蒙特卡罗模拟

摘要： 固体电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)是电池中“最重要也是最不被理解”的部分。可控合成性能优异的SEI是实现高能量密度电池的关键技术之一。但是,由于SEI的形成过程涉及到多个时间和空间尺度,并且涉及到多场耦合,导致SEI结构异常复杂。现有实验表征手段无法精确解析其微观结构和形成机制。近年来,高速发展的多尺度理论模拟,为理解和解析SEI结构提供了强有力的新手段。本文总结了近年来针对SEI研究发展出来的关键模拟技术,重点关注微-介观(<100 nm)尺度的理论模拟方法,特别是可以用于电化学模拟的量子化学方法、可用于大尺度化学反应模拟的反应力场方法以及数据驱动的机器学习模型等。这些新技术可以有效地解决传统模拟方法中存在的准确性低、时间尺度短以及空间尺度有限等问题,在可以预见的将来,在研究SEI形成的初始反应、动态演化以及功能预测等方面将发挥越来越重要的作用。随着计算机硬件水平的不断提升、理论模拟算法的稳步提高,多尺度理论模拟将为高能量密度电池的理论设计和智能制造提供强有力的理论基础。

摘要： 基于概率统计理论的蒙特卡罗模拟(MC)在20世纪40年代由冯·诺伊曼等提出,其作为一种重要的数值计算方法,已被广泛应用于离子导体的热力学、动力学等性质的研究。然而,MC模拟在相关计算精度、模拟速度以及模拟流程自动化等方面,仍具有较大的提升空间。本文通过分析其在离子导体计算领域中哈密顿量的构建模式(如基于键价和计算或利用团簇展开将通过拟合代表性小尺寸晶胞第一性原理计算总能得到的近邻作用参数给出构型能量)以及结构演变方式(如基于单离子迁移模式假设的构型演变),提炼出一套用于分析离子导体离子输运特性及相变特性的MC模拟范式,并给出与之相关的半自动化MC模拟程序,预测了石榴石结构离子导体的电导率与迁移离子占据率分别随锂离子浓度的变化趋势。为了更好地拓展MC模拟在离子导体研究中的应用,本文就其在包括正负极材料、电解质及其相关界面的电化学储能材料中的典型热力学与动力学计算案例进行了剖析,包括求解离子导体中的离子扩散问题、模拟迁移离子的分布特征与相关界面层的演变过程等。最后,展望了MC方法目前面临的挑战并给出可能的对策,包括:①精确地获取所有可能发生的事件(如单离子迁移与双离子协同迁移)及其描述(如哈密顿的计算);②探寻高效算法以精确找到系统的演化轨迹;③精确获得MC模拟中对应的时间步长。

摘要： 非视距水下无线光通信利用光散射进行传输,可以缓解视距水下无线光通信对准的要求。脉冲响应可以很好的反映水下无线光通信系统的信道性能。本文提出了一种基于指向概率法改进的非视距水下无线光通信传输信道模型,基于此模型模拟了不同海水环境、不同收发机距离、不同波长对脉冲展宽的影响。仿真结果表明脉冲展宽效应随光波长的增大、海水浑浊度的减小、传输距离的减小而减小。文中所提出的非视距传输模型为水下非视距无线光通信传输信道特征描述提供了一种足够准确和现实的方法,对分析和开发有效的水下无线光通信系统具有一定参考价值。

摘要： 瞬发伽马活化成像中,样品内部的中子自屏蔽和伽马自吸收效应会使测量结果产生不均匀分布。针对成像单元响应不一致的问题,研究了样品内部中子场不均匀分布和伽马自吸收效应的影响,并进行了理论推导,建立了用于修正成像单元响应和图像重建的数学模型,利用数学模型对Fe,H元素瞬发伽马活化成像的蒙特卡罗模拟进行了元素图像重建。结果显示,样品内中子场和γ自吸收对成像的影响得到明显改善,Fe和H元素的含量分布使用此模型可以被精确重建,验证了数学模型的有效性。

摘要： 伽马-伽马密度快速正演结果作为中子和密度联合反演模型的输入,对实时反演确定地层几何结构及属性参数具有重要的意义.基于时间独立的玻耳兹曼输运方程,结合微扰理论与蒙特卡罗(Monte Carlo N Particle Transport Code,MCNP)模拟,形成了伽马-伽马密度快速计算方法.以双源距补偿密度仪器参数为基准,建立了不同基准密度地层条件下的扰动灵敏度函数数据库.分析对比了快速计算和蒙特卡罗模拟在不同岩性密度、水平层状地层及倾斜地层条件下的密度结果与误差.结果表明:不同地层条件下的伽马-伽马密度快速计算结果与MCNP模拟结果吻合,三种岩性(砂岩、碳酸岩和白云岩)密度计算的平均误差小于0.01 g·cm^(-3)且与MCNP模拟速度相比,快速计算效率提高10^(6)倍.

摘要： 宇宙射线缪子吸收成像技术是一种无损成像技术,适用于对大尺度的成像目标进行无损探测.考古学中现有的无损探测方法均存在一定的局限性,若将缪子吸收成像技术应用于考古领域,可以作为对传统无损探测方法的重要补充.本文使用蒙特卡罗GEANT4程序,对秦始皇陵地宫缪子吸收成像进行研究,基于已有的秦始皇陵考古数据构建秦始皇陵地宫模型,根据Reyna提出的海平面缪子能谱公式抽样产生缪子源的信息,模拟了宇宙射线缪子在秦始皇陵地宫中的输运过程,并利用图像重建算法实现墓室大小和位置的重构.模拟结果表明,利用单视角获得的缪子通量投影数据可以给出地宫中墓室边界的二维角坐标,利用两个视角的投影数据可以重建墓室大小和三维位置,重建得到的墓室边长和墓室中心位置相对于理论值的差异在7%左右.

摘要： 陆相砂岩和海相碳酸盐岩等致密气储层非均质性强,气水关系复杂,孔隙度低,定量评价含气性是储层评价必然需求。为建立含气储层饱和度的评价方法,通过研究非弹性散射伽马计数、快中子散射截面与含气饱和度响应关系,利用蒙特卡罗软件建立不同孔隙度和泥质含量等条件下井筒-储层模型,模拟非弹性散射伽马计数分布。结果表明,利用非弹伽马计数可以表征快中子散射截面,且泥质含量对快中子散射截面表征及饱和度响应存在影响,需进行泥质校正。现场实例处理结果表明,利用快中子散射截面技术可以实现含气饱和度的定量评价,且解释结果和裸眼井结果相符。研究成果可为致密气层定量评价提供一定的技术支持。

摘要： 目的采用蒙特卡罗模拟技术,借助程序MCNP5对国产高剂量率铱源剂量率的分布进行模拟研究。方法基于TG43号报告中的剂量率计算公式,借助MCNP5建立铱源模型,模拟计算此模型的空间剂量分布,分析研究铱源的径向剂量函数及各向异性函数。结果模拟的各向异性函数与发表结果在误差范围内一致。当径向距离较小时,模拟的径向剂量函数与发表结果符合较好;当径向距离较大时,模拟的径向剂量函数与部分发表结果符合较好,但也与部分发表结果相差较大,在r=15 cm处,最大相对误差为24%。结论基于MCNP5的蒙特卡罗模拟技术可较好地模拟研究国产高剂量率铱源的剂量学特征,这为进一步探索影响后装放疗剂量分布的因素奠定了理论基础。

摘要： 随着全球期权市场规模逐年增大,为了满足实时交易、监管和制定决策等需求,计算速度是银行业重点考虑的要素之一。通用图形处理器在解决金融领域大规模数据并行计算问题上发挥着优秀的性能。讨论在局部波动率模型上期权定价蒙特卡罗方法的图形处理单元(graphics processing unit,GPU)并行加速问题,比较使用C++和openACC实现的欧式看涨期权和亚式看涨期权的CPU串行定价程序与GPU并行定价程序之间的时间开销和加速比。测试表明,在搭载了NVIDIA Tesla P100 GPU的计算机上GPU并行算法取得了加速效果。

摘要： 本文具体讨论了使用蒙特卡罗模拟对氢原子三维“电子云”进行可视化的方法.根据氢原子中电子的波函数,利用Mathematica软件和蒙特卡罗模拟方法,实现了不同能级的氢原子三维电子云的可视化,使人们对氢原子中电子的行为有更加直观的认识.同时本文也给出了基于蒙特卡罗方法的研究一般原子系统,包括有微扰系统的电子云图像的普适算法,可用于量子力学可视化课程资源的进一步开发.

摘要： 页岩气目前在中国已初步实现商业化开发,但国内外针对页岩气经济性的研究却非常少见.多数文献集中对页岩气资源进行经济评估;或对社会能源经济影响进行判断;忽略了对页岩气气井产能、生产成本等多方面经济影响因素的分析.本研究旨在系统分析页岩气单井的收益情况,使用蒙特卡罗法确定影响单井经济性的多种因素.研究首先选择适用的统计和预测方法来确定页岩气单井可采储量、单井综合成本和天然气价格等主要评价参数.接着对页岩气单井项目进行经济效益评价,通过蒙特卡罗模拟来确定影响单井项目经济评价指标的概率分布,对影响页岩气单井项目的内部收益率和净现值进行敏感因素定量分析,计算影响因子与指标间的相关性并进行排序,最终确定单井项目的可行性和风险程度.研究结果确定了影响页岩气单井经济性的主要因素,对页岩气单井项目的可行性进行评估,为有效控制页岩气井成本、合理商业化开发页岩气藏提供相关理论支撑.

摘要： 目的:对MRSA感染患者万古霉素的给药方案进行筛选优化. 方法:抗感染专业临床药师运用药物的PK/PD原理,结合本院万古霉素对甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(MRSA)的MIC分布数据,通过蒙特卡罗数学模型,模拟出5000例患者的达标概率(PTA)和累积反应分数(CFR),预测了不同剂量万古霉素在b不同MRSA感染患者的治疗效果. 结果:万古霉素推荐给药的最低剂量如下:①对于肌酐清除率＞80mL·min-1的患者,当MIC=0.5μg·mL-1时,应给予万古霉素2000mg·d-1;当MIC=1μg·mL-1时,应给予万古霉素3500mg·d-1;当MIC=2μg·mL-1时,即使给予万古霉素4000mg·d-1,也不能达到满意的抗菌活性.②对于肌酐清除率50～80mL·min-1的患者,当MIC=0.5μg·mL-1时,应给予万古霉素1000mg·d-1,当MIC=1μg·mL-1时,应给予万古霉素2000mg·d-1;当MIC=2g·mL-1时,即使给予万古霉素2000 mg·d-1,也不能达到满意的抗菌活性.③对于肌酐清除率10～50mL·min-1的患者,只有在MIC=0.5μg·mL-1时给予750mg·d-1,才能达到满意的抗菌活性. 结论:临床药师通过蒙特卡罗模拟预测不同程度肾功能不全患者万古霉素最适的给药剂量,为医生在该人群患者合理使用万古霉素提供用药参考.

摘要： 对具有一定几何尺寸的样品进行γ谱分析时,样品自身对γ射线的吸收影响对核素含量的精确测量.本文在对比国内外关于自吸收修正因子计算方法的基础上,分析了被广泛采用的简化计算模型存在的问题及对修正结果的影响.基于混合蒙特卡罗模拟的思想,提出了自吸收修正因子的精确计算模型,并使用FORTRAN程序进行了随机抽样和积分计算,得到精确的自吸收修正因子.通过加标样品及不同质量标准源的对比测量,将精确计算模型与简化计算模型和无源效率校准软件计算结果进行了对比分析.结果表明,简化计算模型过高评估了自吸收干扰,而精确计算模型计算结果与实验测量结果及无源效率校准软件计算结果具有较好的一致性,相对偏差不大于5％.最后针对核电厂周围环境中主要关注的γ核素,使用精确计算模型得到了不同γ核素在土壤中的自吸收修正因子.

摘要： 基于快中子伴随α粒子方法的爆炸物检测技术是一种可有效探测隐藏爆炸物的中子探测技术.基于该方法设计了包裹爆炸物中子装置,并开展了相关的蒙特卡罗模拟计算和实验.分别采用快中子非弹性散射直接测量方法和快中子伴随α粒子方法进行了对比实验;计算了硅酸钇镥(LYSO)γ射线探测器的探测效率和能量响应,并与实验进行了对比.

摘要： 传统可靠性指标体系从纵向角度进行评估,并不能体现出24小时可靠性差异.在总结纵向指标体系的基础上,从负荷点和系统两个方面建立了横向可靠性指标体系,并分析了与纵向可靠性指标体系的关系.提出了基于蒙特卡罗模拟的配电网可靠性评估算法,以上海18节点系统为算例,计算含分布式能源的配电网可靠性指标.算例结果表明,所提可靠性评估算法能够更加全面地反映24h可靠性指标变化,横向电量不足期望值指标对于微网接入更加敏感,对安排生产和电能消费具有实际意义.

摘要： 宏观检验实验是检验核数据正确性的重要实验方法之一.液体闪烁体中子探测器是中子核数据宏观检验实验中快中子能谱测量的主要探测器,其探测效率曲线的准确性关系到实验结果的精度.本文采用252Cf中子源的伴随γ射线和飞行时间法测得了液体闪烁体对2.0～10.0MeV中子的相对探测效率曲线,同时利用飞行时间法和400kV脉冲中子发生器的d-D反应中子源测得了2.9MeV单能中子的绝对探测效率.将相对探测效率曲线归一到单能点的绝对效率,得到探测器在这一能区的绝对探测效率曲线.使用蒙特卡罗程序NEFF模拟相同参数的液体闪烁体探测器对10.0MeV以下中子的探测效率曲线.最后将实验结果与模拟结果对比,结果表明实验得到的探测效率曲线合理、准确.

摘要： 宏观检验实验是检验核数据正确性的重要实验方法之一.液体闪烁体中子探测器是中子核数据宏观检验实验中快中子能谱测量的主要探测器,其探测效率曲线的准确性关系到实验结果的精度.本文采用252Cf中子源的伴随γ射线和飞行时间法测得了液体闪烁体对2.0～10.0MeV中子的相对探测效率曲线,同时利用飞行时间法和400kV脉冲中子发生器的d-D反应中子源测得了2.9MeV单能中子的绝对探测效率.将相对探测效率曲线归一到单能点的绝对效率,得到探测器在这一能区的绝对探测效率曲线.使用蒙特卡罗程序NEFF模拟相同参数的液体闪烁体探测器对10.0MeV以下中子的探测效率曲线.最后将实验结果与模拟结果对比,结果表明实验得到的探测效率曲线合理、准确.

摘要： 宏观检验实验是检验核数据正确性的重要实验方法之一.液体闪烁体中子探测器是中子核数据宏观检验实验中快中子能谱测量的主要探测器,其探测效率曲线的准确性关系到实验结果的精度.本文采用252Cf中子源的伴随γ射线和飞行时间法测得了液体闪烁体对2.0～10.0MeV中子的相对探测效率曲线,同时利用飞行时间法和400kV脉冲中子发生器的d-D反应中子源测得了2.9MeV单能中子的绝对探测效率.将相对探测效率曲线归一到单能点的绝对效率,得到探测器在这一能区的绝对探测效率曲线.使用蒙特卡罗程序NEFF模拟相同参数的液体闪烁体探测器对10.0MeV以下中子的探测效率曲线.最后将实验结果与模拟结果对比,结果表明实验得到的探测效率曲线合理、准确.

摘要： 宏观检验实验是检验核数据正确性的重要实验方法之一.液体闪烁体中子探测器是中子核数据宏观检验实验中快中子能谱测量的主要探测器,其探测效率曲线的准确性关系到实验结果的精度.本文采用252Cf中子源的伴随γ射线和飞行时间法测得了液体闪烁体对2.0～10.0MeV中子的相对探测效率曲线,同时利用飞行时间法和400kV脉冲中子发生器的d-D反应中子源测得了2.9MeV单能中子的绝对探测效率.将相对探测效率曲线归一到单能点的绝对效率,得到探测器在这一能区的绝对探测效率曲线.使用蒙特卡罗程序NEFF模拟相同参数的液体闪烁体探测器对10.0MeV以下中子的探测效率曲线.最后将实验结果与模拟结果对比,结果表明实验得到的探测效率曲线合理、准确.

摘要： 宏观检验实验是检验核数据正确性的重要实验方法之一.液体闪烁体中子探测器是中子核数据宏观检验实验中快中子能谱测量的主要探测器,其探测效率曲线的准确性关系到实验结果的精度.本文采用252Cf中子源的伴随γ射线和飞行时间法测得了液体闪烁体对2.0～10.0MeV中子的相对探测效率曲线,同时利用飞行时间法和400kV脉冲中子发生器的d-D反应中子源测得了2.9MeV单能中子的绝对探测效率.将相对探测效率曲线归一到单能点的绝对效率,得到探测器在这一能区的绝对探测效率曲线.使用蒙特卡罗程序NEFF模拟相同参数的液体闪烁体探测器对10.0MeV以下中子的探测效率曲线.最后将实验结果与模拟结果对比,结果表明实验得到的探测效率曲线合理、准确.

摘要： 本发明公开了一种用拟蒙特卡罗方法模拟光子散射的方法，应用于包括光源S、模体M和探测器D的系统中，预设光子从光源S射出，在交点A0处初始进入模体M，在相互作用点Ai,(i＝1,...,n)发生i阶散射，该方法追踪光子从光源S到达被测模体M的分布，模拟光子在模体M内的散射路径，并强制选择与相互作用点相对应的探测器像素，从而实现对光子散射过程的模拟，通过采用该方法，模拟光子散射的精度高，并缩短了散射光子的计算时间。

摘要： 本发明涉及一种基于态势模拟和蒙特卡罗的水下航行器协同搜索效能评估方法，属于水下航行器协同应用研究技术领域。包括以下步骤：1.对搜索海域预处理；2.建立三维声纳视域模型；3.建立搜索目标模型；4.根据搜索策略，在三维空间中对搜索过程进行模拟；5.在三维空间内，判断目标是否位于当前声纳覆盖区域；6.当前覆盖空间内声纳检测识别目标的能力；7.进行多次态势模拟，计算各搜索过程中遭遇并识别目标的个数，通过数据处理获得协同搜索概率，表示搜索效能。本发明方法通过态势模拟和蒙特卡罗解决了三维空间内搜索概率的量化问题，可以用来评价水下航行器协同系统在既定搜索策略下的任务执行效果，比较不同搜索策略，为方案制定提供参考。

摘要： 本发明涉及采用蒙特卡罗方法的模拟能谱曲线仿真方法，包括如下步骤：步骤S1，获取实际核能谱曲线图；步骤S2，对实际核能谱曲线图进行处理以获得模拟能谱曲线；本发明的模拟能谱曲线仿真方法通过对实际核能谱曲线图进行曲线识别并将能谱曲线数值化，从而得到能谱曲线各点的数值（即核能谱的能级和各能级的计数率），再通过蒙特卡罗方法随机直接抽样这一组数值以得到关于各核能级的随机数，从而模拟核衰变过程的随机性，最终再对所述随机数进行统计处理得到模拟能谱曲线，通过反演对比模拟能谱曲线与实际能谱曲线以确定仿核信号发生器的可靠性与精确性。

摘要： 本发明公开了一种基于蒙特卡罗法模拟海洋油田生产水处理效率和决策最优技术路线的方法。该方法涉及海洋油田生产水具有污染物浓度高难处理、水质复杂、水量不稳定等特点，生产水处理难以稳定达标，严重影响回注过程及驱油效率，大幅度增加处理成本和降低采油效率的问题，针对基于我国海洋油田生产水高效处理需求，通过对我国渤海油田生产水处理技术现状调研分析，以生产水处理稳定达标、提升除油效率为目标，构建油田生产水处理除油、气浮、过滤的全流程污染减排最大、污染物去除率最高的最优技术路线评估模型，为油田生产水处理系统决策最优技术路线，以期为我国海洋油田生产水处理稳定达标、高效处理和回注驱油体系提供技术支撑。

摘要： 本发明涉及一种行播水生植被冠层反射的蒙特卡罗计算机模拟方法，其步骤如下：根据行播植被的几何结构、行向和行距特征构建出水生植被的三维场景，在一垄内叶片均匀分布；模型耦合了植被叶片的光谱模型用于计算叶片的反射率和透过率；耦合了波浪水面反射模型用于计算水面反射和透射分布；耦合了浅水生物光学模型来计算背景水体的吸收系数和散射系数；根据光照分布随机生成大量的入射光子，追踪每个光子在模拟场景中完整的传播过程，记录出射方向，根据出射光子的统计分布计算得到整个水生植被冠层的反射率。该发明将为水生植被冠层生理生化参数遥感监测提供新的模型工具与技术方法，同时为行播作物的精准化水肥调控管理提供科学依据。

摘要： 本发明提供了一种基于反向蒙特卡罗方法模拟计算辐射效应的方法，属于卫星空间环境分析技术领域。方法包括：S1、在Geant4软件中输入几何文件，构建与航天器对应的几何模型，选取辐射对象结构，根据辐射对象结构选取探针分布形式，并设置相关参数，相关参数包括探针数量；S2、导入反向蒙特卡罗能谱文件，设置反向追踪能量范围、分析参数、追踪粒子和追踪粒子数；S3、进行真实环境模拟处理，对每个探针分别生成相应的脚本文件，之后将脚本文件分别输入多个求解器进行同时求解；S4、对步骤S3中的求解结果进行求和以及归一化处理，获取最终结果。本发明利用多个求解器同时处理脚本文件进行批量计算，大大减少计算时间，提高计算效率。

摘要： 本发明提供一种基于蒙特卡罗模拟法的GO法中的不确定性分析方法，所述方法包括：(1)部件的可靠性参数均取点估计值进行重要度分析；(2)得出各部件抽样概率Psample；(3)对部件的可靠性参数进行抽样；(4)不确定性分析结果可信评价。本发明提供的方法改善了概率安全评价中基于Go法的不确定性分析，能为后续研究提供参考依据。

摘要： 本发明公开了一种能谱计算机断层扫描剂量的蒙特卡罗模拟方法及系统，方法包括：根据实测CT机的衰减层厚数据结合虚拟软射线源和虚拟硬化材料对CT机的X射线能谱进行模拟，得到模拟能谱；根据实测CT机的角分布数据和模拟能谱对虚拟滤线器厚度进行模拟，得到虚拟滤线器的形状；根据CT机的仿真体模扫描图像进行三维建模，得到三维仿真体模几何模型；根据模拟能谱、虚拟滤线器的形状和三维仿真体模几何模型进行蒙特卡罗模拟，得到仿真体模各器官的吸收剂量；根据仿真体模各器官的吸收剂量、给定的各管电压和给定的时间占比，计算出能谱CT扫描的吸收剂量。本发明具有高精度和高效率的优点，可广泛应用于计算机辅助诊断领域。

摘要： 本发明为高分子链在具有吸引作用的表面附近受外力驱动作用下的吸附性质研究提供一种外力作用下高分子链在表面吸附性质的蒙特卡罗模拟方法，可以用来研究了外力驱动作用对高分子链吸附性质的影响以及通过构象形变来交叉校验临界吸附点，对高分子的应用具有重要的意义。

摘要： 针对反应堆机械反应性补偿的蒙特卡罗模拟方法，步骤如下：1、为同一组控制棒组内的几何体赋予相同的特征字符串；2、按几何尺寸与邻接关系建立控制棒组层次结构；3、制定控制棒组步进策略，将策略映射为CSG几何体移动；4、将控制棒CSG几何体移动等效为中子虚拟位移，在蒙特卡罗粒子输运过程中完成截面替换，实现对控制棒移动的模拟；5、用蒙特卡罗方法求解中子输运方程，计算中子盈余；6、裂变源迭代求解过程中，对控制棒价值进行拟合，按临界条件对控制棒位进行搜索；7、统计临界控制棒位。本发明通过改进蒙特卡罗裂变源迭代过程中的截面计算，并结合内嵌控制棒价值拟合技术实现控制棒运动的模拟以及临界控制棒位的计算。