Neuartige Methode zur Beschleunigung von Neutronentransportberechnungen

Dr. Zheng Yu vom Hefei Institute of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat in Zusammenarbeit mit Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie in Deutschland eine neue Methode zur Beschleunigung der Monte-Carlo-Abschirmungssimulation im großen Maßstab vorgeschlagen.

Die neue globale Varianzreduktionsmethode, auch On The Fly (OTF) genannt, macht die Monte Carlo (MC)-Codes für Abschirmungsanalysen von großen und komplexen Fusionsreaktoren anwendbar. Entsprechende Ergebnisse wurden in veröffentlicht Kernfusion.

MC ist eine der genauesten Berechnungsmethoden auf dem Gebiet der nuklearen Analyse für Fusions- und Spaltungsreaktoren. Die Berechnung der Abschirmung der Fusionsanlage unter Verwendung von Monte-Carlo-Transportcodes ist jedoch aufgrund der Komplexität und der starken Abschirmung von Fusionsreaktoren immer noch eine Herausforderung. Die langsame Konvergenzrate der MC-Verfahrenswiedergabe in analogen Simulationen ist unerschwinglich kostspielig in Bezug auf Rechenzeit.

Die Forscher führten eine neue Idee ein, um bei dieser Methode das Gewichtsfenster entlang des Transportprozesses zu aktualisieren. Sie schlugen auch eine innovative Lösung vor, die auf einer automatischen dynamischen Anpassung der oberen Grenzen des Gewichtsfensters basiert und das Problem angeht, das die Neutronik-Teilchentransportberechnung von MC seit langem plagt.

Als sie die OTF-Methode auf die Nuklearanalyse des International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) und der International Fusion Materials Irradiation Facility-DEMO-orientierten Neutronenquelle IFMIF-DONES Accelerator anwendeten, wurden bemerkenswerte Beschleunigungseffekte erzielt.

Verglichen mit der vom Oak Ridge National Laboratory entwickelten Varianzreduktionsmethode Automated Variance Reduction Generator (ADVANTG) ist die Beschleunigungswirkung der OTF-Methode 13- bis 20-mal so hoch wie die von ADVANTG.

Darüber hinaus dient OTF auch der globalen Strahlungsfeldberechnung des Chinese Fusion Engineering Testing Reactor, die eine wichtige Grundlage für die Bewertung des sicheren Betriebs von Schlüsselkomponenten wie Magneten und Vakuumbehältern unter nuklearer Bestrahlung liefert.