JMCT3.0蒙特卡罗质子及低能光子/电子输运功能开发及检验

高分辨率通用型三维多粒子输运蒙特卡罗软件JMCT能够模拟任意复杂几何系统的中子/光子/电子/质子/分子/光辐射/大气输运问题,支持数十万核的多级并行,已广泛用于辐射屏蔽、反应堆临界安全分析、核探测及核医学等领域。JMCT已升级到3.0版本,相比2.0版本,3.0版本新增了13项功能,改进发展了8种算法,通过对低层JCOGIN框架的优化,计算效率提高30%~600%。新功能主要用于图像诊断、闪光照相、光辐射及大气输运的模拟。JMCT3.0开发了质子、低能光子/电子及分子模拟功能,通过基准检验,验证了算法的正确有效性。

基于蒙特卡罗方法的核事故碎块辐射场模拟计算

针对核事故产生的材料碎块可能会沾染放射性物质的问题,为弥补之前研究中未涉及的碎块辐射场分布水平的不足,分析了其分布的影响因素,基于蒙特卡罗法,利用SuperMC程序分别研究了核事故碎块姿态、碎块被土壤掩埋的深度、碎块材料分层截面形状对辐射场分布的影响。结果表明:碎块姿态主要影响辐射场的分布形状;碎块掩埋深度会对辐射剂量率造成较大影响,碎块在被土壤完全掩埋后,其地面剂量率峰值比完全裸露时低2个数量级;分层截面形状的影响较小。

蒙特卡罗粒子输运程序JMCT研制

介绍了具有自主知识产权的蒙特卡罗(MC)粒子输运程序JMCT的初步研制成果。JMCT基于三维组合几何支撑软件框架JCOGIN,采用模块化,分成多层管理结构,可处理多群碰撞和连续能量碰撞,可进行粒子并行和区域分解并行两种并行方法,并具有良好的可扩展性和高速通信技术,同时配有可视化建模前处理软件。介绍了JMCT采用的多群物质碰撞机制,展示了程序模拟计算测试模型的结果,与MCNP程序计算结果一致。JMCT串行计算速度相比MCNP提高了约3倍;在20 480个处理器核上模拟2×109样本,并行效率可达70%。

JMCT蒙特卡罗中子-光子输运程序全堆芯pin-by-pin模型的模拟

几何栅元数超过千万、计数达数十亿、模拟粒子数达数百亿规模的反应堆全堆芯pin-by-pin问题是目前国际公认的挑战计算机和计算方法的难题。由于巨大的数据量已超过单核内存的极限,必须进行空间区域分解和数据分解。本文利用基于JCOGIN实体组合几何框架自主开发研制的三维中子-光子输运蒙特卡罗程序JMCT,通过空间区域分解和嵌套并行,完成了对大亚湾核电站1号机组反应堆全堆芯pin-by-pin模型的建模和模拟,计算给出了每个pin的注量率分布及其误差。

三维多群P_5中子输运蒙特卡罗程序MCMG及检验

本工作介绍了自主开发研制的三维多群P5中子输运蒙特卡罗程序MCMG及从ENDF/B-Ⅶ库制作的47群P5中子截面库G47B7P5N。MCMG程序发展了针对物质的碰撞机制,适合ANISN格式和非标准ANISN格式的多群中子截面。程序计算了6个临界基准模型和2个外源问题,模拟取得了与实验和连续截面MCNP程序一致的结果,计算速度较MCNP程序提高3倍以上。

三维多群中子输运蒙特卡罗程序MCMG-Ⅱ基准检验

三维多群P3中子输运蒙特卡罗程序MCMG通过版本更新和功能扩充，能够配备各种多群微观、宏观截面库，截面输入文件进一步简化，版本从Ⅰ发展到Ⅱ，参数更新到ENDF／B-Ⅶ库。程序发展了针对物质的碰撞机制，具有并行计算功能。对于12个临界基准问题和1个外源问题，MCMG-Ⅱ计算取得了与实验和连续截面MCNP-5程序一致的结果，计算速度较MCNP-5提高了3～6倍。

组合几何蒙特卡罗粒子输运支撑软件框架JCOGIN介绍

介绍了JCOGIN支撑软件框架层次式、模块化的体系结构及其核心数据结构。这些使得JCO-GIN软件框架能够支撑大规模复杂几何的蒙特卡罗(MC)粒子输运并行计算。同时介绍了在JCOGIN支撑软件框架下研发的JMCT程序,并进行了性能测试,在2万处理器核上模拟20亿粒子,并行效率达到70%。

组合几何Monte Carlo粒子输运支撑软件框架JCOGIN的研发

为实现核反应堆pin-by-pin精细Monte Carlo粒子输运模拟,研发了组合几何Monte Carlo粒子输运支撑软件框架JCOGIN以支撑千万个几何体、百亿个粒子的Monte Carlo粒子输运大规模并行计算。JCOGIN框架采用层次式、模块化的体系结构设计了适应现代高性能计算机体系结构特征的数据结构,在此基础上实现了对粒子并行与区域分解相耦合的两级并行计算的支撑。在JCOGIN框架下研发了JMCT程序,并进行性能测试,在2万个处理器核上并行效率达70%;基于区域分解完成了大亚湾全堆芯pin-by-pin模型模拟,几何体数达千万,粒子数达百亿。

蒙特卡罗区域分解并行计算中确保串并行结果一致的伪随机数应用

物理建模的精细化和三维模拟给蒙特卡罗粒子输运计算的规模成千上万倍的增加,甚至超过单核内存的最大规模,仅仅依靠传统的粒子并行蒙特卡罗计算无法实现对模型模拟,区域分解并行是可能的解决方法之一.然而区域分解带来了粒子在各区域间进行迁移,导致现有的伪随机数应用方式无法确保串行计算和并行计算的结果一致.针对这种现象,本文提出赋予粒子随机数属性和动态派生次级粒子随机数的技巧来确保区域分解并行计算的串并行结果一致.

MCMG蒙特卡罗多群-连续截面耦合中子输运计算

本文针对多群蒙特卡罗计算省时但共振自屏处理存在缺陷,以及连续截面蒙特卡罗输运计算精度高但计算费时的问题,发展了一种多群-连续截面耦合计算方法。该方法在自主研发的三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗程序MCMG中得到应用,通过多个模型的计算验证了方法的有效性。MCMG耦合计算取得了与连续点截面MCNP程序一致的结果,其计算速度较MCNP的提高了1倍左右。

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.

通用型Monte Carlo粒子输运模拟软件JMCT的计数功能设计

本文提出了一种新的延时累加算法。基于底层的JCOGIN(J combinatorial geometry Monte Carlo transport infrastructure)框架和新的延时累加算法,通用型Monte Carlo中子-光子输运模拟软件JMCT的计数能力得到了较大提高。对所考察的非重复结构的单层几何模型问题,JMCT的计数效率较MCNP 4C程序所采用的list scoring技巧高约28%;对于较复杂的重复结构几何模型问题,JMCT的大规模精细计数效率比MCNP 4C高约两个量级。JMCT目前的计数能力为反应堆物理分析及多燃耗步计算奠定了良好的基础。

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.

MCMGP_3三维多群P_3近似蒙特卡罗中子输运程序基准检验

三维多群P3 近似MonteCarlo中子输运程序MCMGP3是为反应堆临界安全计算设计的 ,它是从连续点截面中子—光子耦合输运MonteCarlo程序MCNP发展而来 ,程序用多群截面代替了MCNP程序的连续点截面 ,但保留了MCNP程序的几何处理能力 ,计数能力和降低方差技巧及图形功能。能群数可扩展 ,使用宏观截面或微观截面均可 ,中子角分布采用P3 近似和广义Gaussian求积。多个基准问题结果显示 ,MCMGP3程序结果与其它方法计算结果符合很好 ,计算还表明在同样计算精度下 ,MCMGP3程序的计算时间较MCNP程序少得多。此外 ,MCMGP3程序还实现了与WIMS程序的连算 ,可作反应堆全堆数值模拟。

三维中子-光子输运的蒙特卡罗程序MCMG

三维中子-光子输运蒙特卡罗程序MCMG发展了针对物质的碰撞机制,几何块、几何面动态可扩展,随机数周期进一步扩大到261。可进行多群-连续截面耦合计算,多群散射展开到P5,并考虑了中子上散射,程序配备了通用和专用多群截面库。MCMG模拟取得了与MCNP程序和实验一致的结果,串行计算速度较MCNP快2～4倍,可进行上万处理器核的并行计算。

蒙特卡罗程序MCNP-Ⅱ与MCNP-5并行效率比较

通过MCNP-5程序MPI并行功能开发,与早前作者对MCNP-4C串行程序进行MPI并行化的程序MCNP-Ⅱ进行比较,两个程序均能运行在YH大型并行计算机上,且不同规模、不同处理器的计算结果基本一致。比较显示,MC-NP-Ⅱ在计算效率和并行可扩展性方面均优于MCNP-5。

Am-Be中子源辐射场周围剂量当量与吸收剂量的计算

根据最近更新的微观中子核反应截面数据(ENDF/B-Ⅶ库)计算了热中子到20 MeV中子能区,H、C、N、O、Ar 5种元素以及干燥空气和ICRU四元素组织的中子比释动能系数(kerma因子)。在此基础上,结合MCNP程序对Am-Be源外中子能谱的模拟,计算了Am-Be源中子场的周围剂量当量,单位中子注量下为373.0 pSv.cm2。利用本实验室计算国产Am-Be源的中子能谱,算得相应中子场的周围剂量当量为374.0 pSv.cm2,距离该源1 m处空气对中子和γ射线的吸收剂量率分别为1.457×10-2和1.580×10-1μGy/(GBq.h)。

非定常粒子输运蒙特卡罗散射源分层抽样方法(英文)

定常粒子输运蒙特卡罗并行计算是成功的,因为粒子游动是独立的,可以把模拟的粒子数等分到每个处理器去.然而,对非定常问题,由于每个时间步涉及散射源和几何网格的通讯,它严重的制约了并行规模,导致并行不可扩展.研究了两种算法,采用自适应分配处理器,提高了加速比和处理器的利用率;采用蒙特卡罗分层抽样大大降低了处理器之间散射源的通讯量,并行可扩展性显著改善,取得了理想的加速比.

MCNP程序几何描述能力扩展及应用测试

为使MCNP程序能模拟数百万规模的反应堆"pin-by-pin"问题和医学体素模型,本文对MCNP程序进行了改进,使几何块、几何面数量可扩展。改进后的程序对硼中子俘获治疗(BNCT)的人体大脑进行几何建模,栅元数量达百万量级;计算了大脑的中子、光子吸收剂量率随深度的变化,为大脑BNCT提供理论支持。此外,对百万规模的"Like n But"重复结构模型进行了串、并行测试,验证了几何规模扩展后程序计算的正确性。

提高超高能中子计算效率的蒙特卡罗抽样技巧

利用蒙特卡罗方法模拟中子与中子碰撞及超高能中子的产生与输运,原有抽样方法需要模拟大量样本方能使与超高能中子有关统计量的计算误差达到要求.针对ICF聚变靶中子输运问题的特点,发展一种"加权赌分裂抽样方法",以增加重要区域的抽样数、减少非重要区域的抽样数,同时通过权修正保证计算结果无偏.典型模型数值模拟计算结果显示,该方法能够有效增加聚变区的中子抽样数、增加中子相互碰撞数,使超高能中子通量计算误差显著降低,达到提高超高能中子计算效率的目的.