一种基于蒙特卡罗自适应降低方差的辐射屏蔽计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于蒙特卡罗自适应降低方差的辐射屏蔽计算方法，在传统的基于权窗减方差的蒙特卡罗方法的基础上，根据其确定论方法伴随通量计算结果的具体情况，进而计算得到重要性参数，将这些参数写入基于蒙特卡罗的辐射屏蔽计算程序的输入文件中，再进行辐射屏蔽计算。在基于蒙特卡罗的辐射屏蔽计算过程中，在根据前一步得到的重要性参数对粒子进行偏倚输运的同时，对粒子径迹进行保存，即给出每一个粒子经过的栅元，帮助用户在模拟过程中自动干预调整几何区域重要性参数的设置，并在后续计算中使用新的栅元重要性参数，实现自动偏倚。本发明避免了传统的基于经验式权窗减方差的蒙特卡罗方法的使用，达到精确快速进行辐射屏蔽计算的效果。
【专利说明】一种基于蒙特卡罗自适应降低方差的辐射屏蔽计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于蒙特卡罗自适应降低方差的辐射屏蔽计算方法，属于核物 理、核技术应用等领域中的辐射屏蔽计算分析方向。
【背景技术】
[0002] 辐射屏蔽分析是核装置物理设计与分析的关键环节。蒙特卡罗方法具备处理复杂 几何和模拟精细的物理过程的能力，因而在屏蔽分析方面应用越来越广泛。对于厚屏蔽与 结构复杂问题，由于模拟的粒子难以穿透介质继续输运，难以统计到有效的粒子，不仅计算 效率难以接受且难以得到收敛的解。减方差方法可以加快蒙特卡罗方法的收敛速度，因此 在应用蒙特卡罗方法解决屏蔽计算问题的过程中，有效地使用减方差方法是必不可少的。 但是传统减方差方法需要使用者具备丰富的经验和反复的试算，才能得到比较好的效果。 如何避免经验式的减方差方法使用，如何更高效的发挥减方差方法的使用，是基于蒙特卡 罗辐射屏蔽计算方法的关键技术之一。
[0003] 减方差不仅仅是蒙特卡罗粒子输运模拟问题加速的一种技巧，并且是得到答案所 完全必须的条件。比如深穿透问题和管探测器问题，若不使用足够的减方差技巧，将会因为 许多因素而运行的很慢。因此，这就要求用户必须很熟练的使用蒙特卡罗粒子输运程序中 的减方差技巧。
[0004] 现有的蒙特卡罗粒子输运程序中有四类减方差技术：截断技术（能量截断和时间 截断）、总体控制方法（几何分裂与轮盘赌，能量分裂与轮盘赌，时间分裂与轮盘赌，权截断 和权窗）、修正抽样方法（指数变换，隐俘获，强迫碰撞，源偏倚）、部分确定性方法（点探测 器，DXTRAN和相关抽样）。其中权窗是应用最为广泛的技术之一。
[0005] 权窗是相空间的分裂和俄罗斯轮盘赌技巧，相空间可以是空间-能量、空间-时间 或者空间。作为能量、几何位置或者两者的一部分，低权重粒子通过俄罗斯轮盘赌淘汰，高 权重粒子分裂。这项技术可以使得权重分布保持在一个合理的界限内。
[0006] 传统的权窗减方差方法在使用的过程中，虽然实践证明它的有效性和可用性，但 它决不是解决所有重要抽样问题的万金油。多数情况下，用户还要判断计算出的权窗是否 合理。用户需牢记，产生的参数是统计结果，有可能带很大误差，除非在设置的相空间中已 充分抽样。为此，用户应在使用权窗时预先给相空间粗略设置比较合理的重要性，经过计 算-设置-再计算的多次过程才能得到较好的权窗；要对计算结果加以判断，对那些值得怀 疑的参数重新设置。对于使用经验不足的用户，反复调试权窗参数极为耗时。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于：克服传统权窗减方差方法在操作中的不足（权窗减方差方 法在操作中的不足是不行的，没有与【技术领域】相结合，提供一种自适应降低方差的方法，使 得用于基于蒙特卡罗的辐射屏蔽计算的粒子自动从源区域向计数区域进行偏倚，避免了传 统的基于经验式权窗减方差的蒙特卡罗方法的使用，达到精确快速进行辐射屏蔽计算的效 果。
[0008] 本发明的技术方案如下：
[0009] 本发明根据确定论方法伴随通量计算结果的具体情况，进而计算得到蒙特卡罗正 向模拟的重要性参数（源偏倚和权窗）；在正向粒子输运模拟过程中，在根据上一步得到的 重要性参数对粒子进行偏倚输运的同时，对粒子径迹进行保存，即给出每一个粒子经过的 栅元（包括目标计算栅元，判断粒子是否对目标计数有贡献），帮助用户在模拟过程中自动 干预调整几何区域重要性参数的设置，并在后续计算中使用新的栅元重要性参数，在粒子 输运物理过程实现自动偏倚。
[0010] 本发明所采用的技术方案实现如下：一种基于蒙特卡罗自适应降低方差的辐射屏 蔽计算方法，包含如下步骤：
[0011] (1)基于蒙特卡罗的辐射屏蔽计算方法中初始减方差参数获取：
[0012] a)根据需计算的基于蒙特卡罗的辐射屏蔽计算问题，建立其确定论方法伴随计算 的计算模型
【权利要求】
1. 一种基于蒙特卡罗自适应降低方差的辐射屏蔽计算方法，其特征在于包括以下步 骤： (1) 初始减方差参数获取： a) 根据需要计算的基于蒙特卡罗的辐射屏蔽计算问题，建立确定论方法伴随计算的计 算模型； b) 根据确定论方法粒子输运伴随计算的结果，生成基于蒙特卡罗的辐射屏蔽计算的减 方差参数，包括：源偏倚参数和权窗参数； (2) 基于蒙特卡罗的辐射屏蔽计算中粒子径迹跟踪及减方差参数调节： a) 分批进行基于蒙特卡罗的辐射屏蔽计算，首批用于辐射屏蔽计算的粒子模拟使用步 骤（1)获得的减方差参数； b) 在粒子模拟的过程中，对每一个粒子的径迹进行跟踪，保留对目标计数有贡献的粒 子径迹信息，包括：粒子穿过栅元的编号，粒子在目标计数栅元中的权重； c) 在该批粒子模拟结束后，根据公式
计算每个栅元的重要性，并按照重要性的倒数，重新定义各栅元的权窗参数，用于下批粒子 模拟； d) 重复步骤（2)中的b)、c)部分，直至所有的分批粒子模拟结束，最后统计得到辐射 屏蔽计算的结果。
2. 根据权利要求1所述的一种基于蒙特卡罗自适应降低方差的辐射屏蔽计算方法， 其特征在于：所述步骤（2)中的c)中当计算栅元重要性时，当计算得到的栅元重要性小于 0. Ol时，则定义栅元的权窗参数为O ;当计算得到的栅元重要性小于0. OOOl时，则定义栅元 的权窗参数为-1，减小对目标计数栅元贡献较小的粒子输运的时间。
【文档编号】G06F19/00GK104376217SQ201410668296
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】郑华庆, 宋婧, 孙光耀, 郝丽娟, 吴宜灿 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院