[发明专利]一种逆向蒙特卡罗粒子输运模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆向蒙特卡罗（Monte Carlo，简写MC）粒子输运模拟系统，属于核科学与工程、辐射防护与环境保护、核技术应用等多学科交叉领域中的粒子输运模拟方向。

背景技术

在以往的粒子输运模拟相关系统的设备研制中，现有的蒙特卡罗粒子输运模拟系统采用的是正向的模拟技术，属于根据原因直接模拟结果的过程。现有的蒙特卡罗模拟系统包括：EGS4、FLUKA、ETRAN、ITS、MCNP、GEANT等。从电子和光子输运的模拟来分类，这些系统可被分为两个系列：（1）EGS4、FLUKA、GRANT；（2）ETRAN、ITS、MCNP。这两个系列的区别在于：对于电子输运过程的模拟根据不同的理论采用了不同的技术。EGS4和ETRAN分别为两个系列的基础，其它系统都采用了它们的核心算法。ETRAN（for Electron Transport）由美国国家标准局辐射研究中心开发，主要模拟光子和电子，能量范围可从1KeV到1GeV。ITS（The integrated TIGER Series of Coupled Electron/Photon Monte Carlo Transport Codes）是由美国圣地亚哥（Sandia）国家实验室在ETRAN的基础上开发的一系列模拟系统，包括TIGER、CYLTRAN、ACCEPT等，它们的主要差别在于几何模型的不同。TIGER研究的是一维多层的问题，CYLTRAN研究的是粒子在圆柱形介质中的输运问题，ACCEPT是解决粒子在三维空间输运的模拟系统。NCNP（Monte Carlo Neutron and Photo Transport Code）由美国橡树林国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）开发的一套模拟中子、光子和电子在物质中输运过程的通用蒙特卡罗模拟系统，在它早期的系统并不包含对电子输运过程的模拟，只模拟中子和光子，较新的版本（如MCNP4A）则引进了ETRAN，加入了对电子的模拟。FLUKA是一个可以模拟包括中子、电子、光子和质子等30余种粒子的蒙特卡罗模拟系统，它把EGS4容纳进来以完成对光子和电子输运过程的模拟，并且对低能电子的输运算法进行了改进。

随着蒙特卡罗模拟技术的发展，正向模拟系统已经不能满足目前的需要。在实际应用中，往往技术人员需要根据设计目标的要求优化中间过程与源的设计，而正向的模拟技术难以满足此要求。那么发展一种逆向的蒙特卡罗粒子输运模拟系统就可以获取这些信息。

发明内容

本发明目的在于提供一种逆向蒙特卡罗粒子输运模拟系统，可以根据设计目标或者外部测量结果，利用逆向蒙特卡罗直接模拟与粒子输运原理，获取中间粒子三维输运过程以及放射源信息。

本发明所采用的技术方案实现如下：一种逆向蒙特卡罗粒子输运模拟系统，其特征在于，根据设计目标或者外部测量结果，利用逆向蒙特卡罗直接模拟与粒子输运原理，获取中间粒子三维输运过程以及放射源信息；该系统包括如下模块：状态参数和序列的输入与预处理模块、自动建模模块、逆向运动过程模拟模块、结果记录与误差统计模块和数据库管理模块；状态参数和序列的输入与预处理模块、自动建模模块、逆向运动过程模拟模块、结果记录与误差统计模块按照先后次序依次连接；状态参数和序列的输入与预处理、自动建模模块、逆向运动过程模拟模块、结果记录与误差统计模块都与数据库管理模块连接；

所述的状态参数和序列的输入与预处理模块包括如下模块：状态参数的输入与预处理模块、以及序列参数的输入与预处理模块；状态参数的输入与预处理模块、序列参数输入与预处理模块都由如下模块组成：添加、测量、降噪、修复、删除以及保存模块；

所述的自动建模模块包括如下模块：模型导入模块、模型修复与转换模块、模型反演与可视化模块；模型导入模块、模型修复与转换模块、模型反演与可视化模块按照先后次序依次连接；

所述的逆向运动过程模拟模块包括如下模块：确定输入状态模块、确定上一个碰撞点模块、确定碰撞原子核模块、确定被碰撞类型模块、确定碰撞前的运动能量与方向模块；确定输入状态模块、确定上一个碰撞点模块、确定碰撞原子核模块、确定被碰撞类型模块、确定碰撞前的运动能量与方向模块按照先后次序依次连接；

所述的结果记录与误差统计模块包括如下模块：结果记录模块、误差统计模块、结果可视化模块；结果记录模块、误差统计模块都与结果可视化模块连接；