[发明专利]基于深度剥离的核辐射屏蔽计算的网格快速生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及核科学与技术领域中的核辐射屏蔽数值模拟计算方向，涉及计算机辅助设计(CAD)生成的几何模型到核辐射屏蔽计算网格的转换生成方法。

背景技术

中子物理学(又称中子学)是近代物理学的一个重要分支，它主要研究中子与各种物质间的相互作用。在核反应堆物理研究、工程设计、安全评估、燃料管理优化、环境监测与辐射屏蔽防护等各个领域，中子学分析都是其必不可少的重要分析方法。中子学分析主要包括中子输运、活化、燃耗、剂量分析等内容。其中，中子输运分析是重要基础和核心内容。

中子输运(Neutron Transport)是指中子在介质内运动的过程。中子输运理论是研究中子在介质内运动的过程和规律的基础理论。随着核能利用的蓬勃发展，它在核科学技术领域中已成为一个独立的基础理论科学，并在核反应堆物理、屏蔽和核技术的工程应用和军事技术等领域中获得广泛的应用。中子输运分析能够获得中子密度、中子通量密度、中子流密度等物理量结果。

研究中子输运问题的方法一般分为二类：一类称为确定论方法；另一类称为蒙特卡罗方法。在确定论方法中，根据问题的物理性质所建立起的数学模型可以用一个或一组确定的数学物理方程来表示，然后，对这些方程可以采用数学方法求出它的精确或近似的解。对于一般的实际问题，都采用数值方法来求解。

离散纵标法就是求解中子输运方程最常用的确定论方法之一。近年来，随着计算机技术的迅速发展以及研究工作的不断深入，离散纵标法已经成为研究中子输运问题的有效数值方法之一，特别是在屏蔽计算中获得了广泛的应用。

近年来，特别是近40年来，各国研究单位已先后发展了一系列辅助领域专家进行中子学分析工作的离散纵标法程序系统，在计算精度和速度上都达到了相当完善的程度，并发展成为国际通用程序，在工程上获得了广泛的应用。如美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory,ORNL)研发的DOORS系统(包含一维ANISN、二维DORT和三维TORT等独立输运程序系统)，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory,LANL)研发的DANTSYS系统(包含一维ONEDANT、二维TWODANT、三维THREEDANT等独立输运程序系统)和PARTISN系统，日本大阪大学(Osaka University)研制的NSHEX系统，美国Transpire公司的旗舰产品Attila，美国HSW Technologies公司商业软件PENTRAN系统等。

上述软件系统中，除Attila、PENTRAN是由商业公司研发运作外，其余系统均为研究机构或大学研制。当前，广泛流行于各国研究机构与研究所的软件系统还主要是研究机构研制的系统，比如DOORS系统，PARTISN系统。这些系统研发历史悠久，且采用的算法经典、可靠，是其他系统有效性验证的参考对象。它们也是科研人员基于中子输运进行活化、剂量计算分析的重要基础工具。

然而，这些经典的离散纵标法中子输运分析系统，由于更多关注计算方法研究，在程序易用性等方面考虑不足，且开发起始年代较早，未能很好吸收后续计算机图形学、科学计算可视化等学科发展的成果，以至它们目前对大型复杂例题的计算建模和后处理的支持方面表现得较为不足，使得计算前后处理环节突出为输运分析工作的瓶颈。这使得在计算机计算能力显著提高的今天，不能很好地满足用户对计算例题复杂度、精度不断提高的需求，已严重限制了上述经典离散纵标法中子输运分析系统的扩展应用。

上述问题主要表现在于，对于当前常见的工程实际计算例题的规模、复杂度与精度要求，一方面，常规的手工文本方式描述已经变得不可实现，另一方面，基于日益复杂的计算几何产生的结果数据的空间分布日益复杂，常规的基于区域平均值、轴向分布的分析方式将会丢失大量数据细节，已不再满足要求。

随着计算机学科的不断发展，计算机辅助设计技术(Computer-Aided Design)、科学计算可视化技术日益得到国内外广大科研人员的深入研究，并已逐步发展成熟，成为计算机学科中的重要研究方向。CAD技术关注的是几何的表示、生成、操作与显示；而科学计算可视化技术则是为了帮助分析人员直观高效地分析日益庞大复杂的计算结果，并直观展现数据分布规律以及细节信息的一门技术。