基于Monte-Carlo计算的高能物理数值模拟系统SHIELD的改造及其应用

摘要

计算机的发展开创了航天事业的新局面，如何解决恶劣的空间辐射环境中的抗辐射问题是航天事业发展面临的一个重要课题。抗辐射计算机模拟是解决空间辐射问题的一个重要组成部分，模拟程序的有效与否直接关系着抗辐射模拟数据的有效与否。因此，一个有效的数值模拟程序是我们解决空间辐射问题的重要基础。本文主要工作在于对SHIELD输运程序进行改造，使其更有效地进行模拟。 我们的任务是用SHIELD程序对复杂卫星模型进行辐射模拟，但我们发现该程序无法实现这个模拟过程，所以基于这个实际问题，本文主要是针对SHIELD程序的不足之处进行讨论分析并解决这些问题。 本文首先介绍了SHIELD程序的功能及其不足之处，例如：几何模块构建过于简单，不能模拟带电粒子能谱入射的情况，没有给出模拟累积误差计算，对一些特殊粒子运动处理存在问题……等。然后，本文阐述了对SHIELD程序进行改造的理论基础，包括二次曲面的基本理论和空间坐标变换等，并且说明如何运用这些理论基础实现SHIELD程序的改造；本文还对SHIELD程序中存在的一些问题进行讨论和修改，而且增加了几个新的功能，如：能谱入射、误差计算等，以此来完善改造后的SHIELD程序。同时，本文还介绍了一些有关粒子输运问题中的Monte-Carlo方法。最后，我们给出了用改造后的SHIELD程序对复杂卫星模型进行能谱入射模拟的模拟结果，并对这个模拟结果进行分析说明。 本文的主要贡献在于改造SHIELD程序，拓展该程序的模拟范围，使其更高效地运行并提供更有效的模拟数据。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪言

第二章SHIELD程序软件包的改造

§2.1二次曲面的记号说明

§2.2二次曲面的渐近方向与中心

§2.3二次曲面的径面与奇向

§2.4二次曲面的主径面与主方向，特征方程与特征根

§2.5空间直角坐标变换

§2.6二次曲面方程的化简与分类

§2.7 SHIELD程序几何模块的改造

§2.8几何体的构成

§2.9粒子沿运动方向到曲面之间的距离的计算

第三章Monte-Carlo方法简介

第四章SHIELD程序的新增功能

第五章能量角分布与深度剂量计算

第六章复杂模型计算结果分析

第七章总结

第八章展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的学术论文

致谢