面向先進(jìn)反應(yīng)堆的蒙特卡羅模擬方法與程序設(shè)計(jì)研究.pdf

1、先進(jìn)反應(yīng)堆對(duì)于緩解世界能源危機(jī)具有重要戰(zhàn)略意義，其極強(qiáng)的探索性和復(fù)雜性決定了以蒙特卡羅（蒙卡）方法為核心的核過程模擬具有顯著優(yōu)勢(shì)并適應(yīng)未來(lái)發(fā)展需求。然而對(duì)于反應(yīng)堆模擬而言，臨界計(jì)算裂變?cè)词諗繂栴}、計(jì)算速度慢成為蒙卡發(fā)展的瓶頸，同時(shí)也是國(guó)際研究熱點(diǎn)。現(xiàn)有蒙卡程序?qū)τ诜磻?yīng)堆應(yīng)用而言在程序功能及結(jié)構(gòu)擴(kuò)展性方面存在不足，特別對(duì)于先進(jìn)反應(yīng)堆而言不易實(shí)際應(yīng)用及快速發(fā)展以適應(yīng)新的需求。
　　本文針對(duì)上述問題展開研究，主要工作與創(chuàng)新之處包括:

2、r>　　(1)基于指數(shù)迭代中子輸運(yùn)方程開展有效增殖因子的三個(gè)估計(jì)因子組合估計(jì)方法研究。提出自適應(yīng)疊加網(wǎng)格香農(nóng)熵源收斂診斷方法并通過1/4堆芯基準(zhǔn)源收斂例題Inp24正確性校驗(yàn)。相比于傳統(tǒng)香農(nóng)熵診斷方法，該方法將網(wǎng)格劃分與物理關(guān)聯(lián)起來(lái)，解決傳統(tǒng)方法難以評(píng)估裂變?cè)闯闃邮欠癯浞值膯栴}，網(wǎng)格的自動(dòng)劃分提高了復(fù)雜幾何和材料問題計(jì)算時(shí)程序的易用性。在分析現(xiàn)有源收斂加速方法思路的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)變?cè)词諗考铀俚慕嵌?，提出根?jù)物理特性預(yù)先進(jìn)行裂變區(qū)域抽樣的源收

3、斂加速方法，使Inp24例題收斂速度提升約31.8％。
　　(2)將云計(jì)算引入反應(yīng)堆蒙卡模擬中，設(shè)計(jì)了基于C/S框架和Socket通信技術(shù)的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)框架及基于任務(wù)及資源監(jiān)控的并行任務(wù)協(xié)同調(diào)度方法，使得用戶可通過網(wǎng)絡(luò)智能地進(jìn)行反應(yīng)堆模擬的分布式任務(wù)協(xié)同計(jì)算;提出了固定源問題基于粒子并行計(jì)算中負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整方法，可根據(jù)資源與任務(wù)實(shí)際情況進(jìn)行彈性云計(jì)算。以國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER基準(zhǔn)模型設(shè)計(jì)案例進(jìn)行測(cè)試，該負(fù)載調(diào)整方法使任務(wù)計(jì)算效率提

4、高42.99％，并保障結(jié)果的一致性。
　　(3)結(jié)合先進(jìn)反應(yīng)堆的需求與發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)了耦合多物理并基于先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的蒙卡程序功能架構(gòu)。對(duì)粒子徑跡與計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)、中/光子輸運(yùn)流程、幾何描述方式與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定義和設(shè)計(jì)，使得程序具有較好的擴(kuò)展性。定義統(tǒng)一的XML標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式以實(shí)現(xiàn)集幾何與物理自動(dòng)建模、中/光子輸運(yùn)計(jì)算、過程與結(jié)果可視化于一體，從而克服了難以描述及分析復(fù)雜先進(jìn)反應(yīng)堆的困難。采用基于上述方法與設(shè)計(jì)開發(fā)的超級(jí)蒙特卡羅計(jì)算軟件