基于GPU的ADS散裂靶可視化輔助系統(tǒng).pdf

1、當(dāng)下，核能源已經(jīng)成為了新型能源的杰出代表，核能為社會(huì)發(fā)展以及人類生活做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)也帶來了很多的挑戰(zhàn)，最突出的問題在于巨量核廢料應(yīng)該如何妥善的處置。加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)（Accelerator Driven Sub-critical System）又名"ADS嬗變系統(tǒng)"是一種非常有前景的核能源廢料處理方案。它能夠明顯降低核廢料的放射能力，通過處理過程中的能量輸出增強(qiáng)核燃料的使用效率。2011年，中國科學(xué)院開始戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目“未來先進(jìn)核

2、裂變能”的研究，其目標(biāo)之一就是研制一套工業(yè)級(jí)的ADS系統(tǒng)示范性裝置。
　　近年來，計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)正在高速發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的可視化模擬。通過CPU和GPU的協(xié)同工作以及集群技術(shù)，可以大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間，通過計(jì)算機(jī)模擬也可以節(jié)省資金投入。本文從計(jì)算機(jī)科學(xué)的角度出發(fā)，使用Qt技術(shù)開發(fā)ADS散裂靶可視化輔助系統(tǒng)，使用GPU-CUDA技術(shù)來加速物理過程的模擬。本系統(tǒng)主要包含三個(gè)主要模塊：對(duì)散裂靶模擬進(jìn)行幾何建模、顆粒流模擬運(yùn)輸和高能

3、蒙特卡洛計(jì)算及相關(guān)計(jì)算結(jié)果可視化。散裂靶的幾何可視化建模（依據(jù)實(shí)際物理計(jì)算得到的幾何信息來建模）模塊主要是通過開源的幾何引擎 OpenCASCADE來實(shí)現(xiàn)可視化的建立模型以及對(duì)模型的操作，然后使用STEP標(biāo)準(zhǔn)，將建模結(jié)果轉(zhuǎn)化為MCNP可識(shí)別的文件格式，同時(shí)為散裂靶顆粒流的流體力學(xué)模擬過程提供支持。最后使用MFC和Qt技術(shù)來實(shí)現(xiàn)可視化的用戶界面，為用戶提供了數(shù)據(jù)交互的接口，方便使用者和建模軟件模塊之間的數(shù)據(jù)交互。顆粒流模擬輸運(yùn)模塊使用DE

4、M的方法進(jìn)行顆粒流的輸運(yùn)模擬，并使用GPU和集群技術(shù)進(jìn)行并行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)加速模擬過程。主要解決顆粒流及容器壁碰撞的流體力學(xué)過程，包括：邊界的檢測(cè)、顆粒位置的判斷、運(yùn)動(dòng)的方向及速度、碰撞檢測(cè)以及更新所有粒子信息等。最后將計(jì)算結(jié)果有選擇的可視化顯示出來。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在模擬過程中使用不同的Block和Cell可以有不同的性能提升，使用GPU將程序并行化后，模擬計(jì)算達(dá)到了數(shù)倍的加速效果。高能蒙特卡洛計(jì)算模塊涉及較多的核物理知識(shí)，本文不做深入