[发明专利]一种蒙特卡罗粒子输运模拟中核截面数据处理优化方法

摘要

本发明公布了一种蒙特卡罗粒子输运模拟中核截面数据处理优化方法，在传统MC粒子输运模拟连续点截面处理与应用的方法基础上，归并问题涉及的所用核素的能量网格点形成统一能量网格，使得每步输运只需对统一能量网格进行一次搜索查找，由预处理得到的核素指针数组直接找到当前能量在每个核素能量网格中的具体位置，替代传统方法对材料中每个核素的不同能量网格的重复搜索查找，极大地减少了蒙特卡罗粒子输运计算中对能量网格的搜索查找次数，在不损失计算精度的情况下提高计算速度；并根据点状核数据能量点分布的特点，引入能量分段思想形成能量网格的双层查找模式，减少在分布密度较高区域的无效搜索次数，提高单次网格搜索的效率。

主权项

一种蒙特卡罗粒子输运模拟中核截面数据处理优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤(1)对蒙特卡罗粒子输运模拟程序从核数据库中读取的核数据进行预处理，包括以下步骤：(11)统一能量网格的建立：在读取核素数据时，采用归并法合并问题涉及的所用核素的能量网格，形成统一能量网格数组，标记为UnionErgArray[N_tot]，其中N_tot表示统一能量网格中的网格数；(12)核素指针数组的建立：对比每个单核素i的能量网格EryArray_i[N_i]，N_i表示网格数，与步骤(11)中产生的统一能量网格数组UnionErgArray[N_tot]，找出统一能量网格数组中的每个能点UnionErgArray[j]在单核素i能量网格EryArray_i[N_i]中的位置，标记为Position_i[j]，存入数组，形成核素i的核素指针数组，标记为Position_i[N_tot]；(13)核素总截面数组与材料宏观总截面数组的建立：在步骤(12)中建立核素指针数组的同时，依据单核素i的能量网格值计算线性插值因子：$\mathrm{factor}=\frac{\mathrm{UnionEryArray}\left[j\right]-{\mathrm{EryArray}}_i\left[{\mathrm{Position}}_i\right[j\left]\right]}{{\mathrm{EryArray}}_i\left[{\mathrm{Posotoon}}_i\right[j]+1]-{\mathrm{EryArray}}_i\left[{\mathrm{Position}}_i\right[j\left]\right]},$插值得到核素i的总截面：σ＝σ[Position_i[j]]+factor*(σ[Position_i[j]+1]‑σ[Position_i[j]])，其中σ[Position_i[j]]表示单核素i能量网格对应的总截面数组中的第Position_i[j]个值，将总截面值存入数组，形成单核素i的总截面数组，标记为σ_i[N_tot]，将材料k中所有核素的总截面值按密度比例求和得到材料的宏观总截面数组，标记为Σ_k[N_tot]；(14)分段能点指针数组的建立：根据用户给定的或者程序内置的分段能点数组PointwiseErgArray[N_pw]，其中N_pw表示分段能点个数，遍历步骤(11)中产生的统一能量网格数组UnionErgArray[N_tot]，找出分段能点数组中每个能点在统一能量网格中的位置，存入数组，形成分段能点指针数组，标记为Position_pw[N_pw]；步骤(2)在蒙特卡罗粒子输运模拟中需要使用截面数据时，对各类截面进行计算，包括以下步骤：(21)查找当前能量在步骤(11)中产生的统一能量网格数组UnionErgArray[N_tot]中的位置，首先，在分段能点数组PointwiseErgArray[N_pw]中搜索当前能量erg，得到erg在分段能点数组中的位置为N_pw1与N_pw1+1之间；其次，根据步骤(14)中得到的分段能点指针数组PointwiseErgArray[N_pw]，得到erg在统一能量网格数组中的位置为p1＝Position_pw[N_pw1]与p2＝Position_pw[N_pw1+1]之间；再次，使用二分查找法在统一能量网格数组UnionErgArray[N_tot]的p1到p2区间上进行搜索得到erg在统一能量网格中的精确位置Mainindex，并得到插值因子：$\mathrm{fmain}=\frac{\mathrm{erg}-\mathrm{UnionEryArray}\left[\mathrm{Mainindex}\right]}{\mathrm{UnionEryArray}[\mathrm{Mainindex}+1]-\mathrm{UnionEryArray}\left[\mathrm{Mainindex}\right]};$(22)在抽样粒子输运长度时需要计算材料的宏观截面，依据步骤(21)中得到的当前能量erg在统一能量网格中的精确位置Mainindex和插值因子fmain，对步骤(13)中得到的当前材料的宏观总截面数组Σ_k[N_tot]进行线性插值得到材料的宏观截面Σ：Σ＝Σ_k[Mainindex]+fmain×(Σ_k[Mainindex]‑Σ_k[Mainindex])；(23)在抽样反应核素时需要使用当前材料中各核素的总截面，根据步骤(21)中得到的当前能量erg在统一能量网格中的精确位置Mainindex和插值因子fmain，同步骤(22)中，直接依据步骤(13)中得到的每个核素的总截面数组σ_i[N_tot]进行线性插值得到每个核素的总截面σ_i：σ_i＝σ_i[Mainindex]+fmain×(σ_i[Mainindex]‑σ_i[Mainindex])；(24)在抽样反应类型或物理参数计算时需要计算当前反应核素i的多种反应截面，根据步骤(21)中得到的当前能量erg在统一能量网格中的精确位置Mainindex，对应步骤(12)中得到的当前核素i的核素指针数组Position_i[Mainindex]得到erg在核素i的能量网格中的位置p，线性插值因子f由下式得到：f＝(erg‑EryArray_i[p])/(EryArray_i[p+1]‑EryArray_i[p])，线性插值得到各种反应截面。