CN108804865A - 一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法、系统、计算机设备及存储介质 - Google Patents

一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法、系统、计算机设备及存储介质 Download PDF

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CN108804865A CN201810634479.2A CN201810634479A CN108804865A CN 108804865 A CN108804865 A CN 108804865A CN 201810634479 A CN201810634479 A CN 201810634479A CN 108804865 A CN108804865 A CN 108804865A
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Abstract

本发明公开了一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法、系统、计算机设备及存储介质，本发明通过建立D‑T等离子体空间模型及碰撞模型，对时间网格与空间网格分别进行划分，通过编写随机函数产生对等离子体中氘、氚粒子位置、速率、极角及方位角进行抽样，对划分的时空网格采用相关算法，实现等离子体中氘氚聚变反应的蒙特卡洛模拟，并获得中子源的产生率和空间分布。

Description

一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法、系统、计算机 设备及存储介质
技术领域
本发明涉及聚变中子辐射输运技术领域，尤其涉及一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法、系统、计算机设备及存储介质。
背景技术
对于解决未来的能源，以燃料取之不尽，生产高效和洁净为特点的受控核聚变是人们寄予希望最大的一个研究领域。自20世纪五十年代以来，世界发达国家和少数发展中国家都投入了大量人力和物力，先后建造了大小规模不等的200多个托卡马克装置以及一些仿星器、激光点火装置等。我国于2017年12月5日在安徽合肥正式启动了中国聚变工程试验堆(CFETR)项目的工程设计，2018年1月3日，国家发改委宣布聚变堆主机关键系统综合研究设施将在合肥集中建设，为我国核聚变的研究开启新的征程。目前D-T反应由于具有较高的反应截面和相对较低的温度(4.2keV)，被公认为用于第一代聚变工程装置和聚变示范堆的最可能途径。
等离子体聚变中子源是聚变堆中子学设计与分析的重要参数之一，其准确性直接影响分析结果的可靠性。在聚变堆设计与分析中，对等离子体区产生的中子源一般是通过经验公式拟合或是由理论经验公式进行离散从而获得离散源强度的空间分布，该过程并未涉及到角度，在实现直接对等离子体D-T核反应过程的模拟程序也公开较少。
例如在国际热核聚变实验堆ITER早期的3D中子学计算中，曾将等离子区划分成了5层同心的D型网格，采用基于栅元的离散体源(5层嵌套栅元)A-lite模型，后续的ITER B-lite、C-lite版本模型则采用了基于网格的离散体源(40×40的网格)对等离子区空间进行离散描述。在欧洲聚变示范堆研究(EU DEMO)和聚变电站概念(EU Fusion PoWer PlantConceptual Study，EUPPCS)的3D中子学研究中，采用三维粒子输运程序MCNP的源子程序或者网格离散体源来描述中子源分布；早期的中子学分析一般采用基于L-mode(LowConfinement mode)等离子体的D-D、D-T中子源模型的欧洲聚变示范堆源子程序(KITsource subroutine)；近几年，根据需求在部分中子学分析中采用基于H-mode(highconfinement mode)等离子体的D-T聚变中子源模型，并编写了基于Monte Carlo算法的Transgen用于生成符合MCNP格式要求的该网格离散通用体源。
然而，由于MCNP的语法特点，在使用基于MCNP模型中几何体的分层离散体源时，在精确性和灵活性方面存在局限。而在使用MCNP源子程序时，由于需要获取和编译源子程序源码与MCNP程序源码，在灵活性方面存在局限。Transgen作为欧洲DEMO团队开发的程序，并未公开发布。
国内对于D-T聚变反应产生的中子源研究，曾根据等离子体的位形与磁面的相互关系式，采用MATLAB程序编写了SCG程序(Source Card Generator)完成了托卡马克中聚变中子源数值模型的求解，但该程序对于聚变中子源的角分布是采用各向同性模型进行求解的，与真实的D-T等离子体聚变反应产生的中子源还具有一定程度的偏差。除了托卡马克装置的聚变研究外，国内外对于仿星器、激光惯性约束核聚变的研发中，也需要获得精确的D-T聚变反应产生的中子源，而相关研究国内目前开展的较少。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法及系统，旨在通过建立D-T等离子体空间模型及碰撞模型，对时间网格与空间网格分别进行划分，通过编写随机函数产生对等离子体中氘、氚粒子位置、速率、极角及方位角进行抽样，对划分的时间网格和空间网格结合相关算法，实现等离子体中氘氚聚变反应的蒙特卡洛模拟，并获得中子源的产生率，提高了仿真模拟的准确性，为聚变堆中子学设计与分析提供可靠的保障。
为实现上述目的，本发明提供的一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法，所述方法包括如下步骤：
根据氘、氚等离子体的空间参数建立氘、氚等离子体空间模型；
根据所述空间模型对时间网格与空间网格分别进行划分；
通过随机抽样获取氘、氚等离子体的预设参数；
对随机抽样的粒子根据划分的空间网格以及时间网格计算每一个时间步长内以及每一个空间网格内粒子的碰撞反应；
根据粒子间的碰撞反应获取在计算中子产生率时需要的相关参数；
根据预设算法以及相关参数计算得到中子产生率；
重复计算随机取样的粒子的中子产生率取平均值得到最终的中子产生率。
优选地，所述根据粒子间的碰撞反应获取在计算中子产生率时需要的相关参数的步骤包括：
根据粒子间的碰撞反应统计反应率以及释放能量；
对靶粒子的速率、极角以及方向角进行离散化处理，遍取所有可能的速率、极角以及方向角；
计算粒子碰撞的质心系能量，并获取两粒子碰撞后的截面数据；
对粒子截面进行温度修正；
根据质心系能量对温度修正后的截面进行归一化处理。
优选地，所述根据预设算法以及相关参数计算得到中子产生率的步骤包括：
遍历路径矩阵，判断入射粒子云是否在一个时间步长内超出了模拟的边界；
若存在某一个粒子超出网格边界，则删掉这一行，最终得到新的路径矩阵；
计算入射粒子云在一个时间步长内走过的路径长l；
利用公式：S＝ni·nt·σ·1/t，计算中子产生率并累加平均，其中S为等离子体区的中子产生率，ni、nt分别为入射粒子与靶粒子的密度，σ′为修正后的截面，t为模拟的时间步长，l为入射粒子云在一个时间步长内走过的路程。
优选地，所述根据氘、氚等离子体的空间参数建立氘、氚等离子体空间模型的步骤包括：
根据输入的氘、氚等离子体的空间参数建立氘、氚等离子体的空间模型，所述空间参数包括等离子体的大半径、小半径以及拉长比等几何参数。
优选地，所述方法还包括：
对粒子路径矩阵进行随机抽样，并统计；
根据统计的结果得到得到中子产生率的空间分布。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的系统，所述系统包括输入模块、数据处理模块、计算模块以及输出模块，其中，
所述输入模块用于输入氘、氚等离子体的空间参数以及等离子体的初始密度和温度参数；所述空间参数包括氘、氚等离子体的大半径、小半径以及拉长比等几何参数；
所述数据处理模块用于根据粒子间的碰撞反应获取在计算中子产生率时需要的相关参数；
所述计算模块用于根据所述空间模型对时间网格与空间网格分别进行划分；还用于对随机抽样的粒子根据划分的空间网格以及时间网格计算每一个时间步长内以及每一个空间网格内粒子的碰撞反应；还用于根据预设算法以及相关参数计算得到中子产生率；
所述输出模块用于输出得到的中子产生率。
优选地，所述数据处理模块包括反应截面读取单元和多普勒展宽BROADR单元，其中，
所述反应截面读取单元用于实现由评价数据库ENDF对全空间内氘、氚粒子反应截面的自动读取；
所述多普勒展宽BROADR单元用于实现对由反应截面读取单元读取的反应截面进行温度修正；
所述计算模块还用于计算两粒子碰撞的质心系能量，并对反应截面读取单元得到的反应截面进行归一化处理。
此外，为实现上述目的，本发明还提供计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤
此外，为实现上述目的，本发明还提供计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤
本发明的用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法通过建立D-T等离子体空间模型及碰撞模型，对时间网格与空间网格分别进行划分，通过编写随机函数产生对等离子体中氘、氚粒子位置、速率、极角及方位角进行抽样，对划分的时空网格采用相关算法，实现等离子体中氘氚聚变反应的蒙特卡洛模拟，并获得中子源的产生率，提高了仿真模拟的准确性，为聚变堆中子学设计与分析提供可靠的保障。
附图说明
图1为本发明用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法第一实施例的流程示意图；
图2为本发明用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法第二实施例的流程示意图；
图3为本发明用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法第三实施例的流程示意图；
图4为本发明用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的系统的模块示意图；
图5为图4中计算模块的模块示意图；
图6为图4中数据处理模块的模块示意图；
图7为本发明计算机设备的示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法，所述方法应用于用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的系统100中，参照图4～图6，所述系统100包括输入模块101、数据处理模块102、计算模块103以及输出模块104，其中，
所述输入模块101用于输入氘、氚等离子体的空间参数以及等离子体的初始密度和温度参数；所述空间参数包括氘、氚等离子体的大半径、小半径以及拉长比；
所述数据处理模块102用于根据粒子间的碰撞反应获取在计算中子产生率时需要的相关参数；
所述计算模块103用于根据所述空间模型对时间网格与空间网格分别进行划分；还用于对随机抽样的粒子根据划分的空间网格以及时间网格计算每一个时间步长内以及每一个空间网格内粒子的碰撞反应；还用于根据预设算法以及相关参数计算得到中子产生率；
所述输出模块104用于输出得到的中子产生率。
根据上述的系统实现如下的用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法，参照图1，所述方法包括如下步骤：
步骤S10，根据氘、氚等离子体的空间参数建立氘、氚等离子体空间模型；
具体地，通过输入模块101输入氘、氚等离子体的空间参数来建立氘、氚等离子体空间模型，其中空间参数具体包括氘、氚等离子体的大半径、小半径以及拉长比，当然还可根据需要加入其它参数。
步骤S20，根据所述空间模型对时间网格与空间网格分别进行划分；
通过计算模块103中的D-T聚变碰撞反应时间网格划分单元103a来根据所述空间模型对时间网格进行划分，通过D-T聚变碰撞反应空间网格划分单元103b来根据所述空间模型对空间网格进行划分。其中，关于时间网格的划分一般根据等离子体内的温度分布来进行划分，并在划分时将等离子的速率以及划分的网格考虑进去，在时间网格划分中一般要求时长较短，在这个时长内，可以近似将粒子云在一个时间步长内看成是匀速直线运动，本实施例中，将一个时间步长定位1ns。当然，这个数据可以根据实际情况进行调整。同样的，所述空间网格的大小也可以根据实际情况进行调整。
步骤S30，通过随机抽样获取氘、氚等离子体的预设参数；
进一步根据计算模块中的随机抽样单元103c通过随机抽样获取氘、氚等离子体的预设参数，具体采用随机数发生器来进行随机抽样。其中，氘、氚粒子的预设参数具体为氘、氚粒子的位置坐标、速率、极角以及方位角。
步骤S40，对随机抽样的粒子根据划分的空间网格以及时间网格计算每一个时间步长内以及每一个空间网格内粒子的碰撞反应；
根据经典碰撞模型，即不同粒子云在同一格子内，必然发生碰撞反应，即只要一个格子内存在两个或两个以上的粒子云，则该格子内必然发生碰撞反应。在不同时间步内，对每一个空间网格内的粒子计算其碰撞反应，统计反应率和释放能量等相关数据。
步骤S50，根据粒子间的碰撞反应获取在计算中子产生率时需要的相关参数；
只要粒子发生碰撞，就可以根据粒子的碰撞反应得到相关参数，以计算中子产生率。其中具体需要得到的相关参数包括入射粒子与靶粒子的密度，这两项参数可以通过输入模块注入的等离子体的初始密目和温度参数获得；还需获得粒子反应的截面参数，其中粒子反应的截面参数使经过温度修正并做归一化处理后的截面参数，以此解决粒子热运动热运动而带来的计算量过大的问题。
步骤S60，根据预设算法以及相关参数计算得到中子产生率；
在得到计算所需要的相关参数后，根据预设算法以及得到的相关参数进一步计算，以得到中子产生率。
具体的算法为：
遍历路径矩阵，判断入射粒子云是否在一个时间步长内超出了模拟的边界；
若存在某一个粒子超出网格边界，则删掉这一行，最终得到新的路径矩阵；
计算入射粒子云在一个时间步长内走过的路径长l；
利用公式：S＝ni·nt·σ·1/t，计算中子产生率并累加平均，其中S为等离子体区的中子产生率，ni、nt分别为入射粒子与靶粒子的密度，σ′为修正后的截面，t为模拟的时间步长，l为入射粒子云在一个时间步长内走过的路程。此步骤是为了将超出模拟边界的粒子剔除掉，只模拟存在等离子体边界内的D-T反应。
需要说明的是，计算中子反应率的最初公式是S＝ni·nt·<σV>，其中，ni、nt分别为入射D、T离子的密度，σ为数据库中的D、T反应截面，v为D、T离子的相对速度，本发明的方法以期利用数据库中的D、T反应截面，以及对它进行相关的温度修正工作，再根据划分的时间、空间网格，利用每个时间步长内的路径长度，从而达到上述反应率的公式求解；另一方面，从核反应率的计算角度，核反应率的通用计算表达式也可以表示为R＝∫NσφdEdV，其中，R为某种反应的核反应率，σ为数据库中的反应截面，φ则为体积元内的通量，其值一般为单位体积内粒子走过的径迹长度，因而在计算模拟中需要统计时间步长内走过的路径长1。
步骤S70，重复计算随机取样的粒子的中子产生率取平均值得到最终的中子产生率。
对程序进行大量的随机抽样，最终将所得到的结果取平均值，得到最终的中子产生率。
本发明实施例通过建立D-T等离子体空间模型及碰撞模型，对时间网格与空间网格分别进行划分，通过编写随机函数产生对等离子体中氘、氚粒子位置、速率、极角及方位角进行抽样，对划分的时间网格和空间网格结合相关算法，实现等离子体中氘氚聚变反应的蒙特卡洛模拟，并获得中子源的产生率。
进一步地，请参阅图2，基于本发明用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法第一实施例，在本发明用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法第二实施例中，上述步骤S50包括：
步骤S51，根据粒子间的碰撞反应统计反应率以及释放能量；
步骤S52，对靶粒子的速率、极角以及方向角进行离散化处理，遍取所有可能的速率、极角以及方向角；
步骤S53，计算粒子碰撞的质心系能量，并获取两粒子碰撞后的截面数据；
步骤S54，对粒子截面进行温度修正；
步骤S55，根据质心系能量对温度修正后的截面进行归一化处理。
因为本发明的方法是用数据库(ENDF数据库)，而数据库里面D、T反应的截面是与能量有关的，而实际等离子体中D、T反应是具有各种速度(能量)，会导致主程序计算量过大。在本发明方法中通过计算碰撞后两粒子质心系的能量，然后根据假设达到的按麦克斯韦平衡下的分布，对截面进行温度修正(多普勒修正)。截面修正的目的在于解决主程序无法大量模拟计算的问题，将所有满足同一麦克斯韦速率分布的粒子的截面归一化为一个截面值，即无论入射粒子与靶粒子的夹角有多大，靶粒子的速率大小有多大，在粒子数量足够多的条件下，都可使用同一截面。
故本发明方法中根据麦克斯韦平衡下的分布，对截面进行修正，通过用归一化的修正截面来代替原有截面，以解决靶粒子热运动而带来的主程序计算量过大的问题。
具体为采用数据处理模块中的反应截面读取单元102a实现由评价数据库ENDF对全空间内氘、氚粒子反应截面的自动读取；以及通过所述多普勒展宽BROADR单元102b实现对由反应截面读取单元读取的反应截面进行温度修正；并通过所述计算模块计算两粒子碰撞的质心系能量，并对反应截面读取单元得到的反应截面进行归一化处理。
进一步地，请参阅图3，基于本发明用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法第二实施例，在本发明用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法第三实施例中，所述用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法还包括：
步骤S110，对粒子路径矩阵进行随机抽样，并统计；
步骤S120，根据统计的结果得到得到中子产生率的空间分布。
本实施例中，进一步根据粒子在空间网格以及时间网格中运动的路径矩阵进行随机抽样，统计获得最终中子产生率的空间分布。
本发明进一步提供一种计算机设备，参见图7，所述计算机设备200包括：存储201、处理器201及存储在所述存储器201上并可在所述处理器201上运行的用于模拟氘氚聚变反应中子产生率的计算程序，所述用于模拟氘氚聚变反应中子产生率的计算程序被所述处理器201执行时实现如下方法步骤：
根据氘、氚等离子体的空间参数建立氘、氚等离子体空间模型；
根据所述空间模型对时间网格与空间网格分别进行划分；
通过随机抽样获取等离子体的预设参数；
对随机抽样的粒子根据划分的空间网格以及时间网格计算每一个时间步长内以及每一个空间网格内粒子的碰撞反应；
根据粒子间的碰撞反应获取在计算中子产生率时需要的相关参数；
根据预设算法以及相关参数计算得到中子产生率；
重复计算随机取样的粒子的中子产生率取平均值得到最终的中子产生率。
具体地，通过输入模块输入氘、氚等离子体的空间参数来建立氘、氚等离子体空间模型，其中空间参数具体包括氘、氚等离子体的大半径、小半径以及拉长比，当然还可根据需要加入其它参数。
通过计算模块中的D-T聚变碰撞反应时间网格划分单元来根据所述空间模型对时间网格进行划分，通过D-T聚变碰撞反应空间网格划分单元来根据所述空间模型对空间网格进行划分。其中，关于时间网格的划分一般根据等离子体内的温度分布来进行划分，并在划分时将等离子的速率以及划分的网格考虑进去，在时间网格划分中一般要求时长较短，在这个时长内，可以近似将粒子云在一个时间步长内看成是匀速直线运动，本实施例中，将一个时间步长定位1ns。当然，这个数据可以根据实际情况进行调整。同样的，所述空间网格的大小也可以根据实际情况进行调整。
进一步根据计算模块中的随机抽样单元通过随机抽样获取氘、氚等离子体的预设参数，具体采用随机数发生器来进行随机抽样。其中，氘、氚粒子的预设参数具体为氘、氚粒子的位置坐标、速率、极角以及方位角。
根据经典碰撞模型，即不同粒子云在同一格子内，必然发生碰撞反应，即只要一个格子内存在两个或两个以上的粒子云，则该格子内必然发生碰撞反应。在不同时间步内，对每一个空间网格内的粒子计算其碰撞反应，统计反应率和释放能量等相关数据。
只要粒子发生碰撞，就可以根据粒子的碰撞反应得到相关参数，以计算中子产生率。其中具体需要得到的相关参数包括入射粒子与靶粒子的密度，这两项参数可以通过输入模块注入的等离子体的初始密目和温度参数获得；还需获得粒子反应的截面参数，其中粒子反应的截面参数使经过温度修正并做归一化处理后的截面参数，以此解决粒子热运动热运动而带来的计算量过大的问题。
在得到计算所需要的相关参数后，根据预设算法以及得到的相关参数进一步计算，以得到中子产生率。
具体的算法为：
遍历路径矩阵，判断入射粒子云是否在一个时间步长内超出了模拟的边界；
若存在某一个粒子超出网格边界，则删掉这一行，最终得到新的路径矩阵；
计算入射粒子云在一个时间步长内走过的路径长1；
利用公式：S＝ni·nt·σ·1/t，计算中子产生率并累加平均，其中S为等离子体区的中子产生率，ni、nt分别为入射粒子与靶粒子的密度，σ′为修正后的截面，t为模拟的时间步长，1为入射粒子云在一个时间步长内走过的路程。此步骤是为了将超出模拟边界的粒子剔除掉，只模拟存在等离子体边界内的D-T反应。
需要说明的是，计算中子反应率的最初公式是S＝ni·nt·<σV>，其中，ni、nt分别为入射D、T离子的密度，σ为数据库中的D、T反应截面，v为D、T离子的相对速度，本发明的方法以期利用数据库中的D、T反应截面，以及对它进行相关的温度修正工作，再根据划分的时间、空间网格，利用每个时间步长内的路径长度，从而达到上述反应率的公式求解；另一方面，从核反应率的计算角度，核反应率的通用计算表达式也可以表示为R＝∫NσφdEdV，其中，R为某种反应的核反应率，σ为数据库中的反应截面，φ则为体积元内的通量，其值一般为单位体积内粒子走过的径迹长度，因而在计算模拟中需要统计时间步长内走过的路径长l。
对程序进行大量的随机抽样，最终将所得到的结果取平均值，得到最终的中子产生率。
进一步地，在一实施例中，所述用于模拟氘氚聚变反应中子产生率的计算程序被所述处理器执行时实现如下方法步骤：
根据粒子间的碰撞反应统计反应率以及释放能量；
对靶粒子的速率、极角以及方向角进行离散化处理，遍取所有可能的速率、极角以及方向角；
计算粒子碰撞的质心系能量，并获取两粒子碰撞后的截面数据；
对粒子截面进行温度修正；
根据质心系能量对温度修正后的截面进行归一化处理。
进一步地，在一实施例中，所述用于模拟氘氚聚变反应中子产生率的计算程序被所述处理器执行时实现如下方法步骤：
对粒子路径矩阵进行随机抽样，并统计；
根据统计的结果得到得到中子产生率的空间分布。
此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有用于模拟氘氚聚变反应中子产生率的计算程序，所述用于模拟氘氚聚变反应中子产生率的计算程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
根据氘、氚等离子体的空间参数建立氘、氚等离子体空间模型；
根据所述空间模型对时间网格与空间网格分别进行划分；
通过随机抽样获取氘、氚等离子体的预设参数；
对随机抽样的粒子根据划分的空间网格以及时间网格计算每一个时间步长内以及每一个空间网格内粒子的碰撞反应；
根据粒子间的碰撞反应获取在计算中子产生率时需要的相关参数；
根据预设算法以及相关参数计算得到中子产生率；
重复计算随机取样的粒子的中子产生率取平均值得到最终的中子产生率。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法，其特征在于，所述根据粒子间的碰撞反应获取在计算中子产生率时需要的相关参数的步骤包括：
根据粒子间的碰撞反应统计反应率以及释放能量；
对靶粒子的速率、极角以及方向角进行离散化处理，遍取所有可能的速率、极角以及方向角；
计算粒子碰撞的质心系能量，并获取两粒子碰撞后的截面数据；
对粒子截面进行温度修正；
根据质心系能量对温度修正后的截面进行归一化处理。
3.根据权利要求2所述的一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法，其特征在于，所述根据预设算法以及相关参数计算得到中子产生率的步骤包括：
遍历路径矩阵，判断入射粒子云是否在一个时间步长内超出了模拟的边界；
若存在某一个粒子超出网格边界，则删掉这一行，最终得到新的路径矩阵；
计算入射粒子云在一个时间步长内走过的路径长l；
利用公式：S＝ni·nt·σ·1/t，计算中子产生率并累加平均，其中S为等离子体区的中子产生率，ni、nt分别为入射粒子与靶粒子的密度，σ′为修正后的截面，t为模拟的时间步长，l为入射粒子云在一个时间步长内走过的路程。
4.根据权利要求1所述的一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法，其特征在于，所述根据氘、氚等离子体的空间参数建立氘、氚等离子体空间模型的步骤包括：
根据输入的氘、氚等离子体的空间参数建立氘、氚等离子体的空间模型，所述空间参数包括等离子体的大半径、小半径以及拉长比或用于描述等离子体空间分布的几何参数。
5.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对粒子路径矩阵进行随机抽样，并统计；
根据统计的结果得到得到中子产生率的空间分布。
6.一种用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的系统，其特征在于，所述系统包括输入模块、数据处理模块、计算模块以及输出模块，其中，
所述输入模块用于输入氘、氚等离子体的空间参数以及等离子体的初始密度和温度参数；所述空间参数包括氘、氚等离子体的大半径、小半径以及拉长比等几何参数；
所述数据处理模块用于根据粒子间的碰撞反应获取在计算中子产生率时需要的相关参数；
所述计算模块用于根据所述空间模型对时间网格与空间网格分别进行划分；还用于对随机抽样的粒子根据划分的空间网格以及时间网格计算每一个时间步长内以及每一个空间网格内粒子的碰撞反应；还用于根据预设算法以及相关参数计算得到中子产生率；
所述输出模块用于输出得到的中子产生率。
7.根据权利要求6所述的用于模拟等离子体中氘氚聚变反应的系统，其特征在于，所述数据处理模块包括反应截面读取单元和多普勒展宽BROADR单元，其中，
所述反应截面读取单元用于实现由评价数据库ENDF对全空间内氘、氚粒子反应截面的自动读取；
所述多普勒展宽BROADR单元用于实现对由反应截面读取单元读取的反应截面进行温度修正；
所述计算模块还用于计算两粒子碰撞的质心系能量，并对反应截面读取单元得到的反应截面进行归一化处理。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
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