摘 要：點(diǎn)核積分方法面對(duì)多源項(xiàng)的復(fù)雜場(chǎng)景或是需要對(duì)輻射場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新的情形存在計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng)的問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，通過(guò)點(diǎn)核積分程序CIRPDose 對(duì)圓柱體源、長(zhǎng)方體源等5 類源項(xiàng)離散引起的誤差隨計(jì)算點(diǎn)與源距離的變化規(guī)律進(jìn)行模擬計(jì)算，并提出了一種基于自適應(yīng)源項(xiàng)離散的點(diǎn)核積分計(jì)算效率優(yōu)化方法。在將該方法集成到CIRPDose 程序后，通過(guò)自定義算例對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，相比傳統(tǒng)的固定離散數(shù)目，各類型源項(xiàng)在自適應(yīng)離散方法下的輻射場(chǎng)計(jì)算用時(shí)最大縮短96. 77%，且計(jì)算結(jié)果平均偏差最大值僅為3. 19%，驗(yàn)證了所提方法的可靠性和有效性。研究工作可為核設(shè)施內(nèi)的三維γ 輻射場(chǎng)快速計(jì)算提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：γ 輻射場(chǎng)計(jì)算;點(diǎn)核積分方法;計(jì)算效率優(yōu)化;源項(xiàng)離散

中圖分類號(hào)：TL75+ 1;TL72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在核設(shè)施檢修或者退役工作開(kāi)展過(guò)程中，若能了解核設(shè)施內(nèi)部γ 輻射場(chǎng)劑量率分布情況，則可從輻射防護(hù)的最優(yōu)化原則（ALARA） 出發(fā)來(lái)進(jìn)行工作方案的制定及優(yōu)化。此外，在通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景和輻射場(chǎng)的結(jié)合后，還可對(duì)工作人員提前進(jìn)行模擬演練，在消除其對(duì)輻射的恐慌性心理的同時(shí)， 降低工作人員受到的輻照劑量[1-2] 。常用的γ 輻射場(chǎng)計(jì)算方法包括蒙特卡羅方法、離散縱標(biāo)法以及點(diǎn)核積分方法，其中點(diǎn)核積分方法因其計(jì)算效率高的特點(diǎn)，成為了各國(guó)在開(kāi)發(fā)核設(shè)施輻射場(chǎng)模擬仿真程序時(shí)的首選計(jì)算方法，例如國(guó)外歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)發(fā)的VRdose、Visiplan、NARVEOS、QAD[3-6] ，以及國(guó)內(nèi)相關(guān)高校和科研機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的PKShiled、ARShield、NECPMCX、CIRPDose 等[7-10] 。

盡管點(diǎn)核積分方法在計(jì)算效率上具有顯著優(yōu)勢(shì)，但在多源項(xiàng)的復(fù)雜場(chǎng)景中，其計(jì)算耗時(shí)依舊不低，尤其是當(dāng)場(chǎng)景中屏蔽體及源項(xiàng)會(huì)發(fā)生變化，需要對(duì)輻射場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新時(shí)，其計(jì)算效率問(wèn)題更為突出。隨著ALARA 對(duì)輻射場(chǎng)模擬計(jì)算要求的提高，給點(diǎn)核積分方法在計(jì)算效率方面帶來(lái)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(shù)外，何良等[11] 提出了一種基于梯度變化的變權(quán)重輻射場(chǎng)網(wǎng)格劃分方法，有效地縮短了輻射場(chǎng)的計(jì)算時(shí)間;Xu 等[12] 設(shè)計(jì)了一種基于GPU的點(diǎn)核積分算法計(jì)算框架，并通過(guò)GPU 編程開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的點(diǎn)核程序，與基于CPU 的點(diǎn)核程序相比具有更好的性能;Caracena 等[13] 采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格來(lái)對(duì)放射源進(jìn)行離散從而實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算，但所提方法僅可用于平行六面體源且適用的場(chǎng)景較為簡(jiǎn)單。

源項(xiàng)的離散作為點(diǎn)核積分方法中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)γ 輻射場(chǎng)的計(jì)算效率和精度影響較大，為在優(yōu)化計(jì)算效率的同時(shí)，兼顧計(jì)算精度，本文提出了一種基于自適應(yīng)源項(xiàng)離散的計(jì)算效率優(yōu)化方法，并集成到CIRPDose 程序后進(jìn)行了測(cè)試，驗(yàn)證了該方法的有效性，旨在為γ 輻射場(chǎng)的快速計(jì)算以及模擬仿真領(lǐng)域提供技術(shù)支持。