使用并行３－Ｄ辐射输运代码的反应堆剂量测定应用制造技术

本发明专利技术一般地涉及采用新的并行３－Ｄ辐射输运代码和多处理器计算机体系结构来计算辐射场分布的方法。该代码使用域分解方法求解算法。例如，可以将角度域和空间域划分为子集，可以将子集独立地分配并进行处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及辐射场分布的计算，并且在预测对核反应堆腔和内部部件的中 子齐U量测定口向应(neutron-dosimetry response)中特另ll有用。
技术介绍
可以使用各种方法来获得对于中子和伽马辐射输运应用的线性玻尔兹曼方 程(LBE)的数值解。离散纵标法(Sn)是一种特别用于核工程领域的这样的方法。SnS 程的数值解通过相空间(即，角度域、空间域和能量域)的并发离散化(concurrent discretization)来获得。相空间的并发离散化导致Sn方程中的大量未知量，因此，需要大 量计算资源来解决该问题。对于大的3-D中子和伽马输运应用，使用Sn方程来产生LBE的数值解所需要的主 存储器可能超过典型的单处理器工作站的当前计算能力。例如，针对特征为接近150万空 间网格(spatial mesh)、S8求积组(quadrature set)、散射核的P3展开以及47-中子能群 (energy group)的典型2-环路压水反应堆(PWR)的完全3-D中子输运问题的求解能够导 致接近45G字节的主存储器需求。所需的大量计算资源可能阻碍使用单处理器工作站来求 解这样的问题。期望通过开发对SnS程的新的求解算法以利用多处理器计算体系结构(即分 布式存储器体系结构)的优势来克服这些困难。例如，期望构造经由网络中枢(network backbone)链接在一起的多个物理上独立的工作站，以建立通常称为集群计算环境的计算 环境。这种计算平台近些年来已经获得了广泛的应用，特别是在科学计算和大规模数值模 拟领域。然而，有必要设计专用的算法，以便开发集群环境的能力。因此，在Sn方程的求解算法的集合中存在进行改进以利用多处理器计算体系结构 的优势的空间。对于诸如中子和伽马辐射场分布的辐射场分布的计算，获得LBE的数值解 的方法还存在改进空间。此外，以准确和高效的方式预测对核反应堆中应用的剂量测定响 应的方法存在改进空间。
技术实现思路
一种用于计算辐射场分布的方法，包括应用3-D辐射输运计算机代码，所述代码 包括包含从由角度域和空间域组成的组中选择的域的域分解算法，其中，所述域在多处理 器计算机体系结构上被独立地分配及处理。一种用于计算辐射场分布的计算机程序。该程序包括代码段，该代码段在被执行 时将角度域和空间域划分(partition)为子集，独立地分配各子集，并在多处理器体系结构上处理各子集。 附图说明图la示出2-环路PWR的3-D输运模型的几何构造和材料分布；图lb示出2_环 路PWR的在z = 0. 0处的x-y平面上的该模型的2-D部分。图2示出使用定向e加权(Directional Theta Weighted)自适应差分方案计算 的剂量测定数据的测量值与计算值(M/C)比率。图3a、图3b和图3c示出具有校正厚度的校正反应堆压力容器与堆芯(core)顶位 置(3a)、堆芯中平面(mid-plane)位置(3b)以及堆芯底位置(3c)的未校正厚度相比的M/ C比率。图4示出针对一系列处理器(例如，多达20个处理器)使用不同的域分解策略获 得的增速。图5示出本专利技术实施例的流程图，其中，实现3-D辐射输运计算机程序，以产生辐 射场分布。具体实施例方式本专利技术涉及系统的辐射场分布的计算方法。辐射场可以包括中子和伽马辐射。在 本专利技术的一方面中，可以计算核反应堆腔中的容器外中子剂量测定响应。核反应堆的种类 不受限制，且可以包括本领域中已知的各种商业设计。合适的反应堆可以包括但不限于压 水反应堆(PWR)和沸水反应堆(BWR)。为了说明简便，将参考2-环路商业PWR来说明本发 明的该方面。在PWR的设计和操作中使用产生剂量测定响应的PWR的计算机建模。本专利技术的方法包括3-D并行辐射输运代码的应用，3-D并行辐射输运代码在这 里称为RAPT0R-M3G(辐射的快速并行输运一多3D几何构造)。输运代码提供用于求 解3,方程的并行算法的集合。该方法基于域分解算法，其中，空间域、角度域和/或能 量域被划分为能够在多处理器体系结构上被独立地分配及处理的子集。已知的合适的 3-D并行确定性输运代码的例子包括PENTRAN 和PARTISN(Sjoden G. E.和Haghighat A. , PENTRAN-Parallel EnvironmentNeutralparticle TRANport in 3-D Cartesian Geometry, Proceedingsof the Joint International Conference on Mathematical Methods andSupercomputing for Nuclear Applications, Vol. 1, pp.232—234, Saratoga Springs,NY(1997)) 与传统的单处理器应用相比，本专利技术的方法减少了每个处理器的计算 负载以及存储器需求，为大的3-D问题提供了高效的求解方法。使用消息传递接口(MPI)并行库在Fortran 90中开发了 RAPT0R-M3G计 算机代码。(Gropp ff.，Lusk E.，and Skjellum A.，Using MPI Portable Parallel Programming with the Message Passinglnterface, The MIT Press, Cambridge, Massachusetts (1999))。RAPT0R-M3G的若干特征包括下面的内容 非均勻正交构造的网格上的3-D笛卡尔(RAPT0R-XYZ)和圆柱几何构造 (RAPT0R-RTZ)上的多群(multi-group) SN 方程的解(M. A. Hunter，G. Longoni, and S. L. Anderson, Extension of RAPT0R-M3Gto r_ 9 _z geometry for use in reactor dosimetry applicatons,，，Proceedingsof the 13th Internatioanl Symposium onReactor Dosimetry, TheNetherlands(2008))； 空间域、角度域以及耦合的空间/角度域分解算法； 正定力口权差分方案(positive definite weighted differencingscheme) 0/ 9 加权的以及定向9加权的； 直到级数20的能级对称求积组的自动生成(Longoni G. et al. /‘Investigation of New Quadrature Sets for Discrete Ordinates Methodwith Application to Non-Conventional Problems,Transactions of theAmerican Nuclear Society,Vol. 84, pp. 224-226(2001))； 并行存储器允许空间子域和角度子域的本地(local)分配，从而减少每个处理 器的存储器需求； 并行分配任务在多处理器上对SN方程并行求解，与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于计算辐射场分布的方法，包括：应用３－Ｄ辐射输运计算机代码，所述代码包括包含从由角度域和空间域组成的组中选择的域的域分解算法，其中，所述域在多处理器计算机体系结构上被分配及处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-9-27 60/975,525;US 2008-5-28 61/056,785一种用于计算辐射场分布的方法，包括应用3-D辐射输运计算机代码，所述代码包括包含从由角度域和空间域组成的组中选择的域的域分解算法，其中，所述域在多处理器计算机体系结构上被分配及处理。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述辐射场分布包括从由中子辐射和伽马辐射 组成的组中选择的辐射场。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述辐射场分布针对核反应堆腔。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述核反应堆是2-环路压水反应堆。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述算法被构造为数值求解线性玻尔兹曼方程。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多处理器计算机体系结构包括通过网络连 接链接到一起的多个物理上独立的工作站。7.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述域划分为在所述多处理器体系结构上 被独立地分配及处理的子集。8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述域的所述划分包括使用多个处理器上的并 行存储器。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述辐射场分布包括核反应堆腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：G郎格尼，
申请(专利权)人：西屋电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]