蒙特卡罗方法在GM计数管优化设计中的应用研究

论文摘要

本文基于蒙特卡罗方法,尝试利用蒙特卡罗软件MCNP进行核辐射探测器的优化设计研究,最终目的是提高核辐射探测器工程设计应用水平和速度。论文按内容分主要包括两个部分,在第一部分中首先简单介绍蒙特卡罗思想方法和发展现状;其次重点描述基于Windows操作系统的MCNP并行计算集群的硬件搭建和软件配置,并利用批处理编写了简单灵活有效的集群管理使用软件包;最后以相关的GM计数管的优化设计以及核辐射屏蔽计算共两个计算例子对集群系统进行了稳定性和加速比测试,测试结果表明集群稳定性能很好,经过超过70小时的长时间连续计算无任何故障出现,另外CPU单位计算核心效率也很高,平均效率超过90%,最高可达98%,可以满足工程设计快速计算的需要。在第二部分中首先简要介绍了GM计数管的工作机制,并进行了现状分析,然后给出了基于蒙特卡罗方法的设计研究模型,其次在研究模型的基础上根据某种型号的GM计数管的具体参数,结合描述参考刻度源如137Cs的面源,编写MCNP程序输入文件,利用第一部分中搭建的计算平台,进行GM计数管虚拟设计。其基本过程是根据GM计数管的工作机制,模拟计数管敏感区的能量沉积问题,获得计数管的能量响应曲线,并与同一类型在实际实验中得出的GM计数管的能量响应曲线进行对比,确认了MCNP模拟的正确性和准确性,表明利用蒙特卡罗方法及软件代替许多工程设计中间实验环节是可行的。最后在模拟裸管的基础上,增加包壳,通过改变包壳材料、形状、厚度进行海选计算,根据得到的能量响应曲线,最后得到了若干最优设计,并给出了一系列的相关结论。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 绪论
• 1. 蒙特卡罗方法简介
• 1.1 蒙特卡罗发展历史
• 1.2 蒙特卡罗方法基本思想与解题思路
• 1.3 粒子在介质中输运的蒙特卡罗模拟
• 1.4 蒙特卡罗软件简介
• 1.5 蒙特卡罗软件 MCNP 介绍
• 1.6 MCNP 误差的估计
• 1.7 MCNP 中减小方差的技巧
• 2. MCNP 并行蒙特卡罗计算平台的搭建及应用
• 2.1 PC 集群硬件的购置与搭建
• 2.2 软件平台的配置
• 2.3 集群系统的维护与使用
• 2.4 集群性能测试
• 3. G-M 计数管探测器计算模型描述
• 3.1 G-M 计数管简介
• 3.2 模拟计算模型
• 4. MCNP 模拟过程以及计算结果讨论
• 4.1 射线能量分段设定
• 4.2 灵敏区的选定
• 4.3 阴极材料的测试
• 4.4 裸管的模拟
• 4.5 包壳材料的选择以及其最佳厚度的模拟
• 4.6 在最佳厚度下狭缝的模拟
• 4.7 狭缝的角响应
• 4.8 优化参数对应的计算结果
• 4.9 结论
• 5. 总论
• 参考文献
• 附录
• 附录1
• 附录2
• 成果目录
• 致谢