匀性, 否则可能严重破坏靶球辐照均匀性. 因此, 黑腔中的挡板位置及大小需要精心设计. 应用表明, 蒙特卡罗方法对于具有复杂结构的黑腔辐射输运问题具有很好的适应性.     

Speckle intensity images of target based on Monte Carlo method

Speckle intensity in the detector plane is deduced in the free-space optical system and imaging system based on Van Cittert-Zemike theorem. The speckle intensity images of plane target and conical target are obtained by using the Monte Carlo method and measured experimentally. The results show that when the range extent of target is smaller, the speckle size along the same direction become longer, and the speckle size increase with increasing incident light wavelengths. The speckle size increases and the speckle intensity images of target is closer to the actual object when the aperture scale augments. These findings are useful to access the target information by speckle in laser radar systems.     

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