蒙特卡罗粒子输运模拟中基于粒子的并行计算方法研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论文蒙特卡罗粒子输运模拟中基于粒子的并行计算方法研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：陈诚核能科学与工程吴宜灿教授胡丽琴副教授二O一四年六月一日UniVersityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationf．orMaster，sdegreeStUdyOnPara¨elCOmpUtingMinMOnteCarlOPaTranSpOrtethOd■●ICleSimUIatiOnAuthor’sName：ChengChenSpeciality：NuclearEne曙ySci

2、enceandEngineeringSupeⅣisor：ProfYicanWun‘‘11FlnlSnedtlme：AssociateProfLiqinHuJunel吼，20141．Ir中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：隘域中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学

3、拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。函公开口保密(——年)作者签名：签字日期：酝；成Z0J上，．S．相导师签名：协∥签字日期：墅!!!』!!旦摘要蒙特卡罗(MonteCarlo，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

4、，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

5、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。关键词：蒙特卡罗方法，并行计算，MPI，SuperMCl+本论文工作得到中国科学院战略性先导科技专项(xDA03040000)，国家自然科学基金(91026004、11305203)，圈家ITER973计划

6、2014GBll2000l资助。ABSTRACTMonteCarlomethodisanimportantmethodofprobabilitytheo叫inpanicletranspons沛ulation．Itdoeswellinarbitrarygeometricdescriptionandcanobtainmoreaccurateresults．WhileittakesalotoftimetosimulatepaIrticlesrepeatedly．ParalIelcomputertechnologyisoneoftheimponan

7、twaystosolVethisproblem．Nowadays，mostMonteCarlocodesownthemnctionofpamllelcomputing．Butduetotheirdeficientindatacommunicationandparallelalgorimm，meyarenotsuitedtola玛e-scaleparallelcomputing．Howtoimpr0Veparallelperfomanceandscalabilitybecomesanewchallengeinthisfield．Afterml

8、lstudVandanalysisofthecharacteristicsofMonteCarlomethodandparallelcomputingtheory’basedon