[发明专利]一种基于蒙特卡罗自适应降低方差的辐射屏蔽计算方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

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

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。

本发明的技术方案如下：

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。

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：

(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：