一種蒙特卡羅粒子輸運(yùn)模擬中核截面數(shù)據(jù)處理優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種蒙特卡羅粒子輸運(yùn)模擬中核截面數(shù)據(jù)處理優(yōu)化方法，在傳統(tǒng)MC粒子輸運(yùn)模擬連續(xù)點(diǎn)截面處理與應(yīng)用的方法基礎(chǔ)上，歸并問題涉及的所用核素的能量網(wǎng)格點(diǎn)形成統(tǒng)一能量網(wǎng)格，使得每步輸運(yùn)只需對統(tǒng)一能量網(wǎng)格進(jìn)行一次搜索查找，由預(yù)處理得到的核素指針數(shù)組直接找到當(dāng)前能量在每個核素能量網(wǎng)格中的具體位置，替代傳統(tǒng)方法對材料中每個核素的不同能量網(wǎng)格的重復(fù)搜索查找，極大地減少了蒙特卡羅粒子輸運(yùn)計(jì)算中對能量網(wǎng)格的搜索查找次數(shù)，在不損失計(jì)算精度的情況下提高計(jì)算速度；并根據(jù)點(diǎn)狀核數(shù)據(jù)能量點(diǎn)分布的特點(diǎn)，引入能量分段思想形成能量網(wǎng)格的雙層查找模式，減少在分布密度較高區(qū)域的無效搜索次數(shù)，提高單次網(wǎng)格搜索的效率。
【專利說明】-種蒙特卡羅粒子輸運(yùn)模擬中核截面數(shù)據(jù)處理優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及蒙特卡羅粒子輸運(yùn)計(jì)算中的一種核截面數(shù)據(jù)處理優(yōu)化方法，屬于原子 能科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 蒙特卡羅（MC)方法是目前粒子輸運(yùn)模擬中較常用的方法。MC粒子輸運(yùn)模擬從連 續(xù)能量點(diǎn)截面的核數(shù)據(jù)中獲取粒子與物質(zhì)發(fā)生各種反應(yīng)的相關(guān)截面數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)輸運(yùn)過 程中的各種抽樣過程。對于不同核素連續(xù)能量點(diǎn)的能量網(wǎng)格劃分各不相同，在MC計(jì)算中， 需要頻繁的根據(jù)入射能量對每個核素的能量網(wǎng)格進(jìn)行搜索找到對應(yīng)的網(wǎng)格索引，以得到相 應(yīng)的截面。這些頻繁的網(wǎng)格搜索導(dǎo)致核素多時計(jì)算很慢，在燃耗計(jì)算中尤其明顯。
[0003] 統(tǒng)一能量網(wǎng)格是Serpent等軟件使用的一種加速M(fèi)C計(jì)算的方法。其基本思想是： 構(gòu)造所用核素適用的能量網(wǎng)格，計(jì)算時，只需對該能量網(wǎng)格進(jìn)行一次搜索，即可得到當(dāng)前能 量下所有核素的截面數(shù)據(jù)，避免了因各核素能量網(wǎng)格不同而進(jìn)行的重復(fù)的能量網(wǎng)格搜索。 但是，已有的統(tǒng)一能量網(wǎng)格方法，考慮到計(jì)算速度、計(jì)算精度與內(nèi)存開銷，通常有兩種處理 方法：一種為了保證原始核數(shù)據(jù)的精度，通常將所有核素的能量網(wǎng)格合并，并對所有能點(diǎn)預(yù) 計(jì)算所有核素的各種截面和每種材料的各種宏觀截面，存儲在內(nèi)存中供輸運(yùn)計(jì)算使用，因 此會占用非常大的內(nèi)存，甚至因?yàn)樾枰獌?nèi)存太大而不能進(jìn)行計(jì)算；另外一種為了避免大內(nèi) 存開銷，在建立統(tǒng)一能量網(wǎng)格時，不是合并所有核素的能量網(wǎng)格，而是自定義一套能量網(wǎng)格 或者對所有核素的能量網(wǎng)格進(jìn)行精簡，這樣的處理導(dǎo)致了原始核數(shù)據(jù)精度的部分丟失。如 何在保持計(jì)算精度且不顯著增加內(nèi)存使用的情況下，提高統(tǒng)一能量網(wǎng)格方法對MC計(jì)算的 加速效果是需要解決的關(guān)鍵問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：本發(fā)明的目的在于改善傳統(tǒng)蒙特卡羅粒子輸運(yùn)計(jì)算 方法在核截面數(shù)據(jù)處理與使用效率上的不足，提供了一種蒙特卡羅核截面數(shù)據(jù)處理優(yōu)化方 法，在保持計(jì)算精度的前提下，提高計(jì)算速度。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種蒙特卡羅程序中核截面數(shù)據(jù)處理優(yōu)化方法，其特征 在于包括以下步驟：
[0006] (1)對蒙特卡羅程序從數(shù)據(jù)庫中讀取的核數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括以下內(nèi)容：
[0007] a.統(tǒng)一能量網(wǎng)格的建立：在讀取核素?cái)?shù)據(jù)的時候，采用歸并法合并問題涉及的所 用核素的能量網(wǎng)格形成統(tǒng)一能量網(wǎng)格數(shù)組UnionErgArray[N tot],其中Nt(rt表示統(tǒng)一能量網(wǎng) 格中的網(wǎng)格數(shù)；
[0008] b.核素指針數(shù)組的建立：對比每個單核素i的能量網(wǎng)格EryArrayjNi],隊(duì)表示 網(wǎng)格數(shù)，與統(tǒng)一能量網(wǎng)格數(shù)組UnionErgArray[N t(rt],找出統(tǒng)一能量網(wǎng)格數(shù)組中的每個能點(diǎn) UnionErgArray[j]在單核素i能量網(wǎng)格中的位置，標(biāo)記為PositioriiU]，存入數(shù)組，形成核 素i的核素指針數(shù)組，標(biāo)記為PositioriilXJ ;
[0009] c.核素總截面數(shù)組與材料宏觀總截面數(shù)組的建立：在核素指針數(shù)組建立的同時， 依據(jù)單核素i的能量網(wǎng)格值計(jì)算線性插值因子：

【權(quán)利要求】
1. 一種蒙特卡羅粒子輸運(yùn)模擬中核截面數(shù)據(jù)處理優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步 驟： 步驟（1)對蒙特卡羅粒子輸運(yùn)模擬程序從核數(shù)據(jù)庫中讀取的核數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括 以下步驟： (11) 統(tǒng)一能量網(wǎng)格的建立：在讀取核素?cái)?shù)據(jù)時，采用歸并法合并問題涉及的所用核素 的能量網(wǎng)格，形成統(tǒng)一能量網(wǎng)格數(shù)組，標(biāo)記為UnionErgArray [Nt(rt],其中Nt()t表示統(tǒng)一能量 網(wǎng)格中的網(wǎng)格數(shù)； (12) 核素指針數(shù)組的建立：對比每個單核素 i的能量網(wǎng)格EryArrayjNi],隊(duì)表示網(wǎng) 格數(shù)，與步驟（11)中產(chǎn)生的統(tǒng)一能量網(wǎng)格數(shù)組UnionErgArray[NtJ，找出統(tǒng)一能量網(wǎng)格數(shù) 組中的每個能點(diǎn)UnionErgArray[j]在單核素 i能量網(wǎng)格EryArrayjNi]中的位置，標(biāo)記為 PositioriiU],存入數(shù)組，形成核素 i的核素指針數(shù)組,標(biāo)記為PositioriilXJ ; (13) 核素總截面數(shù)組與材料宏觀總截面數(shù)組的建立：在步驟（12)中建立核素指針數(shù) 組的同時，依據(jù)單核素 i的能量網(wǎng)格值計(jì)算線性插值因子：
插值得到核素 i的總截面： 〇=〇 [Positiorii [j] ]+factor* ( 〇 [Positionj [ j]+1] - 〇 [Positionj [ j]]), 其中〇 [PositioriiU]]表示單核素 i能量網(wǎng)格對應(yīng)的總截面數(shù)組中的第PositioriiU] 個值，將總截面值存入數(shù)組，形成單核素 i的總截面數(shù)組，標(biāo)記為〇 i [NtJ，將材料k中所有 核素的總截面值按密度比例求和得到材料的宏觀總截面數(shù)組，標(biāo)記為2k[NtJ ; (14) 分段能點(diǎn)指針數(shù)組的建立：根據(jù)用戶給定的或者程序內(nèi)置的分段能點(diǎn)數(shù)組 PointwiseErgArray[Npw],其中Npw表示分段能點(diǎn)個數(shù)，遍歷步驟（11)中產(chǎn)生的統(tǒng)一能量網(wǎng) 格數(shù)組UnionErgArray[Ntot]，找出分段能點(diǎn)數(shù)組中每個能點(diǎn)在統(tǒng)一能量網(wǎng)格中的位置，存 入數(shù)組，形成分段能點(diǎn)指針數(shù)組，標(biāo)記為P〇sitionpw[Npw]; 步驟（2)在蒙特卡羅粒子輸運(yùn)模擬中需要使用截面數(shù)據(jù)時，對各類截面進(jìn)行計(jì)算，包 括以下步驟： (21) 查找當(dāng)前能量在步驟（11)中產(chǎn)生的統(tǒng)一能量網(wǎng)格數(shù)組UnionErgArray[Ntot]中 的位置，首先，在分段能點(diǎn)數(shù)組P〇intwiseErgArray[Npw]中搜索當(dāng)前能量erg,得到erg 在分段能點(diǎn)數(shù)組中的位置為Npwl與Npwl+1之間；其次，根據(jù)步驟（14)中得到的分段能 點(diǎn)指針數(shù)組P〇intwi seErgArray [Npw]，得到erg在統(tǒng)一能量網(wǎng)格數(shù)組中的位置為p 1 = Positionpw[Npwl]與p2 = Positionpw[Npwl+l]之間；再次，使用二分查找法在統(tǒng)一能量網(wǎng)格 數(shù)組UnionErgArray[Nt()t]的pi到p2區(qū)間上進(jìn)行搜索得到erg在統(tǒng)一能量網(wǎng)格中的精確 位置Mainindex,并得到插值因子：
(22) 在抽樣粒子輸運(yùn)長度時需要計(jì)算材料的宏觀截面，依據(jù)步驟（21)中得到的當(dāng)前 能量erg在統(tǒng)一能量網(wǎng)格中的精確位置Mainindex和插值因子fmain，對步驟（13)中得到 的當(dāng)前材料的宏觀總截面數(shù)組2k[NtJ進(jìn)行線性插值得到材料的宏觀截面I：: 2 = 2k[Mainindex]+fmainX (2k[Mainindex]-2k[Mainindex])； (23) 在抽樣反應(yīng)核素時需要使用當(dāng)前材料中各核素的總截面，根據(jù)步驟（21)中得到 的當(dāng)前能量erg在統(tǒng)一能量網(wǎng)格中的精確位置Mainindex和插值因子fmain，同步驟（22) 中，直接依據(jù)步驟（13)中得到的每個核素的總截面數(shù)組〇 jNtJ進(jìn)行線性插值得到每個核 素的總截面〇 i : 〇 i = 〇 j [Mainindex]+fmainX (〇 j [Mainindex] - 〇 j [Mainindex])； (24) 在抽樣反應(yīng)類型或物理參數(shù)計(jì)算時需要計(jì)算當(dāng)前反應(yīng)核素 i的多種反應(yīng)截面， 根據(jù)步驟（21)中得到的當(dāng)前能量erg在統(tǒng)一能量網(wǎng)格中的精確位置Mainindex,對應(yīng)步驟 (12)中得到的當(dāng)前核素 i的核素指針數(shù)組Positiorii [Mainindex]得到erg在核素 i的能 量網(wǎng)格中的位置P，線性插值因子f由下式得到： f = (erg-EryArrayj [p]) / (EryArrayj [p+1] -EryArrayj [p]), 線性插值得到各種反應(yīng)截面。
【文檔編號】G06F19/00GK104346533SQ201410623626
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】郝麗娟, 鄭華慶, 孫光耀, 宋婧, 吳宜燦 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院