面向先進反應堆的蒙特卡羅模擬方法與程序設計研究.pdf

1、先進反應堆對于緩解世界能源危機具有重要戰(zhàn)略意義，其極強的探索性和復雜性決定了以蒙特卡羅（蒙卡）方法為核心的核過程模擬具有顯著優(yōu)勢并適應未來發(fā)展需求。然而對于反應堆模擬而言，臨界計算裂變源收斂問題、計算速度慢成為蒙卡發(fā)展的瓶頸，同時也是國際研究熱點?，F(xiàn)有蒙卡程序?qū)τ诜磻褢枚栽诔绦蚬δ芗敖Y構擴展性方面存在不足，特別對于先進反應堆而言不易實際應用及快速發(fā)展以適應新的需求。
　　本文針對上述問題展開研究，主要工作與創(chuàng)新之處包括:

2、r>　　(1)基于指數(shù)迭代中子輸運方程開展有效增殖因子的三個估計因子組合估計方法研究。提出自適應疊加網(wǎng)格香農(nóng)熵源收斂診斷方法并通過1/4堆芯基準源收斂例題Inp24正確性校驗。相比于傳統(tǒng)香農(nóng)熵診斷方法，該方法將網(wǎng)格劃分與物理關聯(lián)起來，解決傳統(tǒng)方法難以評估裂變源抽樣是否充分的問題，網(wǎng)格的自動劃分提高了復雜幾何和材料問題計算時程序的易用性。在分析現(xiàn)有源收斂加速方法思路的基礎上，轉(zhuǎn)變源收斂加速的角度，提出根據(jù)物理特性預先進行裂變區(qū)域抽樣的源收

3、斂加速方法，使Inp24例題收斂速度提升約31.8％。
　　(2)將云計算引入反應堆蒙卡模擬中，設計了基于C/S框架和Socket通信技術的云計算網(wǎng)絡框架及基于任務及資源監(jiān)控的并行任務協(xié)同調(diào)度方法，使得用戶可通過網(wǎng)絡智能地進行反應堆模擬的分布式任務協(xié)同計算;提出了固定源問題基于粒子并行計算中負載動態(tài)調(diào)整方法，可根據(jù)資源與任務實際情況進行彈性云計算。以國際熱核聚變實驗堆ITER基準模型設計案例進行測試，該負載調(diào)整方法使任務計算效率提

4、高42.99％，并保障結果的一致性。
　　(3)結合先進反應堆的需求與發(fā)展趨勢，設計了耦合多物理并基于先進計算機技術的蒙卡程序功能架構。對粒子徑跡與計數(shù)結構、中/光子輸運流程、幾何描述方式與結構進行了定義和設計，使得程序具有較好的擴展性。定義統(tǒng)一的XML標準數(shù)據(jù)交換格式以實現(xiàn)集幾何與物理自動建模、中/光子輸運計算、過程與結果可視化于一體，從而克服了難以描述及分析復雜先進反應堆的困難。采用基于上述方法與設計開發(fā)的超級蒙特卡羅計算軟件