聚变堆深穿透屏蔽计算方法研究

为了提高具有复杂孔道的聚变堆深穿透屏蔽问题的计算精度,研究了蒙特卡罗法和离散纵标法(MC-S_N)的耦合方法。同时,在权重差分方法的基础上引入具有自适应特性的定向权重和指数定向权重方法,并基于勒让德-切比雪夫求积组和极角细化技术研究了偏倚求积组,有效解决聚变中子穿透能力强、强各向异性散射等屏蔽计算难点。通过与MCNP程序模拟结果的比较分析发现,这些研究方法能有效提高聚变堆深穿透屏蔽计算的精度。     

蒙特卡罗输运模拟软件JMCT的深穿透屏蔽计算

核设施辐射屏蔽计算,由于其大规模计算及深穿透等特性,一直是蒙特卡罗方法工程应用的难点之一。采用我国自主研发的三维中子-光子蒙特卡罗粒子输运模拟软件JMCT,结合可视化建模工具JLAMT,对OECD国际基准例题Winfrith Iron/Water Benchmark Experiment(ASPIS)两例实验装置进行建模与计算分析, 并将计算结果与实验值及MCNP计算值进行对比。结果表明,JMCT计算值与MCNP计算值符合较好,其中Winfrith Iron Benchmark Experiment(ASPIS)最大偏差不超过7%,平均偏差1.3%;Winfrith Water Benchmark Experiment(ASPIS)最大偏差小于20%,平均偏差小于10%,证明了JMCT在屏蔽计算以及深穿透问题的可靠性与工程应用性。     

基于VENUS-III国际基准模型的JMCT程序验证

基于自主研制的三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗通用程序JMCT（J Monte Carlo Transport Code）,采用连续点截面,对国际基准屏蔽VENUS-III模型开展精细建模和中子输运临界及屏蔽计算.临界计算得到系统k_eff、重要区域的通量及能谱.结果表明,JMCT和MCNP程序的重要区域体通量计数吻合较好,偏差均在1%以内.深穿透屏蔽计算采用外源模式,点探测器计数,JMCT计算值与实验测量值偏差在15%以内,满足屏蔽设计对误差的要求.初步验证了JMCT程序临界及屏蔽计算的可用性.     

Improved algorithms and coupled neutron-photon transport for auto-importance sampling method

The Auto-Importance Sampling(AIS) method is a Monte Carlo variance reduction technique proposed for deep penetration problems, which can significantly improve computational efficiency without pre-calculations for importance distribution. However, the AIS method is only validated with several simple examples, and cannot be used for coupled neutron-photon transport. This paper presents improved algorithms for the AIS method, including particle transport, fictitious particle creation and adjustment, fictitious surface geometry, random number allocation and calculation of the estimated relative error. These improvements allow the AIS method to be applied to complicated deep penetration problems with complex geometry and multiple materials. A Completely coupled Neutron-Photon Auto-Importance Sampling(CNP-AIS) method is proposed to solve the deep penetration problems of coupled neutron-photon transport using the improved algorithms. The NUREG/CR-6115 PWR benchmark was calculated by using the methods of CNP-AIS, geometry splitting with Russian roulette and analog Monte Carlo, respectively. The calculation results of CNP-AIS are in good agreement with those of geometry splitting with Russian roulette and the benchmark solutions. The computational efficiency of CNP-AIS for both neutron and photon is much better than that of geometry splitting with Russian roulette in most cases, and increased by several orders of magnitude compared with that of the analog Monte Carlo.     

激光与固体靶面烧蚀等离子体的能量耦合计算

 强激光辐照下固体靶表面迅速汽化产生靶蒸气等离子体,激光穿过等离子体区到达固体靶表面的过程就是激光束与等离子体的能量耦合与交换过程。采用具有五阶精度的WENO差分格式和简易等离子体状态方程模型对激光与等离子体相互作用的复杂物理过程进行了数值计算,分析了激光束能量在等离子体区中的吸收、屏蔽效应等动态耦合规律以及激光支持等离子体前驱冲击波传播。数值模拟结果表明：激光能量是支持靶面等离子体运动的唯一原因,能量屏蔽效应对激光与等离子体能量耦合有很大影响,通过控制激光脉冲宽度,可以合理调节屏蔽效应的影响。     

解深穿透问题的小区域蒙特卡罗方法

对于深穿透问题则一般蒙特卡罗方法存在一定的困难。本文提出了一个新的蒙特卡罗计算深穿透问题的小区域方法。在此基础上给出了两个小区域方法,即平几何小区域方法和球几何小区域方法,通过例子的实际计算表明,小区域方法是比较好的和可行的,克服了一般蒙特卡罗方法解深穿透问题的缺点。     

基于共轭离散纵标的减方差方法

对于深穿透类型的屏蔽计算,为了得到较为可信的统计结果,蒙特卡罗方法(MC方法)需要模拟大量的粒子,巨大的计算时间是其存在的主要问题。源偏倚和权窗技巧能够有效降低深穿透问题的计数误差。开展了基于共轭离散纵标(SN)的MC减方差方法研究,根据SN方法的共轭注量率计算并生成了源偏倚和权窗参数,编写了JMCT程序的源抽样子程序,并且在秦山一期测量值基础上进行了验证,成功应用到CAP1400压力容器快中子注量率和堆腔中子和光子剂量率计算中。数值结果表明,对于深穿透屏蔽计算问题,和无偏的MC方法相比,基于共轭SN的MC减方差方法能够在保证结果精度的前提下,提高计算效率1~2个量级。     

有关运动超导体电磁性质的几点讨论

在伦敦方程和电磁场的洛伦兹变换的基础上讨论了在磁场中运动的第一类超导平板的电磁性质。结果表明临界磁场将随超导体的速度的增加而减小 ;在穿透层内有一指数衰减的屏蔽电荷分布 ,其符号与超导体表面由运动感生的电荷相反、数量相等。屏蔽电荷屏蔽了表面电荷产生的感应电场 ,使电场和磁场一样在穿透层内指数衰减 ,在远离表面的内部 ,感应电场被完全屏蔽     

基于传输线等效法的双腔体屏蔽系数快速算法

传输线等效法(TLM)是一种常用的开孔腔屏蔽系数快速计算方法,在孔缝耦合系数的计算中考虑了孔缝处的场模式,提高了TLM算法在高频段计算屏蔽系数(SE)的准确性。继而将TLM算法推广到开孔双金属腔屏蔽系数的计算,通过将外腔体中任意位置的电压等效为内孔缝处的辐射电压源,计算得到内腔体中任意位置上的屏蔽系数,解决了已有文献中方法的不足。该算法计算结果与CST仿真结果吻合较好。     

基于深度学习的粒子场数字全息成像研究进展

粒子场的数字全息成像中,由一幅粒子场全息图重建出高精度的三维粒子场分布,是数字全息技术领域的经典问题之一。相比于传统反向重建算法,深度学习算法可以从单个全息图直接重建出三维粒子场来简化算法复杂度,提高计算效率和准确率。介绍国内外研究团队将深度学习算法结合数字全息技术实现粒子场数字全息成像的研究进展,从不同粒子表征方法入手,叙述了支持向量机、全连接神经网络、全卷积网络、U-Net网络、深度神经网络在粒子场数字全息成像中粒子表征及粒子场反向重建过程中的应用原理、实现途径和准确率。最后指出了深度学习算法在这一研究领域的优势及目前基于深度学习算法的不足,并对如何进一步提高该方法的准确率进行了展望。