Monte Carlo方法及其在统计物理中的应用

近年来,计算机技术和互联网的快速发展,使得计算机模拟成为仿真实验、验证理论以及理解自然规律的一种有效研究手段。本文简要地总结了一种有效且成熟的计算机模拟方法 Monte Carlo(MC)方法的基本思想,以平衡体系和非平衡体系的两个代表模型:Potts模型和钙振荡模型为例,介绍了MC和kinetic MC(kMC)模拟的基本算法。此外,还介绍了上述两种MC方法的发展及应用,即粗粒化MC和粗粒化kMC模拟方法,并以常见的Fortran语言为例给出其计算机模拟程序。     

Monte Carlo方法在统计物理教学中的一些应用

随着计算机科学技术的飞速发展和应用范围的扩大,Monte carlo方法作为一种独特的计算方法,正引起越来越多的物理学工作者的兴趣,并被日益广泛地应用于研究工作中.本文从统计物理教学的角度出发,说明Monte Carlo方法的基本思想和一些特点.     

Monte Carlo方法在核辐射医学中的应用

在放射性治疗(外照射或内照射)疑难病症(如癌症)及重症病过程中,病体所受剂量及其分布是治疗过程中必须考虑的问题。当射线进入人体后各部分受到的剂量必须要进行理论计算。射线在人体内的反应机制是光子和电子偶合输运过程,非常复杂,一般数值方法难于求解。Monte Carlo方法是解决本类问题十分有效的方法。该文将Monte Carlo方法应用到核辐射医学中,叙述了两种体内剂量场分布的Monte Carlo计算方法:沉积能量法和通量转换法。为了提高计算效率,给出了几种实用的技巧。最后,介绍了一个应用实例。     

Monte Carlo方法在靶尺寸分析中的应用

对于电子直线加速器而言,当电子束的能量一定时,X射线的剂量场分布与很多因素相关,其中靶的尺寸和材料便是重要的因素。目前最经常采用的靶材料是钨,靶尺寸的选取则由加速器的能量等条件来决定。该文采用Monte Carlo通用程序包Geant4,对靶的尺寸进行了一系列的分析。结果表明:靶厚度对X射线剂量场分布影响很大,为得到理想的加速器输出剂量,需要选取合适的靶厚度;相对而言,靶直径的影响则很小。     

Monte Carlo方法在气体动理论中的应用

Monte Carco方法的随机抽样理论,对物理现象的研究,提供了其它方法不可替代的计算手段,利用它可以方便地进行数值积分计算和计算机模拟。文章介绍了Monte Carlo方法的基本原理和计算步骤,并通过两个具体实例阐明Monte Carlo方法在分子动理论中的应用。     

Monte Carlo散射标记方法在辐射防护设计中的应用

在X射线检查系统中,辐射防护中除了需要重点考虑透射和漏射外,散射的成分也必须考虑,而且散射的影响变得越来越重要,这一点在同方威视的固定式、组合式和车载式系统中都已经得到了体现。针对散射的问题,该文进行了系统的研究,提出了在Monte Carlo计算中采用散射标记方法分析各散射体对于散射的贡献,克服了传统方法无法准确计算某一点的散射剂量率以及各散射体对散射的贡献的局限,并利用实验进行了验证。该文采用的计算工具是Geant4软件包。结果表明,该文提出的方法是可行的,尤其在复杂系统的辐射防护优化设计中具有较好的指导作用。     

Monte Carlo方法在载人航天辐射安全性评价中的应用

为了评价航天员在外层空间的辐射危害,建立了载人航天辐射安全评价体系,该体系用于航天员个人剂量预估及辐射危害评价。该文利用Monte Carlo应用程序GEANT 4,结合计算机化的三维人体模型,模拟质子在空间的各向同性条件,估算了单能质子造成航天员11个辐射敏感器官的吸收剂量值;并且利用某次神舟飞船所测得的质子各能量段注量数据,估算了此次飞行中各辐射敏感器官的剂量,其中皮肤剂量与飞船上所用的L iF剂量计所测得的剂量值拟合较好,与俄美所测量和计算值100~300μG y/d接近。     

Monte—Carlo方法在模拟物理实验中的应用

本文利用Monte-Carlo方法模拟了双缝干涉现象,由于可见几率概念的引入,使得干涉条纹非常清晰;还模拟了氧气分子的速率及高度分布情况.可用于微机辅助教学。     

Monte Carlo方法在气体动理论中的应用

Monte Carlo方法的随机抽样理论，对物理现象的研究，提供了其它方法不可替代的计算手段，利用它可以方便地进行数值积分计算和计算机模拟。文本介绍了Monte Carlo方法的基本原理和计算步骤，并通过两个具体实例阐明Monte Carlo方法在分子动理论中的应用。     

Monte Carlo模拟方法在等值中的应用

计算机自适应测验（CAT）需要大量的题库,而等值就是题库建设的需要。本文就实际应用中等值的实测数据很难获得的这一现状,给出了一种客观的比较标准——Monte Carlo模拟,并结合偏移平均平方根（RMSD）,对5种等值准则进行了客观的比较分析。     

含肿瘤BNCT网格模型的Monte Carlo剂量计算

根据Snyder解析模型建立了一个含有肿瘤的BNCT(硼中子俘获治疗)-4 mm网格模型,应用MCNP(Monte Carlo N-particle)程序进行模拟计算,并对结果进行了物理分析;使用新研制的MCDB(Monte Carlodosimetry in brain)程序对Snyder加肿瘤模型进行了模拟,得到和MCNP程序几乎完全一致的结果,验证了MCDB程序的正确性,由于MCDB采用了适合均匀网格的快速粒子径迹算法,因而提高了计算速度,较MCNP节省了36%的模拟时间。     

Monte Carlo方法在放射治疗计划剂量计算中的应用

为了在放射治疗计划系统中的临床应用,探讨Monte Carlo剂量计算方法。应用已经建立Monte Carlo虚拟源模型,针对一例食道肿瘤病例,完成该食道癌患者放射治疗计划各个射野的剂量计算,并进行了计划设计。研究发现,高剂量区与计划靶区(PTV)保持了很好的适形,关键器官的照射量很小,得到了很好的保护。结果表明,用Monte Carlo虚拟源剂量计算模型生成的剂量分布符合临床放射治疗的实施原则,治疗计划靶区得到了高剂量照射,危险器官受照剂量远低于耐受剂量。由于该模型的精确性,完全可以替代现有的解析型剂量计算模型。     

溅射过程的Monte Carlo方法模拟计算

运用Monte Carlo方法对溅射过程进行了模拟计算,其结果清楚地描述了溅射的微观过程,溅射产额的计算值与实验值吻合。     

改进Monte Carlo算法在非线性方程组求解中的

借鉴数值方法中梯度方法的思想,引进了广义负梯度方向的概念,给出了一种基于广义负梯度方向的Monte Carlo方法--GGMC方法.该方法保持了Monte Carlo算法的普适性和稳定性,并改善了原方法搜索的盲目性和随机性,提高了原方法的搜索效率,缩短了计算时间.将GGMC方法用于算例,收敛速度明显提高.     

复杂区域上高维积分的Monte Carlo方法

讨论了MonteCarlo方法求多重定积分近似值的原理，系统分析了当被积区域D为各类复杂不规则时，用MonteCarlo方法求k重定积分近似值的具体算法及相关收敛性，最后给出了具体算例．     

中子时间常数的Monte Carlo计算方法

为了研究核装置内中子密度随时间的瞬态变化规律,在Monte Carlo程序DSMC(dynamic system Monte Carlo)的基础上发展了一种新的计算核装置中子时间常数方法,该方法先求得本征分布源,然后求中子时间常数。通过与MCNP(Monte Carlo N-particle)程序计算α本征值的方法及两个模型的计算结果比对分析发现:在超临界和临界情况下两者结果一致;在较深次临界情况下,新方法克服了MCNP程序方法的不足,计算结果更为可靠,特别是在MCNP4C不能顺利完成计算的情况下,新方法依然有效。     

基于Monte Carlo方法的中子标识输运计算

为了考察中子与介质相互作用的细致物理过程,得到不同种类中子对所关心物理量的贡献,利用Monte Carlo方法的模拟能力,由中子标识记录中子及其次级粒子的输运历史,在程序中赋予中子一个整型标识变量,记录中子的出身、碰撞过程等历史,在记数时根据该变量的值进行分门别类的统计以达到求解众多物理量的目的。结果表明,该方法能得到其它方法不易得到的物理量,如不同种类中子出壳流等。     

基于SV模型的VaR Monte Carlo模拟

文章以上证综合指数为研究对象讨论了Monte Carlo模拟法计算VaR,分别利用SV-VaR模型和Monte Carlo-SV-VaR模型计算VaR值,并比较了这2个模型的精确度,从而为上证综合指数的风险度量提供一个参照。     

Monte Carlo方法在原子物理教学中的应用

在原子物理教学中,通过在强激光场中氢原子电离概率与激光场的电场和磁场关系的讨论,介绍Monte carlo方法在处理原子物理问题的思路和方法.