应用三维并行蒙特卡罗程序JMCT, 计算了特征温度分别为1, 3, 5, 8 keV的黑体谱X射线入射到铝、二氧化硅、金的表面的背散射光电产额和电子能谱, 并与文献结果进行对比, 验证了程序的正确性, 进而针对系统电磁脉冲(SGEMP)研究中的典型几何结构--金属圆柱腔体, 模拟计算了其在黑体谱X射线照射下的光电输运过程, 用温度为1 keV、注量为1 J/m2的黑体谱X射线平行照射圆柱腔侧面, 半个侧面发射光电子, 计算得出了和方位角相关的不同面上发射光电子的光电产额、能谱分布和角分布, 结果表明掠入射的X射线会产生更高的光电产额; 光电子的发射角分布都基本符合余弦角分布的规律。

基于蒙特卡罗程序JMCT2.2和商用CFD程序FLUENT, 通过C++语言, 采用外耦合的方式开发了一套耦合接口程序。利用JMCT网格和FLUENT计算域之间一一映射的方式完成物理模型和CFD模型之间的网格匹配, 实现了物理模型的简单划分和CFD模型网格的精细划分。利用该耦合程序计算了压水堆单根燃料棒模型和3×3带水洞的燃料子组件模型, 并与MCNP与FLUENT耦合计算结果进行对比。计算结果表明, 使用本文的方法, 耦合JMCT程序与FLUENT程序能够用于物理-热工耦合计算并准确提供其反馈参数。

核设施辐射屏蔽计算，由于其大规模计算及深穿透等特性，一直是蒙特卡罗方法工程应用的难点之一。采用我国自主研发的三维中子-光子蒙特卡罗粒子输运模拟软件JMCT，结合可视化建模工具JLAMT，对OECD国际基准例题Winfrith Iron/Water Benchmark Experiment(ASPIS)两例实验装置进行建模与计算分析, 并将计算结果与实验值及MCNP计算值进行对比。结果表明，JMCT计算值与MCNP计算值符合较好，其中Winfrith Iron Benchmark Experiment(ASPIS)最大偏差不超过7%，平均偏差1.3%；Winfrith Water Benchmark Experiment(ASPIS)最大偏差小于20%，平均偏差小于10%，证明了JMCT在屏蔽计算以及深穿透问题的可靠性与工程应用性。

提出基于时序处理探测事件的中子多重性计数统计方法。在JMCT粒子输运数值模拟程序的基础上研发了用于统计中子多重性计数的专用数值模拟程序JMCT_NMC, 实现在线的中子多重性计数模拟功能。展示了利用中子多重性计数算例检验程序, 比较了JMCT_NMC与传统算法计算时间消耗的结果。时序探测事件处理方法不需大量存储粒子信息, 在解决中子多重性计数模拟受内存限制问题的同时, 提升了计算效率。在JMCT_NMC程序中, 时序探测事件模拟手段在探测器关联事件模拟、本底分析等领域还有着更广泛的应用前景。

蒙特卡罗与热工水力的耦合计算是目前反应堆数值模拟的重要研究方向，在蒙特卡罗方法连续能量点截面的基础上结合热工程序的温度反馈，反应堆中子计算的准确性得到大幅提高。为了提高计算精度，堆芯模型分辨率也需进一步提高，相比于组件均匀化模型，pin-by-pin的建模方式能够获得更好的结果。利用蒙特卡罗程序JMCT与子通道程序COBRA-EN实现了蒙特卡罗-热工的内耦合，内耦合方式通过内存进行数据传递，其计算效率及安全性均优于外耦合方法。随后利用NURISP项目迷你堆的pin-by-pin模型对耦合程序进行验证。计算结果与同类耦合程序相似，验证了程序的准确性。同时，对耦合过程的收敛性问题进行了初步分析。

蒙特卡罗中子输运程序用于反应堆设计与安全分析计算及校验时,微小的反应性扰动容易被统计涨落所掩盖,因此一般通过微扰计算处理此类问题。基于微分算子方法在JMCT程序中实现了反应性微扰计算功能。为保证计算的精度,JMCT考虑了非源扰动的高阶效应以及一阶裂变源扰动效应。选取了具有全局扰动、局部扰动的快中子与热中子裂变系统对JMCT反应性微扰计算功能进行了测试。测试系统覆盖了正负反应性变化。

介绍了中子输运蒙特卡罗方法与热工水力耦合计算的流程。开发了一套蒙卡中子输运程序JMCT和子通道分析程序COBRA-EN耦合接口。通过3×3棒束模型的计算展示了考虑耦合计算和不考虑耦合计算的差异,论证了耦合计算在反应堆分析中的重要性。通过对反应堆组件的模拟计算,测试了耦合计算的正确性。最后分析了蒙卡计算的统计涨落和迭代计算过程中收敛标准的关系,讨论了蒙卡中子输运和热工水力耦合过程中收敛标准设置的方案和可行性。