基于GPU的ADS散裂靶可視化輔助系統(tǒng).pdf

1、當下，核能源已經成為了新型能源的杰出代表，核能為社會發(fā)展以及人類生活做出巨大貢獻的同時也帶來了很多的挑戰(zhàn)，最突出的問題在于巨量核廢料應該如何妥善的處置。加速器驅動次臨界系統(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核燃料的使用效率。2011年，中國科學院開始戰(zhàn)略先導項目“未來先進核

2、裂變能”的研究，其目標之一就是研制一套工業(yè)級的ADS系統(tǒng)示范性裝置。
　　近年來，計算機軟硬件技術正在高速發(fā)展，可以實現對現實世界的可視化模擬。通過CPU和GPU的協(xié)同工作以及集群技術，可以大大節(jié)約實驗時間，通過計算機模擬也可以節(jié)省資金投入。本文從計算機科學的角度出發(fā)，使用Qt技術開發(fā)ADS散裂靶可視化輔助系統(tǒng)，使用GPU-CUDA技術來加速物理過程的模擬。本系統(tǒng)主要包含三個主要模塊：對散裂靶模擬進行幾何建模、顆粒流模擬運輸和高能

3、蒙特卡洛計算及相關計算結果可視化。散裂靶的幾何可視化建模（依據實際物理計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來實現可視化的建立模型以及對模型的操作，然后使用STEP標準，將建模結果轉化為MCNP可識別的文件格式，同時為散裂靶顆粒流的流體力學模擬過程提供支持。最后使用MFC和Qt技術來實現可視化的用戶界面，為用戶提供了數據交互的接口，方便使用者和建模軟件模塊之間的數據交互。顆粒流模擬輸運模塊使用DE

4、M的方法進行顆粒流的輸運模擬，并使用GPU和集群技術進行并行計算，實現加速模擬過程。主要解決顆粒流及容器壁碰撞的流體力學過程，包括：邊界的檢測、顆粒位置的判斷、運動的方向及速度、碰撞檢測以及更新所有粒子信息等。最后將計算結果有選擇的可視化顯示出來。通過對比實驗，發(fā)現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，模擬計算達到了數倍的加速效果。高能蒙特卡洛計算模塊涉及較多的核物理知識，本文不做深入