蒙特卡罗粒子输运模拟中基于粒子的并行计算方法研究

【摘要】：蒙特卡罗(Monte Carlo, MC)方法是粒子输运模拟中一种重要的方法。MC方法能够描述复杂几何和结果精度高的特点,缺点是需要耗费大量时间模拟上亿规模的粒子来得到精确结果。并行计算技术是解决这一瓶颈的重要途径之一。如何提高并行程序的性能和扩展性成为大规模粒子输运并行计算的挑战。 本论文在充分研究和分析MC粒子输运方法和并行计算理论的基础上,开展了并行伪随机数产生器设计,以及针对固定源问题和临界问题的蒙特卡罗粒子输运并行计算方法的研究工作。本文对原有串行随机数产生器进行了并行化改造,介绍了针对两种问题的并行随机数处理方法,并基于消息传递接口MPI在超级蒙特卡罗计算软件SuperMC中实现了固定源问题和临界问题的并行计算功能,最后在数据传输和并行算法方面对程序进行优化,进一步提高程序的并行性能和健壮性。 为了验证和测试程序的正确性和并行性能,本文以国际权威且广泛使用的蒙特卡罗粒子输运软件MCNP作为参考,以国际热核聚变实验堆ITER中子学基准模型的固定源问题和国际原子能机构BN600模型的临界问题为代表,开展了系列测试工作。结果表明,本文的并行算法性能明显高于MCNP,并且具有更好的扩展性能。