基于CUDA实现直接模拟蒙特卡罗方法的并行研究

1

作者 徐兴勤 梁立振 +5 位作者 徐伟 吴浩 邹尚轩 刘婷 刘洋 李浩 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第9期1374-1380,共7页

基于负离子源的中性束注入是未来核聚变点火的重要加热技术,负氢离子束流大小是其重要指标之一,金属铯注入可以有效提高离子源中负氢离子的产额,因此铯在离子源内部的分布对提升束功率具有重要作用。本文借助直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方... 基于负离子源的中性束注入是未来核聚变点火的重要加热技术,负氢离子束流大小是其重要指标之一,金属铯注入可以有效提高离子源中负氢离子的产额,因此铯在离子源内部的分布对提升束功率具有重要作用。本文借助直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法对注铯喷嘴进行模拟计算,研究铯注入量和喷发曲线对离子源内铯分布的影响。针对DSMC方法在中央处理器(CPU)串行计算中效率低的问题,本文基于CUDA架构实现分子运动、网格索引、碰撞计算与统计采样的全GPU并行化。本文通过对比串行和并行计算结果,验证并行程序的正确性,在不同算例均保持良好计算精度的前提下,并行加速比可达到11.6倍,具体并行效率取决于计算规模,最后成功利用这个并行程序实现注铯喷嘴处铯通量分布的数值模拟。 展开更多

关键词 直接模拟蒙特卡罗(DSMC) CUDA GPU 并行计算

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蒙特卡罗程序并行计算研究 被引量：10

2

作者 王义 杨平利 +1 位作者 朱伟杰 夏四清 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2001年第1期31-33,共3页

研究了 MCNP程序并行化计算的实现 ,推导得到了蒙特卡罗程序并行计算的数据综合方法 ,并用实例验证了此方法的正确性。采用蒙特卡罗程序多 CPU并行计算 。

关键词 蒙特卡罗方法 并行计算 数据综合 MCNP程序

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蒙特卡罗固定源计算的并行设计与实现

3

作者 陈诚 宋婧 +4 位作者 张宽 孙光耀 郝丽娟 郑华庆 吴宜灿 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2014年第4期500-504,510,共6页

蒙特卡罗方法在求解粒子输运问题中已得到广泛运用,由于其收敛速度慢,需要耗费大量时间重复模拟以获得准确的结果。本文介绍了一种蒙特卡罗固定源计算的并行方法,并基于消息传递接口MPI在FDS团队自主研发的超级蒙特卡罗计算软件SuperMC... 蒙特卡罗方法在求解粒子输运问题中已得到广泛运用,由于其收敛速度慢,需要耗费大量时间重复模拟以获得准确的结果。本文介绍了一种蒙特卡罗固定源计算的并行方法,并基于消息传递接口MPI在FDS团队自主研发的超级蒙特卡罗计算软件SuperMC2.0中实现了多核及多节点并行。以IAEA-ADS为测试例题在高性能计算集群上以32个计算内核进行测试,获得了86.81%的并行效率,同等测试条件下并行效率高于MCNP,同时保证了串行结果和并行结果的一致。测试结果表明该并行设计能够有效地解决蒙特卡罗固定源计算的耗时问题。 展开更多

关键词 蒙特卡罗 并行计算 固定源 MPI SuperMC

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利用LabWindows/CVI实现γ能谱的蒙特卡罗模拟

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作者 王广西 葛良全 李丹 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2007年第6期1150-1151,1155,共3页

基于蒙特卡罗模拟思想,利用虚拟仪器开发工具LabWindows/CVI编制软件模拟了γ光子在NaI(T1)闪烁晶体中的输运过程。直接以γ光子在NaI(T1)闪烁晶体中的沉积能量近似对应实际γ能谱仪的脉冲幅度输出.从而得到NaI(T1)探测器中γ射线的响... 基于蒙特卡罗模拟思想,利用虚拟仪器开发工具LabWindows/CVI编制软件模拟了γ光子在NaI(T1)闪烁晶体中的输运过程。直接以γ光子在NaI(T1)闪烁晶体中的沉积能量近似对应实际γ能谱仪的脉冲幅度输出.从而得到NaI(T1)探测器中γ射线的响应谱线。结果表明,蒙特卡罗模拟得到的能谱能较好地拟合实验测量得到的能谱。 展开更多

关键词 蒙特卡罗模拟Lab windows/CVI能谱

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基于PVM的MCNP程序的并行计算解决方案 被引量：1

5

作者 王文炜 凌球 +1 位作者 杨磊 黄千红 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1070-1074,1086,共6页

结合考虑国内用户情况,组建了用于MCNP5并行计算的基于PVM的实用小型Windows集群并总结出了完整的解决方案。在此基础上,针对铅、水复合层对γ射线的屏蔽能力的计算实例进行了集群和其它类型计算系统的对比计算,结果显示该方案具有组建... 结合考虑国内用户情况,组建了用于MCNP5并行计算的基于PVM的实用小型Windows集群并总结出了完整的解决方案。在此基础上,针对铅、水复合层对γ射线的屏蔽能力的计算实例进行了集群和其它类型计算系统的对比计算,结果显示该方案具有组建方式灵活、费用低廉、管理简单方便等特点,可以满足大部分用户对计算能力的需求。 展开更多

关键词 PVM 蒙特卡罗并行计算windows PC集群 解决方案

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基于MPI的MCNP程序的并行计算研究 被引量：8

6

作者 王磊 王侃 余纲林 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第1期163-165,共3页

本文给出了基于MPI标准的mpich.nt.1.2.5软件在Windows操作系统中,利用普通PC机搭建并行计算平台的方法。研究了基于此平台MCNP程序的并行计算的实现,并分析了MCNP程序并行计算的性能。

关键词 MPI windows MCNP 蒙特卡罗方法 并行计算

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GaInP薄膜KMC生长并行计算模拟与可视化研究 被引量：2

7

作者 胡小梅 胡贵华 +1 位作者 朱文华 俞涛 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期306-311,共6页

以金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在GaAs衬底上生长GaInP太阳电池薄膜材料为对象,将MOCVD反应室内气体热流场CFD数值模拟的结果作为生长参数,运用动力学蒙特卡罗(KMC)方法对GaInP薄膜生长过程进行了并行计算模拟,给出了数据分布方式... 以金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在GaAs衬底上生长GaInP太阳电池薄膜材料为对象,将MOCVD反应室内气体热流场CFD数值模拟的结果作为生长参数,运用动力学蒙特卡罗(KMC)方法对GaInP薄膜生长过程进行了并行计算模拟,给出了数据分布方式和通信优化策略进行负载平衡并降低通信开销,实现了真实沉积条件下基于大规模粒子的薄膜生长仿真,解决了单机计算能力的不足,缩短了仿真计算时间。模拟结果与试验一致性较好,为优化MOCVD生长GaInP薄膜的工艺参数提供理论依据,对于使用MOCVD生长高质量薄膜材料的太阳电池具有现实意义。 展开更多

关键词 动力学蒙特卡罗方法 金属有机化学气相沉积 GaInP薄膜形貌 并行计算

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基于并行蒙特卡罗方法的欧式期权定价 被引量：1

8

作者 王文凡 申杰 《华北水利水电学院学报》 2010年第2期91-93,共3页

为解决蒙特卡罗方法欧式期权定价过程中计算量巨大的问题,提出采用并行蒙特卡罗方法的解决方案.首先用蒙特卡罗方法对欧式认购期权定价过程进行建模,用符合对数正态分布的伪随机数代替随机数;然后采用可移植消息传递标准MPI在分布式存... 为解决蒙特卡罗方法欧式期权定价过程中计算量巨大的问题,提出采用并行蒙特卡罗方法的解决方案.首先用蒙特卡罗方法对欧式认购期权定价过程进行建模,用符合对数正态分布的伪随机数代替随机数;然后采用可移植消息传递标准MPI在分布式存储结构的机群系统上设计并实现并行算法.该并行算法缩短了计算时间,效率较高. 展开更多

关键词 欧式期权定价 蒙特卡罗方法 消息传递接口 并行计算

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数值堆材料辐照损伤并行动力学蒙特卡罗软件MISA-AKMC的设计与实现 被引量：2

9

作者 储根深 何远杰 +7 位作者 白鹤 陈丹丹 任帅 贾丽霞 吴石 贺新福 杨文 胡长军 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1613-1621,共9页

材料辐照损伤模拟是数值堆软件的重要内容。原子动力学蒙特卡罗(AKMC)方法是研究核材料辐照行为的重要手段,可在保持原子级别精度下,有效地扩展模拟的时间尺度到秒甚至年量级。但在面向实际应用需求时,其仍面临内存限制和复杂的计算量... 材料辐照损伤模拟是数值堆软件的重要内容。原子动力学蒙特卡罗(AKMC)方法是研究核材料辐照行为的重要手段,可在保持原子级别精度下,有效地扩展模拟的时间尺度到秒甚至年量级。但在面向实际应用需求时,其仍面临内存限制和复杂的计算量等挑战。通过并行计算技术提升计算效率是解决这一挑战的有效手段。本文论述一款并行AKMC程序MISA-AKMC的设计原理与实现技术。MISA-AKMC实现了一种并行KMC模拟框架,重点包括sub-lattice并行算法的实现、加速优化方法、转发通信方法、KMC模型接口等。基于该框架,开发了空位-间隙的演化模型,可实现热老化模拟和析出模拟。通过并行性能测试获得了良好的并行性能,结合算例结果验证说明了MISA-AKMC的正确性和可靠性。 展开更多

关键词 材料辐照损伤 动力学蒙特卡罗 并行计算

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三维灰体辐射传递系数蒙特卡罗的GPU计算 被引量：1

10

作者 刘硕 朱希安 +1 位作者 王占刚 厉夫兵 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2019年第11期3357-3360,共4页

为了计算漫反射灰体表面之间的辐射传递系数,建立了三维灰立方体模型,在所建立的三维立体空间内表面选取发射表面,利用蒙特卡罗方法生成发射光线,并对光线进行光线追踪,计算发射表面与其他表面之间的辐射传递系数。针对基于蒙特卡罗法... 为了计算漫反射灰体表面之间的辐射传递系数,建立了三维灰立方体模型,在所建立的三维立体空间内表面选取发射表面,利用蒙特卡罗方法生成发射光线,并对光线进行光线追踪,计算发射表面与其他表面之间的辐射传递系数。针对基于蒙特卡罗法计算三维灰体表面之间辐射传递系数时耗时过长的问题,进行了基于显卡GPU实现蒙特卡罗并行计算的研究。利用统一编程架构CUDA对蒙特卡罗法进行了编程实现,采用CUDA随机数发生算法并行处理了求解辐射传递系数中的光线追踪过程,实现了计算辐射传递系数的并行方案。实验结果表明,相对于CPU串行计算方法,基于CUDA架构的并行蒙特卡罗法求解辐射传递系数可以取得高达80倍的计算加速比。 展开更多

关键词 蒙特卡罗方法 辐射传递系数 并行计算 GPU 三维灰体

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基于随机模拟和并行计算的水库防洪调度风险分析 被引量：7

11

作者 邹强 丁毅 +1 位作者 何小聪 洪兴骏 《人民长江》 北大核心 2018年第13期84-89,共6页

由于洪水预报、洪水类型、工程状态、管理决策等诸方面不确定性因素,水库实际防洪调度不可避免地存在各种风险,水库防洪调度风险分析研究显得尤为重要。为确保防洪安全,降低大坝及下游综合洪灾损失,对水库防洪调度风险分析进行了全面梳... 由于洪水预报、洪水类型、工程状态、管理决策等诸方面不确定性因素,水库实际防洪调度不可避免地存在各种风险,水库防洪调度风险分析研究显得尤为重要。为确保防洪安全,降低大坝及下游综合洪灾损失,对水库防洪调度风险分析进行了全面梳理,分析和识别了水库防洪调度风险的关键影响因素,探明了洪水预报误差、不同典型洪水、初始起调水位和防洪调度滞时等不确定性因素。研究了基于蒙特卡罗随机模拟的不确定性因素模拟手段,建立了并行计算模式下水库防洪调度风险分析模型及其计算流程,并定量分析了不确定条件下的水库防洪调度风险。相关成果可为快速方便、科学合理的水库防洪调度运行方式和安全管理提供技术支持。 展开更多

关键词 风险分析 多属性风险因素识别 蒙特卡罗模拟 并行计算 水库防洪调度

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并行计算在机动飞行轨迹生成中的应用

12

作者 蒋超 王维嘉 王昊 《兵工自动化》 2020年第8期25-31,36,共8页

针对现有通用机动轨迹需要较长的预规划时间,无法在机载计算平台实时解算的问题,提出一种利用并行计算的方式对通用机动框架进行加速的方法。对现有的MCTS算法叶子节点并行、根节点并行和树并行方式进行分析,结合叶子节点并行和根节点... 针对现有通用机动轨迹需要较长的预规划时间,无法在机载计算平台实时解算的问题,提出一种利用并行计算的方式对通用机动框架进行加速的方法。对现有的MCTS算法叶子节点并行、根节点并行和树并行方式进行分析,结合叶子节点并行和根节点并行方式各自的优点,对每棵搜索树采用叶子节点并行方法,分别利用Pthread和CUDA对并行通用机动框架进行加速,并以筋斗机动为例对加速效果进行测试。实验结果表明:并行通用机动框架不仅性能优于串行框架,而且可大幅缩短机动解算时间。 展开更多

关键词 并行计算 蒙特卡罗树搜索算法 GPU 众核 通用机动框架

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JMCT蒙特卡罗中子-光子输运程序全堆芯pin-by-pin模型的模拟 被引量：12

13

作者 邓力 李刚 +5 位作者 张宝印 上官丹骅 李树 胡泽华 马彦 姬志成 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1061-1066,共6页

几何栅元数超过千万、计数达数十亿、模拟粒子数达数百亿规模的反应堆全堆芯pin-by-pin问题是目前国际公认的挑战计算机和计算方法的难题。由于巨大的数据量已超过单核内存的极限,必须进行空间区域分解和数据分解。本文利用基于JCOGIN... 几何栅元数超过千万、计数达数十亿、模拟粒子数达数百亿规模的反应堆全堆芯pin-by-pin问题是目前国际公认的挑战计算机和计算方法的难题。由于巨大的数据量已超过单核内存的极限,必须进行空间区域分解和数据分解。本文利用基于JCOGIN实体组合几何框架自主开发研制的三维中子-光子输运蒙特卡罗程序JMCT,通过空间区域分解和嵌套并行,完成了对大亚湾核电站1号机组反应堆全堆芯pin-by-pin模型的建模和模拟,计算给出了每个pin的注量率分布及其误差。 展开更多

关键词 pin-by-pin 空间区域分解 嵌套并行计算 蒙特卡罗 JCOGIN JMCT

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组合几何蒙特卡罗粒子输运支撑软件框架JCOGIN介绍 被引量：11

14

作者 张宝印 李刚 邓力 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期173-176,共4页

介绍了JCOGIN支撑软件框架层次式、模块化的体系结构及其核心数据结构。这些使得JCO-GIN软件框架能够支撑大规模复杂几何的蒙特卡罗(MC)粒子输运并行计算。同时介绍了在JCOGIN支撑软件框架下研发的JMCT程序,并进行了性能测试,在2万处理... 介绍了JCOGIN支撑软件框架层次式、模块化的体系结构及其核心数据结构。这些使得JCO-GIN软件框架能够支撑大规模复杂几何的蒙特卡罗(MC)粒子输运并行计算。同时介绍了在JCOGIN支撑软件框架下研发的JMCT程序,并进行了性能测试,在2万处理器核上模拟20亿粒子,并行效率达到70%。 展开更多

关键词 JCOGIN 支撑软件框架 蒙特卡罗粒子输运 组合几何 并行计算

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蒙特卡洛模拟的并行实现及并行效率研究 被引量：4

15

作者 柳建 孙胜军 +1 位作者 毛国平 石秀安 《计算机应用与软件》 北大核心 2018年第1期295-297,333,共4页

蒙特卡罗(MC)模拟广泛用于核工程和核安全计算中,但在较高置信度要求下计算量大、计算周期长,难以满足工程周期要求。通过分析串行算法,针对大型SMP服务器Oracle M9000的结构特点,采用Open MP技术对其进行了并行化和实验计算。结果表明... 蒙特卡罗(MC)模拟广泛用于核工程和核安全计算中,但在较高置信度要求下计算量大、计算周期长,难以满足工程周期要求。通过分析串行算法,针对大型SMP服务器Oracle M9000的结构特点,采用Open MP技术对其进行了并行化和实验计算。结果表明,多线程并行技术适合蒙特卡罗模拟方法和M9000结构体系,能获得极高的加速性能,且并行结果与串行结果完全一致。这为满足工程计算的高置信度、短周期要求提供了解决方案。 展开更多

关键词 并行计算 蒙特卡罗模拟 共享存储多线程并行 ORACLE M9000服务器

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基于GPU的最小二乘蒙特卡罗算法期权定价 被引量：3

16

作者 杜伟 傅游 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2020年第4期225-229,共5页

期权是以金融产品作为行权品种的交易合约。随着期权交易规模和交易量的迅速增长,期权定价的计算量越来越大,在传统CPU平台上对期权进行定价变得越来越困难。图形处理器(GPU)平台的出现和发展为解决期权定价计算提供了解决方案。在GPU... 期权是以金融产品作为行权品种的交易合约。随着期权交易规模和交易量的迅速增长,期权定价的计算量越来越大,在传统CPU平台上对期权进行定价变得越来越困难。图形处理器(GPU)平台的出现和发展为解决期权定价计算提供了解决方案。在GPU上使用最小二乘蒙特卡罗算法(Least Squares Monte Carlo,LSM)实现了对一维和四维美式期权定价计算:首先利用CURAND库产生大量随机数,然后并行化期权标的价格变化路径,最后对最小二乘法和贴现定价进行并行化。为提高GPU平台上LSM方法的计算效率,对整个过程进行了优化。实际测试结果表明,在CPU+GPU上实现一维和四维美式期权定价相对CPU平台的加速比最高分别达到20.275和47.538,且比其他文献的方法整体性能有较大的提升。 展开更多

关键词 GPU 最小二乘蒙特卡罗算法(LSM) 美式期权定价 并行计算

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随机有限元分析的二级区域分解并行求解算法 被引量：1

17

作者 付朝江 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期475-480,490,共6页

采用蒙特卡罗模拟(MCS)和加权积分法对二维问题进行随机有限元分析。尽管MCS方法对任何有确定解的问题都具有求解精度高的优点,但由于求解所需的计算量巨大使其应用受到限制。利用并行求解技术可有效地处理这种密集型计算问题。基于有... 采用蒙特卡罗模拟(MCS)和加权积分法对二维问题进行随机有限元分析。尽管MCS方法对任何有确定解的问题都具有求解精度高的优点,但由于求解所需的计算量巨大使其应用受到限制。利用并行求解技术可有效地处理这种密集型计算问题。基于有限元分裂对接法(FETI)的并行特性并利用预处理共轭梯度法(PCG)的求解高效性,结合整体子区域实现(GSI-PCG)和FETI法,提出二级求解算法,并在工作站机群上实现了数值算例。算例计算结果表明本文GSI(PCG)-FETI算法具有较高的并行加速比和并行效率,具有良好的性能,可有效地进行二维问题的随机有限元分析。 展开更多

关键词 蒙特卡罗模拟 随机有限元 共轭梯度法 并行计算 有限元分裂对接法

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UCT算法在计算机围棋中的应用与改进 被引量：3

18

作者 周明明 高航 赵国安 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2012年第S2期330-335,共6页

计算机围棋博弈是人工智能研究的重要方向,其庞大的空间复杂度给研究者带来了巨大挑战。传统的基于模式识别和博弈树搜索的专家系统方法很难有进一步的提升,UCT算法的出现带来了现代计算机围棋时代。本文将UCT算法应用到九路计算机围棋... 计算机围棋博弈是人工智能研究的重要方向,其庞大的空间复杂度给研究者带来了巨大挑战。传统的基于模式识别和博弈树搜索的专家系统方法很难有进一步的提升,UCT算法的出现带来了现代计算机围棋时代。本文将UCT算法应用到九路计算机围棋博弈系统中,由于UCT算法模拟过程适合并行化处理,故本文通过多核并行计算对UCT算法进行改进,通过与单核算法程序进行实际对弈,证明了并行优化的可行性。 展开更多

关键词 计算机围棋博弈 蒙特卡罗 UCT算法 并行计算

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核材料辐照损伤的并行空间分辨随机团簇动力学模拟 被引量：1

19

作者 陈丹丹 贺新福 +3 位作者 杨文 储根深 白鹤 胡长军 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1219-1229,共11页

核反应堆中关键材料的辐照损伤演化对其性能有重要影响,且跨越多个量级的时空尺度。空间分辨随机团簇动力学是近年来发展的1种模拟核材料辐照损伤行为的有效方法,它避免了传统团簇动力学在缺陷种类和计算复杂性方面的限制,且能考虑缺陷... 核反应堆中关键材料的辐照损伤演化对其性能有重要影响,且跨越多个量级的时空尺度。空间分辨随机团簇动力学是近年来发展的1种模拟核材料辐照损伤行为的有效方法,它避免了传统团簇动力学在缺陷种类和计算复杂性方面的限制,且能考虑缺陷的空间依赖性。在概述了空间分辨随机团簇动力学基本原理的基础上,论述了自主开发的大规模并行空间分辨随机团簇动力学程序MISA-SCD1.0的实现方式与关键技术,并将其应用于反应堆压力容器模型合金中富Cu团簇的析出模拟,验证了程序的正确性并测试了并行性能。结果表明,MISA-SCD1.0能获得与实验结果和类似模拟结果吻合的Cu析出过程,且具有较高的并行效率和良好的扩展性。 展开更多

关键词 辐照损伤 空间分辨随机团簇动力学 动力学蒙特卡罗 并行计算

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MCNP4B程序可视化运行平台开发 被引量：8

20

作者 范佳锦 王义 +3 位作者 程建平 杨平利 田慧 杜宏亮 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2002年第1期52-55,共4页

成功开发了一套基于 Windows98系统的 MCNP程序可视化运行平台 Mcnp Client。它界面美观、操作简便、易学易用 ,将会获得不熟悉 MCNP程序和蒙特卡罗方法的物理工作者的欢迎 ,有利于MCNP程序的推广应用。

关键词 蒙特卡罗方法 MCNP程序 可视化 电子 中子 光子 联合输运 windows98 物理学 计算机应用

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