基于自适应源项离散的点核积分方法计算效率优化研究

摘 要：点核积分方法面对多源项的复杂场景或是需要对辐射场进行动态更新的情形存在计算耗时较长的问题。针对该问题，通过点核积分程序CIRPDose 对圆柱体源、长方体源等5 类源项离散引起的误差随计算点与源距离的变化规律进行模拟计算，并提出了一种基于自适应源项离散的点核积分计算效率优化方法。在将该方法集成到CIRPDose 程序后，通过自定义算例对其进行测试，测试结果显示，相比传统的固定离散数目，各类型源项在自适应离散方法下的辐射场计算用时最大缩短96. 77%，且计算结果平均偏差最大值仅为3. 19%，验证了所提方法的可靠性和有效性。研究工作可为核设施内的三维γ 辐射场快速计算提供技术支持。

关键词：γ 辐射场计算;点核积分方法;计算效率优化;源项离散

中图分类号：TL75+ 1;TL72 文献标识码：A

在核设施检修或者退役工作开展过程中，若能了解核设施内部γ 辐射场剂量率分布情况，则可从辐射防护的最优化原则（ALARA） 出发来进行工作方案的制定及优化。此外，在通过虚拟现实技术实现场景和辐射场的结合后，还可对工作人员提前进行模拟演练，在消除其对辐射的恐慌性心理的同时， 降低工作人员受到的辐照剂量[1-2] 。常用的γ 辐射场计算方法包括蒙特卡罗方法、离散纵标法以及点核积分方法，其中点核积分方法因其计算效率高的特点，成为了各国在开发核设施辐射场模拟仿真程序时的首选计算方法，例如国外欧美等发达国家开发的VRdose、Visiplan、NARVEOS、QAD[3-6] ，以及国内相关高校和科研机构开发的PKShiled、ARShield、NECPMCX、CIRPDose 等[7-10] 。

尽管点核积分方法在计算效率上具有显著优势，但在多源项的复杂场景中，其计算耗时依旧不低，尤其是当场景中屏蔽体及源项会发生变化，需要对辐射场进行动态更新时，其计算效率问题更为突出。随着ALARA 对辐射场模拟计算要求的提高，给点核积分方法在计算效率方面带来了新的挑战。除普遍采用的多线程并行加速以及射线跟踪技术外，何良等[11] 提出了一种基于梯度变化的变权重辐射场网格划分方法，有效地缩短了辐射场的计算时间;Xu 等[12] 设计了一种基于GPU的点核积分算法计算框架，并通过GPU 编程开发了相应的点核程序，与基于CPU 的点核程序相比具有更好的性能;Caracena 等[13] 采用非结构化网格来对放射源进行离散从而实现快速计算，但所提方法仅可用于平行六面体源且适用的场景较为简单。

源项的离散作为点核积分方法中的关键环节，对γ 辐射场的计算效率和精度影响较大，为在优化计算效率的同时，兼顾计算精度，本文提出了一种基于自适应源项离散的计算效率优化方法，并集成到CIRPDose 程序后进行了测试，验证了该方法的有效性，旨在为γ 辐射场的快速计算以及模拟仿真领域提供技术支持。