Geant4自动建模方法研究

Geant4是一种应用广泛的蒙特卡罗程序包,其计算模型可以用几何描述标记语言(GDML)描述,然而依赖手工建模耗时且容易出错。本文提出一种基于计算机辅助设计(CAD)的Geant4自动建模方法,该方法能够把复杂的CAD几何模型自动转换为Geant4支持的GDML格式几何模型。基于多物理耦合自动建模软件平台MCAM进行了该方法的研究,通过包括聚变反应堆模型FDS-Ⅱ在内的测试例题的测试与校验,初步验证其正确性和有效性。     

MCAM中Geant4自动建模方法研究

Geant4是一种应用广泛的通用蒙特卡罗程序包,其计算模型可以用几何描述标记语言(GDML)描述,然而依赖手工建模耗时且容易出错。本文提出了一种基于计算机辅助设计(CAD)的Geant4自动建模方法,该方法能够把复杂的CAD几何模型自动转换为Geant4支持的GDML格式几何模型。本文在多物理耦合分析自动建模软件MCAM平台上实现了该方法,通过了包括聚变反应堆模型FDS-Ⅱ在内的测试例题的测试与校验,初步验证了其正确性和有效性。     

蒙特卡罗程序TRIPOLI自动建模方法研究

TRIPOLI是法国原子能署(CEA)开发的三维蒙特卡罗粒子输运计算程序,在反应堆物理分析、辐射防护设计、核安全评估等领域得到广泛应用。但是手工描述其输入文件耗时,容易出错,质量得不到保证。本文研究了TRIPOLI自动建模方法,实现了CAD工程模型与TRIPOLI模型的相互转换。通过对基准例题的计算分析,证明了其转换结果正确、可靠。     

MCAM在ITER窗口限制器蒙特卡罗计算建模过程中的应用

在MCAM(蒙特卡罗粒子输运计算自动建模系统)平台下,实现了ITER窗口限制器CAD工程模型的预处理以及到蒙特卡罗计算模型的自动转换,并借助MCAM的反向转换功能和MCNP中二维几何截面绘制程序PLOT对生成的计算模型进行了验证.MCAM在ITER窗口限制器蒙特卡罗建模过程中应用结果表明对于一个具有复杂几何结构的CAD工程模型来说,MCAM提高了其蒙特卡罗计算建模的效率和准确性,可以有效地替代传统的手工建模方法,应用于实际计算分析过程中.     

蒙特卡罗方法在CZT探测器测量乏燃料组件燃耗中的应用

利用碲锌镉（CZT）探测器组成的γ谱探测系统是一种测量乏燃料组件燃耗的较有效的方法。本文利用蒙特卡罗方法,借助于Geant4软件包计算在两种测量方式、多个准直高度条件下组件中¹³⁷Cs和¹³⁴Cs的全能峰探测效率,对测量结果的正确评价分析具有一定意义。另外,采用偏倚抽样方法确定源粒子发射方向,极大提高了CZT探测器全能峰探测效率。     

基于参数的可视化裂变堆芯蒙特卡罗自动建模方法

蒙特卡罗程序已经广泛应用在裂变反应堆设计和验证过程中,快速获得高效的计算模型可以有效缩短反应堆的设计周期。本研究提出并实现了一种裂变堆芯快速蒙特卡罗建模的方法,该方法基于参数可视化和层次化两种建模思想快速构建出精细裂变堆芯计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)模型且将其快速转换成蒙特卡罗计算模型,同时采用一种新的堆芯分段管理方法实现了大规模裂变堆模型流畅交互。基于此方法快速构建了加速器驱动次临界反应堆(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)的精细堆芯模型,通过与蒙特卡罗程序计算的参考结果进行对比,证明了此建模方法的高效性和可靠性。     

质子治疗对细胞自由基产额影响的蒙特卡罗模拟计算

随着质子FLASH治疗等新兴放疗技术的发展,细胞受辐照后生物学效应的不确定性成为急需解决的难题。由于缺乏对物理-化学阶段机理的完整理解,目前的模拟工作仍然以调整化学参数使自由基产额与实验数据相匹配为主。作为一个不断发展的蒙特卡罗软件,Geant4能够在纳米尺度上模拟入射粒子在短时间内通过物理和化学相互作用引起水分子辐解的过程。基于Geant4软件构建了一个简易的细胞模型,模拟了细胞靶体内自由基产额受辐射粒子影响的情况,并对靶内自由基产额的变化趋势进行了详细计算。研究表明,随着LET的逐渐增大,自由基OH^·的数目占比从25%下降到10%左右。当考虑质子FLASH透射治疗时,使用25%的自由基OH^·数目占比作为化学损伤参数去评估细胞DNA损伤将会更为合理。同时,两种活性氧自由基O₂^·和O₂^-在超高剂量率下的产额G(t)随模拟时间的发展都出现了不同程度的升高。研究结果阐明了不同治疗深度下细胞靶体内自由基产额随时间和粒子能量的变化情况,揭示了模拟工作中质子FLAS...     

蒙特卡罗粒子输运计算自动建模程序系统的研究与发展

在广泛调研和分析现有几何建模方法特点的基础上研发了具有可视化用户界面的自动建模程序系统MCAM.它可以实现多种商用软件CAD模型与MCNP模型之间的相互转换,且提供了模型建立、预处理、属性分析等基本功能和计算结果可视化及基于医学映像建模接口等扩展功能.全面系统地介绍了MCAM的设计思想与原理、总体结构、主要功能和国际合作协议框架下的应用测试等情况.实践表明,它是一个实用的MCNP计算辅助工具和核设计与核分析质量保证工具.     

线极化γ射线康普顿散射的蒙特卡罗模拟

本文利用蒙特卡罗程序Geant4模拟了不同能量、不同线极化度γ射线的康普顿散射过程,通过记录散射γ射线方位角上计数的不对称性模拟计算了入射γ射线的极化度。比较了模拟计算的极化度与原入射射线的极化度,发现两者符合很好。结果表明,利用蒙特卡罗方法能模拟极化光子与物质的相互作用,可为γ极化仪的设计提供指导。     

Geant4在核技术领域的应用

Geant4是欧洲核子中心主导开发的一套用于Monte Carlo模拟的开发程序包。本工作通过几个计算实例介绍了Geant4程序在核技术领域中的应用，表明Geant4不仅能够用于高能物理模拟，同时也可以应用于核技术领域的其他方面。     

Method for converting in-situ gamma ray spectra of a portable Ge detector to an incident photon flux energy distribution based on Monte Carlo simulation

A matrix stripping method for the conversion of in-situ gamma ray spectrum, obtained with portable Ge detector, to photon flux energy distribution is proposed. The detector response is fully described by its stripping matrix and full absorption efficiency curve. A charge collection efficiency function is introduced in the simulation to take into account the existence of a transition zone of increasing charge collection after the inactive Ge layer. Good agreement is obtained between simulated and experimental full absorption efficiencies. The characteristic stripping matrix is determined by Monte Carlo simulation for different incident photon energies using the Geant4 toolkit system. The photon flux energy distribution is deduced by stripping the measured spectrum of the partial absorption and cosmic ray events and then applying the full absorption efficiency curve. The stripping method is applied to a measured in-situ spectrum. The value of the absorbed dose rate in air deduced from the corresponding flux energy distribution agrees well with the value measured directly in-situ.     

高纯锗谱仪探测效率的实验刻度与MC模拟

利用低本底高纯锗谱仪测量了标准源(~(133)Ba、~(137)Cs和~(60)Co)的各特征γ射线,得到了各特征能量下的探测效率,并通过拟合给出了高能端的探测效率曲线。同时,利用MC模拟工具包Geant4,模拟了各单能γ射线在高纯锗探测器组件中的输运过程,得到了不同能量下的模拟探测效率。比对结果发现:实验值与模拟值能很好地符合,可为开展相关产品的设计和制造提供参考。     

Monte Carlo模拟研究γ射线密度计的辐射剂量场

辐射防护是核技术应用的一个重要方面.本文以γ射线密度计为例,介绍了Monte Carlo方法在辐射防护设计中的应用.我们根据实际系统建立模型,在此基础上模拟了1600型挖泥船γ射线密度测量系统周围环境的泄漏辐射剂量场,为系统的防护设计提供理论指导.研究结果表明,在正常工作状态下,1600型γ射线密度测量系统的安全性达到了国家标准的要求.在管道吸空时辐射泄漏较严重,最严重的地方位于以探测器为中心、半径小于5 cm的小块区域内.在此区域外泄漏的辐射急剧减少,25 cm远处下降到国家标准规定的允许上限值.进一步的研究表明,在探测器后面增加一块半径为25 cm、厚度为7 cm的钢板将提供安全的辐射防护.     

过滤X射线参考辐射场特性的蒙特卡罗模拟研究及实验验证

为研究过滤X射线参考辐射场特性,利用蒙特卡罗方法对中国原子能科学研究院计量测试部过滤X射线参考辐射场的原级谱、均匀性及散射辐射进行了模拟,并利用PTW球形电离室进行了实验测量。结果表明,蒙特卡罗模拟结果与实验结果符合较好,验证了所建模型的正确性及蒙特卡罗方法对模拟过滤X射线参考辐射场的有效性,为后续模拟研究工作奠定了基础。     

60 Co单源照射装置的蒙特卡罗方法优化设计

参考辐射是辐射剂量监测仪器校准工作必备的条件, 60 Co单源照射装置是产生参考辐射场的重要设备。本文利用蒙特卡罗方法对 60 Co单源照射装置产生的辐射场的均匀性和散射辐射进行模拟计算,完成照射装置中散射腔、准直光阑和快门体等部分的设计并利用PTW电离室对辐射场进行测量。结果表明,辐射场中散射辐射和均匀性与模拟结果符合较好,满足设计要求。     

离子电离与次级反应耦合的蒙特卡罗模拟方法研究与应用

氘或氚离子在靶物质中电离输运的同时会发生次级反应,为模拟这一过程,开发了耦合蒙特卡罗工具RSMC。程序用详细历史法和浓缩历史法模拟电离过程,调用ENDF或TENDL中D、T核数据计算次级反应,同时使用“强迫次级粒子产生”降方差技巧提高模拟效率。对中子深度分析问题、加速器单能中子源问题和热中子-聚变中子转换靶问题进行研究,验证了RSMC的正确性。     

Verification of modified sum-peak method in Monte Carlo simulationof full energy peak and sum-peak efficiencies of a HPGe detector

The modified sum-peak method estimates radioactivity by using only the peak and the sum-peak count rates.To verify the modified sum-peak method,the dependence of the full energy peak efficiency on the source-to-detector distance in a high-purity germanium detector system was studied using a Geant4 Monte Carlo simulation.The effect of the deadlayer in the germanium crystal was estimated by reference to experiments on ²⁴¹Am and the relative efficiency of the detector.The peak efficiency...