一种补偿时间步长限制的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模型

从碰撞次数的概率分布出发,推导出一种补偿蒙特卡罗碰撞模型,采用以正态分布计算得到的平均碰撞次数作为碰撞概率,来补偿传统方法中忽略的多次碰撞。通过模拟不同折合电场强度条件下He气放电产生电子的运动规律,验证了补偿蒙特卡罗碰撞模型的正确性。计算结果表明:补偿蒙特卡罗碰撞模型可以有效地提高计算效率,特别适用于高气压气体放电现象的粒子模拟。

基于蒙特卡罗的硫化氢吸附-扩散机理

为了明确硫化氢(H_(2)S)在煤中吸附扩散的微观动力学机理,揭示不同温度、压力对煤吸附H_(2)S分子吸附扩散特性的影响机制,基于巨正则蒙特卡罗(GCMC)、分子动力学(MD)和密度泛函理论(DFT)方法,利用Material Studio软件研究了温度在273.15~313.15 K、压力1~1 000 kPa时H_(2)S在气肥煤大分子模型中的吸附扩散特征。结果表明:温度由273.15 K升至313.15 K时,H_(2)S的饱和吸附量由38.34 mL/g降至31.85 mL/g,降低了16.93%,当压力为1 kPa时,温度对吸附量的影响最为敏感。温度为293.15 K时,压力由1 kPa升至1 000 kPa时,最可几相互作用能由-39.391 kJ/mol升至-34.301 kJ/mol,随着压力的增加,最可几相互作用能先快速增加,后缓慢增加。在吸附H_(2)S过程中,H_(2)S的等量吸附热在36.63~41.43 kJ/mol内,为物理吸附,等量吸附热随着吸附量的增加呈现出负指数变化;H_(2)S的吉布斯自由能ΔG为-3.57~-24.57 kJ/mol,吸附熵ΔS为-0.126~-0.194 8 kJ/(mol·K),随吸附量升高ΔG和ΔS的绝对值线性降低,H_(2)S的吸附自发性和系统的混沌程度均降低。H_(2)S与气肥煤的相互作用能为-492.47~-3 390.95 kJ/mol,以范德华能为主,占总能量的58.67%,以静电能为辅,占41.33%,随着吸附量的增加,相互作用能绝对值增加,吸附量与相互作用能的变化具有一致性。H_(2)S与羧基的相互作用最强,羟基次之,H_(2)S在—OH、—COOH、—C=O周围存在双层吸附。温度由273.15 K升至313.15 K,H_(2)S分子的扩散系数由1.066×10^(-10)m^(2)/s升至2.025×10^(-10)m^(2)/s,温度升高会导致原本闭合的孔吼孔道打开,增加裂隙的连通性,温度升高,增加H_(2)S分子平均自由程,使得H_(2)S扩散能力增强,H_(2)S扩散活化能为11.206 kJ/mol。H_(2)S相对体积分数分布呈现多峰结构,H_(2)S在气肥煤大分子模型中呈层状结构分布。H_(2)S的极限吸附热为42.898 kJ/mol,H_(2)S与煤体上—OH、—COOH、—C=O活性基团产生氢键作用,H_(2)S在吸附初期存在微弱的化学吸附。

基于蒙特卡罗的平行跑道进近碰撞风险分析

为在新的导航方式下对具有随机复杂特性的平行跑道进近碰撞风险进行评估,构建了一种面向多个对象集的进近碰撞风险仿真模拟模型。首先根据实际航迹数据获取基于性能导航(Performance Based Navigation,PBN)的实际导航性能(Actual Navigation Performance,ANP)分布规律特征,基于ANP分布函数可得进近轨迹偏离概率;随后构建了仿真轨迹模拟模型,并将国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)的经典失误进近场景应用其中;最后针对不同非侵入区(No Transgression Zone,NTZ)宽度、不同失误场景进行仿真试验。结果表明:此模型可以快速且合理地对进近场景进行仿真模拟;在安全目标水平下的PBN导航进近可缩小NTZ宽度,从而减轻管制员工作量,提高进近运行效率。

医疗场所空气中碘-131在线探测系统模拟设计

为了实现无富集条件下对碘-131的快速精准测量,提出了针对医疗场所空气中碘-131的γ、β联合测量方法。通过Geant4建立探测系统模型,模拟研究探测系统对碘-131释放的β粒子和γ射线进行探测,其中NaI探测器和塑料闪烁体探测器分别实现对γ射线和β射线的测量。模拟计算表明,探测系统获取的γ全能峰计数、β计数与碘-131浓度之间存在线性关系。系统可首先通过获取γ能谱分析碘-131特征峰实现碘-131识别,利用γ射线全能峰计数与β射线计数之间的线性关系确定β射线贡献是否仅来自于碘-131,然后利用β射线的高探测效率进行快速测量。模拟计算探测系统测量1 h,其双3英寸NaI探测器的探测效率为1.7%,其MDC可达到19.59 Bq/m^(3),其塑闪探测器的探测效率为36%,MDC为7.93 Bq/m^(3),均显著低于38.50 Bq/m^(3)。基于γ全能峰计数和β计数的联合计算公式计算的碘-131的浓度,相对误差≤0.6%。提出的探测系统充分利用了β射线探测效率高和γ能谱能量识别能力强的优点,通过γ能谱全能峰计数和β计数测量可实现碘-131浓度的快速准确测量。

6H-SiC高场输运特性的多粒子蒙特卡罗研究

采用非抛物性能带模型 ,对 6H SiC高场电子输运特性进行了多粒子蒙特卡罗 (EnsembleMonteCarlo)研究 研究表明 :温度为 2 96K时 ,电子横向漂移速度在电场为 2 .0×1 0 4V/cm处偏离线性区 ,5.0×1 0 5V/cm处达到饱和 由EMC方法得到的电子横向饱和漂移速度为 1 .95×1 0 7cm/s,纵向为6.0×1 0 6cm/s,各向异性较为显著 当电场小于 1 .0×1 0 6V/cm时 ,碰撞电离效应对高场电子漂移速度影响较小 另一方面 ,高场下电子平均能量的各向异性非常明显 电场大于 2 .0× 1 0 5V/cm时 ,极化光学声子散射对电子横向能量驰豫时间影响较大 当电场一定时 ,c轴方向的电子碰撞电离率随着温度的上升而增大 对非稳态高场输运特性的分析表明 :阶跃电场强度为 1 .0×1 0 6V/cm时 ,电子横向瞬态速度峰值接近 3.0×1 0 7cm/s。

基于快中子伴随α粒子方法的爆炸物检测技术的蒙特卡罗方法模拟

基于快中子伴随α粒子方法的爆炸物检测技术是一种可有效探测隐藏爆炸物的中子探测技术。利用蒙特卡罗Geant4程序模拟计算石墨、水、TNT样品前有、无墙体两种情况在14 MeV中子作用下产生的γ射线在探测器内的能量沉积谱和飞行时间谱,通过对飞行时间谱的分析表明,选取适当的时间窗可在一定程度上抑制探测器上的本底信号。

200keV V+注入花生种子深度-浓度分布的蒙特卡罗模拟

在对植物种子靶材料进行处理和对LSS理论进行修正的基础上,用蒙特卡罗方法模拟计算了在一维和二维近似情况下,200 keV V+注入花生种子的深度-浓度分布,得到了与实验结果较符合的曲线.并在同样初始条件和理论模型下,计算了200 keV N+注入植物种子的深度-浓度分布,为研究低能离子注入植物种子深度-浓度分布提供了一种初步的理论计算方法.

颗粒在液相中溶解-析出过程的蒙特卡罗模拟

利用蒙特卡罗方法,通过建立合理的模拟规则,对单个圆形颗粒在液相中被溶解并形成溶质、溶质扩散、以及溶质析出等过程进行模拟。模拟结果表明:颗粒溶解度随模拟时间延长而逐渐增加,液相中的溶质浓度相应趋于饱和;升高模拟温度会加快颗粒的溶解速率,使溶质在液相中达到饱和所需要的时间缩短,饱和浓度值相应增加;尺寸越小的颗粒表现出越高的溶解活性,通过对不同初始尺寸的颗粒在液相中达到溶解平衡过程的模拟,所得平衡尺寸及饱和浓度之间的关联性与Gibbs-Thomson关系较为吻合。上述模拟结果均与实际溶解情况较一致。

脉冲激光烧蚀铕粒子速度劈裂的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗方法,模拟了烧蚀铕粒子输运动力学过程,得到了铕粒子电流随时空演化曲线,模拟结果与实验数据符合较好.探讨了环境气体压强对速度劈裂的影响,研究结果表明,环境气体压强对速度劈裂有较明显的影响.当靶-衬间距为60 mm时,铕粒子速度劈裂的范围为10～220 Pa;当环境气体压强为120 Pa时,速度劈裂现象最明显,烧蚀粒子的质量对速度劈裂的压强范围起决定性作用.

蒙特卡罗模拟在单颗粒扫描电镜-能谱定量分析中的应用研究

使用扫描电镜-能谱分析技术在10kV/1nA条件下分别对微束分析国家标准样品、K411玻璃微球和自制的颗粒标准样品进行了测试,并用CASINO程序对其进行了元素定量计算,以检验蒙特卡罗模拟在单颗粒分析中的适用性。研究结果表明:(1)无论是块状还是颗粒标准样品,CASINO程序给出的定量计算结果总体上都明显优于能谱仪自带的XPP程序;(2)相比归一化法,CASINO程序能显著地校正颗粒效应;(3)对于Cu、Zn等KαX射线荧光产额较低的元素,在其含量较低时最好使用Lα线进行定量计算;(4)对于Cr2O3等存在严重谱线重叠的样品,进行相应的重叠校正也可得到较为准确的定量计算结果。

低能量粒子磁控溅射沉积薄膜的蒙特卡罗模拟

提出了一个磁控溅射的低能量粒子 (可以是离子或原子 )加温沉积模型 ,特别考虑了溅射损伤和有一定能量的入射粒子对基底的加温作用 ,并和真空沉积在相同外界条件下作了比较。利用蒙特卡罗方法研究了低能量粒子 (<10 0eV)对金属原子沉积薄层的作用。结果表明 ,当溅射很弱时 。

电推进羽流粒子束溅射的蒙特卡罗模拟

为了研究电推进羽流对推力器及航天器造成的溅射腐蚀作用,采用蒙特卡罗方法对羽流等离子体对材料的溅射进行模拟,研究了溅射的级联碰撞机理,并开展了Xe离子正入射、斜入射Cu材料的溅射率、溅射产物的能量分布以及空间角分布的研究。结果显示,蒙特卡罗方法对溅射率和能量分布的计算结果与试验结果吻合较好,误差<30%,但是斜入射溅射率和方向分布吻合较差,最大误差>50%。认为影响溅射的主要因素为晶体的结构、二体碰撞的基本假设以及入射粒子的注入累积效应。

蒙特卡罗模拟优化β-内酰胺类药物治疗尿路大肠埃希菌感染的给药方案

目的:根据药动/药效(PK/PD)理论,应用蒙特卡罗模拟评价β-内酰胺类抗菌药物对尿路大肠埃希菌感染的治疗效果,获得优化的给药方案。方法:筛选2016年7月～2016年12月(2016年组)和2017年7月～2017年12月(2017年组)的尿路大肠埃希菌感染的病例,选择头孢他啶、哌拉西林他唑巴坦、亚胺培南、美罗培南等4种β-内酰胺类抗菌药物进行蒙特卡罗模拟(10 000次),获得累积反应分数(CFR)进行给药方案的评估。结果:头孢他啶2 g,1次/d的CFR较低,未达到70%;哌拉西林他唑巴坦4.5 g,1次/8 h的CFR>70%,为有效的治疗方案;亚胺培南0.5 g,1次/8 h和美罗培南0.5 g,1次/8 h的CFR值均>90%。结论:对于尿路大肠埃希菌感染,哌拉西林他唑巴坦4.5 g,1次/8 h为有效给药方案,产ESBLs大肠埃希菌引起的尿路重症感染可首选亚胺培南或美罗培南进行治疗;头孢他啶对尿路大肠埃希菌的效果不理想。

基于拟蒙特卡罗模拟法的电-热联合系统概率能量流分析

电-热联合系统中分布式可再生能源出力波动大、电和热负荷随机变化。建立电-热联合系统含不确定性的稳态能量流模型。通过Sobol点列构造低偏差点列,基于拟蒙特卡罗模拟法对随机变量抽样,考虑随机变量之间的相关性,求解电-热联合系统的概率能量流。算例表明所提方法收敛稳定性好,为后续研究电-热联合系统安全分析奠定了基础。

用蒙特-卡罗模型模拟铪等离子体光谱

阐述了中间耦合情况下的Monte Carlo理论模型.在局域热动平衡条件下,用Monte Carlo模型模拟Hf等离子体复杂光谱的部分光谱:类锆铪的光谱.其主要方法是:由未分辨跃迁阵(UTA)方法计算出类锆铪等离子体的4d4-4d35p束缚束缚跃迁阵的谱线数目,从高斯分布中随机确定每条谱线的能量,再根据完全中间耦合时能量与强度的关系来确定每条谱线的强度,从而模拟未分辨跃迁阵Hf32+4d4-4d35p的光谱线.

高功率微波介质窗气体侧击穿特性的粒子-蒙特卡罗碰撞模拟

在高功率微波介质窗外表面周围,气体击穿是限制功率容量提升的主要因素之一,因此进行相应的模拟研究具有重要的意义.本文通过粒子-蒙特卡罗碰撞模型对介质窗气体侧击穿特性进行了模拟研究.将宏粒子合并方法引入该模型,大大减少了跟踪的宏粒子数量,以至于能够对整个击穿过程进行模拟与分析.结果表明,在宏粒子权重为变量下,击穿的时空演化特性与宏粒子权重为常数下的结果符合得很好.由于次级电子发射产额远小于1,所以气体电离是介质窗气体侧击穿的主导机理.电子电离和扩散导致等离子体的密度和厚度随着时间显著增加.电子密度的峰值未出现在介质表面处而是在距离介质表面100—150μm的位置.这是因为大量的电子沉积在介质表面上,伴随产生的自组织法向电场驱使电子远离介质表面.由于本文关注的背景气体压强高于最大电离率对应的临界压强(约为1.33×10^(3)Pa),所以电离率随着压强的增加而单调减小,并导致击穿发展得更加缓慢.通过比较击穿时间的模拟值与实验数据,证实了粒子-蒙特卡罗碰撞模型的准确性.

纳米粒子对无定形聚乙烯网络中链形变与增强作用的蒙特卡罗（Monte Carlo）模拟（Polymer

对于球形填料粒子以立方晶格排列或在空间中无规排列两种情况下对无定形PE网络的增强作用进行了模拟。首先着眼于粒子排列类型对聚合物链的微观性质的影响上，具体地说，用蒙特卡罗旋转异构态模拟方法(MC—RIS)来预测由于填料粒子的体积排除效应导致的链构象分布函数的变化以及由于这些变化导致的复合物弹性性能的变化。

用蒙特-卡罗方法计算大气点扩散函数

大气效应的纠正是一个仍未被彻底解决的定量遥感问题，随着遥感器空间分辨率的不断提高，各种斜视星载遥感器的不断涌现，寻找交叉辐射项的修正方法日显迫切，该文应用蒙特卡罗（ＭＣ） 方法求得不同大气条件下的点扩散函数图形，结果显示：（１） 大气状况对点扩散函数的形状、目标像元的贡献率有不可忽略的影响；（２） 一次散射的假定将导致夸大背景像元的贡献率，其绝对误差最大可达７ ％ ，其相对误差最大可达４０ ％ ；（３） 斜视条件下与传感器同侧的像元贡献率最大，对侧像元的贡献率最小，其间的过渡曲线形状决定于传感器斜视角度与气溶胶尺度谱，而与入射辐射波长和大气能见度无关。

直接模拟蒙特卡罗羽流模拟的两相作用模型

为了数值模拟包含气体分子和凝相颗粒的两相羽流场,使用自主开发的羽流计算软件(PWS)对两相作用模型进行研究。计算均匀气流对颗粒的加速过程,结果与理论解一致,证明气体分子对颗粒的单向作用模型合理。计算气体分子在颗粒表面的反射时,将全局坐标系转换到颗粒坐标系确定其法线,再转换到法线坐标系进行镜面反射或漫反射。将这种间接法与使用反射向量的分布函数的直接法进行了对比。对同一个气体分子在颗粒表面的反射进行1×106次数值试验,两种方法所得镜面反射的速度向量均符合空间均匀分布,漫反射的速度向量分布相互一致。使用两种方法模拟150N液体火箭发动机的两相羽流场,所得气相羽流场几乎相同,间接法计算效率较高。液滴颗粒对气流场的影响主要集中在轴线附近,与无液滴的气流场相比,有液滴时会使气流温度升高、压强增大、马赫数减小。

γ射线大气传输特性的蒙特卡罗方法模拟

利用蒙特卡罗方法计算了距地面30～100km处的γ射线源,通过大气传输到距地面500km轨道上的不同位置处的γ射线的光子注量、能量注量以及能谱和飞行时间谱的变化情况。计算结果表明:到达较大的轨道倾斜角处的积分光子注量比在真空中传输的积分光子注量超出了30%～90%,能量注量的传输值几乎与真空中的传输值相同。这是由于源附近大气对光子散射到达探测点的注量超过大气对光子的吸收所致。高能注量主要来自非碰撞光子,低能注量来自散射光子。