蒙特卡羅方法在核爆輻射環境模擬中的應用與發展

朱金輝,左應紅,劉 利,牛勝利,商 鵬,李夏至,王學棟

(西北核技術研究所,西安 710024)

核輻射是核爆炸特有的殺傷因素。核爆炸的裂變核反應和聚變核反應過程會產生多種具有強輻射性質的輻射源,包括瞬發核輻射粒子、緩發核輻射粒子及裂變產物衰變釋放的射線粒子[1-2]。核爆炸輻射源在爆心周圍大氣或介質中傳輸,與大氣或介質相互作用形成核輻射場,可采用具有一定時空分布的輻射環境參數進行描述,如輻射劑量、粒子注量、能譜、時間譜及角度譜等[3-6]。不同爆炸場景的核輻射環境特征差異較大,大氣層核爆炸與高空核爆炸是2類典型爆炸場景[7-9]。大氣層核爆炸場景中,按時間維度可將輻射環境分為持續時間較短的瞬發核輻射[10-11]、緩發核輻射及持續時間較長的放射性沾染[13-14]。高空核爆炸核輻射環境,可分為瞬時輻射環境與長期輻射環境,瞬時輻射環境包括中子、γ射線、X射線及核電磁脈沖[15]等,長期輻射環境包括碎片云、附加電離層和人工輻射帶等[16-17]。

核爆炸輻射環境場的特征取決于核輻射粒子在介質中的輸運過程,即輻射粒子與物質發生相互作用的過程。研究核爆炸輻射環境最常用的方法是模擬粒子輸運的蒙特卡羅方法[18-20]。蒙特卡羅方法,又稱隨機模擬方法,是通過直接跟蹤模擬大量粒子的運動軌跡,利用隨機數模擬粒子輸運中的隨機過程,抽取碰撞時的靶核、碰撞類型及出射角等參數,統計粒子運動過程中對待求物理量的貢獻,獲得統計性結果?！?br>