Monte Carlo módszerek fejlesztése reaktorfizikai szimulációkhoz Légrády Dávid BME NTI Molnár Balázs, Takács Hajna, Tolnai Gábor 016.1.07 A munka a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alap által támogatott VKSZ_14-1- 015-001 azonosító számú projekt keretében zajlott 1
Célkitűzés, jelenlegi állapot Cél: Monte-Carlo módszerrel végzett reaktordinamikai számítások - számítás grafikus kártyán (GPU) - realisztikus hatáskeresztmetszetek - realisztikus geometria - magas szintű szóráscsökkentési eljárások alkalmazása - visszacsatolás nélkül és termohidraulikai visszacsatolással is Eddig megvalósult: - energiacsoport, véges geometria, 1 későneutron-csoport - pontkinetikai benchmark - új szóráscsökkentési technikák kifejlesztése - kezdetleges helyfüggés tesztelési célra - rektorfizikai GUI Folyamatban: - valós hatáskeresztmetszetek beolvasása - valós geometria - új szóráscsökkentési technikák kifejlesztése
A tudomány jelenlegi állása szerint... Általános Monte-Carlo kódok: - MCNP - Tripoli - MONK/MCBEND - Serpent -... - nyílt forráskódú projektek: HELIOS++, OPENMC, WARP Monte-Carlo + TH (általában kvázisztatikus): - MCNP + SIMMER-III 003 - TDMCC + STAR-CD (RU,???, 004) - MCNP + STAFAS (005) - Serpent - Tripoli - 005 : saját fejlesztések Monte Carlo + GPU: - PANNI 010 - csak fotonok PET modellezés, M-CSIBE 014 - sugárterápia - OPENMC: MIT + NVIDIA - WARP (MSc projekt) 3
GPU? 4
GPU? PANNI PET - 009 5
GPU: A szabályok Minden számítási szál (itt: részecske-történet) ugyanannyi idő alatt fusson le Azaz: nincs splitting (trajektóriák felhasítása) nincs orosz rulett nincs analóg hasadás nincs részecskebank nincs rejekció Memóriakiosztás eltérései Azaz: kevés memória kevés regiszter szálanként nincs virtuális memória van automatikusan interpoláló tetúra memória szálak nem írhatnak egy memóriahelyre eredményeket 6
Naív Próba Hasadás, halál és bank nélküli szimuláció: 1) abszorbció helyett szorozzuk a részecske súlyát minden ütközéskor a túlélés valószínűségével ) hasadási neutronok keletkeztetése helyett szorozzuk a részecske súlyát a hasadási neutronok átlagos számával Kritikus rendszer esetén: részecskepopuláció 99% -a cca. 0 súlyú lesz 1%-a 10 6 feletti súlyú Szóráscsökkentési eljárások szükségesek már a legegyszerűbb esetekhez is! 7
Szóráscsökkentési fejlesztések I. : nullszórású becslők és pupuláció-szabályozás Egyszerű reaktordinamikai rendszerek kedvezően torzított becslése: - szóráscsökkentési keretrendszer speciálisan a dinamikára kihegyezve 8
Szóráscsökkentési fejlesztések I. : nullszórású becslők és pupuláció-szabályozás 9
Szóráscsökkentési fejlesztések II. : szabad úthossz sorsolása Szabadúthossz-sorsolás elméletének általánosítása - geometriai áthaladás miatt nem rázódnak szét a súlyok - gyors transzmisszió-becslés - akár negatív részecskesúly, statisztikus szórás mégis csökken - akár negatív hatáskeresztmetszet is értelmezhető - direktben alkalmazható prekurzor-bomlás mintavételezésére is Woodcock tracking with arbitrary sampling cross section using negative weights D. Legrady a, B. Molnar a, M. Klausz a, T. Major b, Annals of Nuclear Energy, accepted maj maj maj maje 1 maje * maje maj maj maj maj maj maj 1 maje * maje * maje... maj maj maj maj 3 maje 1 maj e 1 maj maj maj maj maj maj n1 n1 n1 n maj... 1 maj e maj maj n 1! n1 n1 maj maj maj maj e e e n 1! maj e 10
Szóráscsökkentési fejlesztések II. : szabad úthossz sorsolása Szirmay-Kalos László: általánosítás és alkalmazása számítógépes grafikában Unbiased Estimators to Render Procedurally Generated Inhomogeneous Participating Media Szirmay-Kalos, Georgiev, Magdics, Molnar, Legrady Eurgraphics 017, accepted maj maj maj maje 1 maje * maje maj maj maj maj maj maj 1 maje * maje * maje... maj maj maj maj 3 maje 1 maj e 1 maj maj maj maj maj maj n1 n1 n1 n maj... 1 maj e maj maj n 1! n1 n1 maj maj maj maj e e e n 1! maj e 11
Reaktordinamikai kód - Takács Hajna, Tolnai Gábor - GPU-alapú számolás - GUI-n menet közben is lehet hatáskeresztmetszeteket változtatni - akár alkalmas reaktorfizikai gyakorlatokhoz - pontkinetikai modell 1
Reaktordinamikai kód 13
Tervek További tervek: - Szóráscsökkentési keretrendszer teljes kialakítása (energiafüggés, helyfüggés) - Forrás-iteráció a kezdeti állapot számításához (verifikációs fázisban) - Általános geometriát kezelő modul: részben kész - Általános kölcsönhatáskezelés és hatáskeresztmetszetek: működőképes - Verifikáció: MCNP-vel (ACE hatáskeresztmetszeteken), tervben, K-CODE és fi forrás - Alacsony dimenziószámú TH csatolása (?) - nem csak elméleti értelemben értékes alkalmazáson történő demonstráció 14