[发明专利]一种用于蒙特卡罗模拟计算程序的虚拟分层建模方法

说明书

本发明涉及一种用于蒙特卡罗模拟计算程序的虚拟分层建模方法，该方法建立一个虚拟几何区域，将原有的实际存在的几何体包括在内；将所建立的虚拟几何区域划分为若干个单元；以所划分的各单元为母体，在各个单元中分别构建实际的几何体。本发明能够较好地解决粒子在几何体数量巨大的系统中的位置快速确定问题，提高蒙特卡罗方法的计算效率，节省计算时间。

技术领域

本发明属于蒙特卡罗模拟计算技术，具体涉及一种用于蒙特卡罗模拟计算程序的虚拟分层建模方法。

背景技术

蒙特卡罗方法(Monte Carlo)是一种以概率统计理论为基础的一种计算方法。该方法能够比较逼真地描述事物的特点及物理实验过程，解决数值方法难以解决的问题。广泛应用于粒子输运问题，统计物理，典型数学问题，真空技术，激光技术以及医学，生物，探矿等领域。

蒙特卡罗方法应用于粒子输运问题时的主要过程为源粒子的状态参数的确定，系统中的输运并确定下一个碰撞点，确定被碰撞的原子核、反应类型及粒子碰撞后的能量与运动方向，接着继续重复输运过程直到粒子达到停止输运的边界条件。输运过程首先是确定粒子的输运长度，然后计算粒子的当前位置与相关几何区域边界的距离，从而确定粒子的下一个碰撞点的位置。当系统中的几何区域数量较多时，因需要计算粒子到所有几何区域边界的距离，计算量较大，占用的机时较多。

Geant4是欧洲核子研究中心(CERN)研制开发的一个大型的蒙特卡罗模拟程序。蒙特卡罗模拟程序Geant4的构建几何模型方法如下，先构建一个世界体，整个系统都在这个世界体内，当粒子输运到这个世界体外时，粒子停止输运。同时，该世界体作为系统最大的母体，其它的主要几何区域应作为子体在该母体中建立。并且，每个子体同时可作为更小的感兴趣区域构建的母体。Geant4程序模拟粒子输运过程中，粒子输运到所在几何体边界后，需判断粒子输运的下一个碰撞点的所在区域，为此，需要根据粒子的位置和运动方向与其同一母体内的每一个几何体进行相交计算，确定到达边界的距离，进而确定粒子输运的下一个碰撞点的所在区域和准确位置。当前母体内的子体数量较多时，需要大量机时计算粒子到达各子体区域边界的距离。

发明内容

本发明的目的在于针对利用蒙特卡罗方法计算粒子在几何体数量巨大的系统中的输运问题时的计算效率低的问题，提出一种用于蒙特卡罗模拟计算程序的虚拟分层建模方法，以提高蒙特卡罗方法的计算效率，节省计算时间。

本发明的技术方案如下：一种用于蒙特卡罗模拟计算程序的虚拟分层建模方法，包括如下步骤：

(1)建立一个虚拟几何区域，将原有的实际存在的几何体包括在内；

(2)将所建立的虚拟几何区域划分为若干个单元；

(3)以所划分的各单元为母体，在各个单元中分别构建实际的几何体。

进一步，如上所述的用于蒙特卡罗模拟计算程序的虚拟分层建模方法，步骤(2)中，将所述的虚拟几何区域按照实际需要划分为多层结构，在上一层的单元中进一步划分若干个下一层的单元；步骤(3)中在最后一层的各个单元中分别构建实际的几何体。

进一步，如上所述的用于蒙特卡罗模拟计算程序的虚拟分层建模方法，步骤(3)中，所述的最后一层的各个单元为母体，实际的几何体为子体，蒙特卡罗模拟计算程序计算母体外的粒子与实际的几何体是否相交时，只需计算其是否与母体相交，不用考虑子体，也不用考虑母体以外的其它单元。

本发明的有益效果如下：本发明提供的虚拟分层建模方法可直接应用于蒙特卡罗方法的模拟程序Geant4的几何模型构建的优化，能够较好地解决粒子在几何体数量巨大的系统中的位置快速确定问题，提高蒙特卡罗方法的计算效率，节省计算时间。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中虚拟分层建模方法的过程示意图。

具体实施方式