[发明专利]一种核模拟分析中基于空间切分的不规则几何体高效源抽样方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核模拟分析中基于空间切分的不规则几何体高效源抽样方法，属于核科学中蒙特卡罗粒子输运计算与数值模拟研究领域。

背景技术

蒙特卡罗粒子输运方法是以统计学理论为基础，通过大量具有随机性质特点的粒子物理事件和物理过程进行随机模拟来求解粒子输运方程的一种非确定论方法，它广泛应用于反应堆物理、医学物理、高能物理和核探测等领域。相比传统的确定论方法而言，蒙特卡罗粒子输运方法的最大优点在于，它能够非常逼真地描述具有随机性质的事物特点及过程，并且对几何模型和材料限制小，可以精确模拟复杂源、复杂材料和复杂几何下的粒子输运问题。

在进行基于空间切分的核模拟分析的蒙特卡罗粒子输运计算时，首先需要根据存储放射性源项的容器，定义源粒子位置的抽样规则，并判断抽样出的位置是否在容器内。对于不规则的容器，特别是当定义的抽样规则与容器的重合度很低时，无效抽样区域大量存在，导致抽样效率特别低，从而影响核模拟分析的计算效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种核模拟分析中基于空间切分的不规则几何体高效源抽样方法，通过切分方向的自动优化以及概率密度分布参数的自动获取，实现不规则几何体空间位置的抽样，大幅提高核模拟分析的效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种核模拟分析中基于空间切分的不规则几何体高效源抽样方法，包括以下步骤：

(1)第一维坐标的随机抽样：

分析待处理的几何体，得到该几何体在X,Y,Z方向上的最大值和最小值X_min，X_max，Y_min，Y_max，Z_min和Z_max，并在每个方向上选取N个截面，记录为其中i＝1～N(i＝1对应X_min，Y_min，Z_min处的截面，i＝N对应X_max，Y_max，Z_max处的截面)，并计算得到各截面的面积，记录为比较不同方向上截面面积的方差，选择方差最小的方向D(D∈{X,Y,Z})作为几何体的优先切分方向；

对D方向的一组截面基于连续的概率密度分布进行随机抽样：以截面的面积表示D方向上各坐标点的概率密度值；计算得到区间[D_i,D_i+1]上的概率密度函数由概率密度函数f(x)得到分布函数抽样出[0，1]之间的随机数ξ，得到D方向上的坐标值d＝F^-1(ξ)；

(2)第二维坐标的随机抽样：

在d处垂直于D方向对几何体进行切分，得到截面设几何体的优先切分方向D以外的其余两个方向为E和F(E∈{X,Y,Z}，F∈{X,Y,Z}，E≠X，E≠F，F≠X)，并计算该截面在E，F方向上的最大值和最小值和在截面上均匀选取M个垂直于E，F方向的截线，记录为其中j＝1～M(j＝1对应处的截线，j＝M对应处的截线)，并计算得到各截线的长度记录为比较E和F两个方向上截线长度的方差，选取方差小的方向G(G∈{E,F})作为截面的优先切分方向；

对G方向的一组截线基于连续的概率密度分布进行随机抽样：以截线的长度表示G方向上各坐标点的概率密度值；计算得到区间[G_i,G_i+1]上的概率密度函数由概率密度函数f(x)得到分布函数抽样出[0，1]之间的随机数ξ，得到G方向上的坐标值g＝F^-1(ξ)；

(3)第三维坐标的随机抽样：

在g处垂直于G方向上对截面进行切分，得到截线设几何体的优先切分方向D和截面的优先切分方向G以外的方向为H(H∈{E,F}，H≠G)；计算截线在H方向上的最大值和最小值抽样出[0，1]之间的随机数得到H方向上的坐标值结合此前步骤，按照坐标顺序得到完整三维坐标。

本发明的有益效果体现在：

本发明基于几何体空间拓扑关系，通过切分方向的自动优化以及概率密度分布参数的自动获取，实现了不规则几何体空间位置的抽样，相比于传统的抽样规则，减少了无效抽样的区域，大幅提高了核模拟分析的效率。

附图说明

图1为本发明的操作流程图；

图2为几何体的包围盒示意图；

图3为计算实例的几何模型示意图；

图4为计算实例的几何模型三维截面示意图；

图5为计算实例的几何模型X方向切分几何体示意图；