基于自適應源項離散的點核積分方法計算效率優(yōu)化研究

摘 要：點核積分方法面對多源項的復雜場景或是需要對輻射場進行動態(tài)更新的情形存在計算耗時較長的問題。針對該問題，通過點核積分程序CIRPDose 對圓柱體源、長方體源等5 類源項離散引起的誤差隨計算點與源距離的變化規(guī)律進行模擬計算，并提出了一種基于自適應源項離散的點核積分計算效率優(yōu)化方法。在將該方法集成到CIRPDose 程序后，通過自定義算例對其進行測試，測試結果顯示，相比傳統(tǒng)的固定離散數(shù)目，各類型源項在自適應離散方法下的輻射場計算用時最大縮短96. 77%，且計算結果平均偏差最大值僅為3. 19%，驗證了所提方法的可靠性和有效性。研究工作可為核設施內(nèi)的三維γ 輻射場快速計算提供技術支持。

關鍵詞：γ 輻射場計算;點核積分方法;計算效率優(yōu)化;源項離散

中圖分類號：TL75+ 1;TL72 文獻標識碼：A

在核設施檢修或者退役工作開展過程中，若能了解核設施內(nèi)部γ 輻射場劑量率分布情況，則可從輻射防護的最優(yōu)化原則（ALARA） 出發(fā)來進行工作方案的制定及優(yōu)化。此外，在通過虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)場景和輻射場的結合后，還可對工作人員提前進行模擬演練，在消除其對輻射的恐慌性心理的同時， 降低工作人員受到的輻照劑量[1-2] 。常用的γ 輻射場計算方法包括蒙特卡羅方法、離散縱標法以及點核積分方法，其中點核積分方法因其計算效率高的特點，成為了各國在開發(fā)核設施輻射場模擬仿真程序時的首選計算方法，例如國外歐美等發(fā)達國家開發(fā)的VRdose、Visiplan、NARVEOS、QAD[3-6] ，以及國內(nèi)相關高校和科研機構開發(fā)的PKShiled、ARShield、NECPMCX、CIRPDose 等[7-10] 。

盡管點核積分方法在計算效率上具有顯著優(yōu)勢，但在多源項的復雜場景中，其計算耗時依舊不低，尤其是當場景中屏蔽體及源項會發(fā)生變化，需要對輻射場進行動態(tài)更新時，其計算效率問題更為突出。隨著ALARA 對輻射場模擬計算要求的提高，給點核積分方法在計算效率方面帶來了新的挑戰(zhàn)。除普遍采用的多線程并行加速以及射線跟蹤技術外，何良等[11] 提出了一種基于梯度變化的變權重輻射場網(wǎng)格劃分方法，有效地縮短了輻射場的計算時間;Xu 等[12] 設計了一種基于GPU的點核積分算法計算框架，并通過GPU 編程開發(fā)了相應的點核程序，與基于CPU 的點核程序相比具有更好的性能;Caracena 等[13] 采用非結構化網(wǎng)格來對放射源進行離散從而實現(xiàn)快速計算，但所提方法僅可用于平行六面體源且適用的場景較為簡單。

源項的離散作為點核積分方法中的關鍵環(huán)節(jié)，對γ 輻射場的計算效率和精度影響較大，為在優(yōu)化計算效率的同時，兼顧計算精度，本文提出了一種基于自適應源項離散的計算效率優(yōu)化方法，并集成到CIRPDose 程序后進行了測試，驗證了該方法的有效性，旨在為γ 輻射場的快速計算以及模擬仿真領域提供技術支持。