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核数据随机抽样中概率密度分布选取方法研究

王毅箴 郝琛

王毅箴, 郝琛. 核数据随机抽样中概率密度分布选取方法研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(2): 38-47. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.12.0174
引用本文: 王毅箴, 郝琛. 核数据随机抽样中概率密度分布选取方法研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(2): 38-47. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.12.0174
Wang Yizhen, Hao Chen. Study on the Selection Method of Probability Density Distribution in Nuclear Data Stochastic Sampling[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(2): 38-47. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.12.0174
Citation: Wang Yizhen, Hao Chen. Study on the Selection Method of Probability Density Distribution in Nuclear Data Stochastic Sampling[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(2): 38-47. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.12.0174

核数据随机抽样中概率密度分布选取方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.12.0174
基金项目: 国家自然科学基金(12405203)
详细信息
    作者简介:

    王毅箴(1993—),男,副教授,现主要从事核反应堆物理高保真计算及计算不确定性分析研究,E-mail: wangyz23@hrbeu.edu.cn

    通讯作者:

    郝 琛,E-mail: haochen@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TL329+.3

Study on the Selection Method of Probability Density Distribution in Nuclear Data Stochastic Sampling

  • 摘要: 提供符合核数据已知统计矩信息和物理约束的随机扰动样本,是核数据作为分析输入的各类堆芯物理计算相关的统计学习算法的基础。合理扰动的核数据样本是保证堆芯物理响应量特征提取、降阶建模等数据驱动人工智能模型预测准确性的重要因素之一。选取能够满足核数据自身物理约束特征的概率密度分布是保证上述核数据随机抽样合理性的关键。本文针对核数据库中常见的两类物理约束特征,即非负性取值约束(例如裂变产额数据、核反应截面数据等)以及归一化约束(例如衰变分支比等),研究其对应的概率密度分布选取方法并提供相应的抽样算法。结合评价核数据库中提供的核数据不确定度信息,本文对不同概率密度分布下的核数据随机抽样效果进行对比,并给出概率密度分布的选取建议。

     

  • 图  1  随机抽样基本过程示意图

    Figure  1.  Main Procedures of Stochastic Sampling

    图  2  拉丁超立方抽样的样本统计最大线性相关性

    Figure  2.  Maximum Linear Correlation of Sample Statistics in Latin Hypercube Sampling

    图  3  二变量四样本下所有拉丁超立方抽样的样本分布结果

    蓝色点为第一个样本点;红色点为第二个样本点;黑色点为第三和第四样本点

    Figure  3.  All Sample Distributions from Latin Hypercube Sampling (2 variables and 4 samples)

    图  4  多元标准正态分布的拉丁超立方抽样样本分布图(5变量,30样本量)

    Figure  4.  Sample Distributions Drawn from Standard Multi-variate Normal Distribution (5 variables and 30 samples)

    图  5  正态分布与对数正态分布下的大相对不确定度裂变产额数据概率分布

    Figure  5.  Normal and Lognormal Distribution of Fission Product Yield with Large Relative Uncertainty

    图  6  基于对数正态分布的独立裂变产额随机抽样流程

    Figure  6.  Stochastic Sampling Procedures for Independent Fission Product Yield Based on Lognormal Distribution

    图  7  衰变分支比随机扰动样本的变化范围示意图

    Figure  7.  Schematic Diagram of Variation Range of Stochastic Disturbance Samples of Decay Branch Ratio

    表  1  基于对数正态分布的独立裂变产额随机抽样样本检验结果

    Table  1.   Test Results of Independent Fission Yield Stochastic Sampling Samples Based on Lognormal Distribution

    样本检验 基于不同概率分布的抽样方法
    检验类型 检验量 参考值 截断正态分布 对数正态分布
    统计矩的复现精度 均值的相对误差*/% 0.64 0.12
    方差的相对误差*/% 0.50 1.15
    裂变系统的守恒量检验 总产额 2.00000 2.00066 (7.54×10−4)** 2.00030 (4.19×10−3)**
    0.00066↑ 0.00030↑
    总质量数 233.57915 233.66592 (7.4×10−2)** 233.63804 (4.2×10−1)**
    0.08677↑ 0.05889↑
    总电荷数 92.05318 92.07948 (2.9×10−2)** 92.06808 (1.9×10−1)**
    0.02630↑ 0.01490↑
      注:* 为最大相对误差的绝对值;** 为统计标准差;“↑”为正向绝对误差
    下载: 导出CSV

    表  2  基于广义Dirichlet分布的衰变分支比随机抽样流程

    Table  2.   Decay Branch Ratio Stochastic Sampling Procedures Based on Generalized Dirichlet Distribution

    编号 步骤
    1 输入:样本量$ M $,衰变分支比均值$ {\mu }_{i} $和标准差$ {\sigma }_{i} $
    2 遍历各衰变分支比:$ i\leftarrow 1 $
    3   计算 $ ({A}_{i-1},{B}_{i-1}) $
    4   计算 $ ({\alpha }_{i},{\beta }_{i}) $
    5   遍历各样本点:$ M\leftarrow 1 $
    6    随机区间样本值$ {u}_{i}^{\left(m\right)}\leftarrow \mathrm{B}\mathrm{e}\mathrm{t}\mathrm{a}\left({\alpha }_{i},{\beta }_{i}\right) $
    7    剩余区间计算值$ {r}_{i}^{\left(m\right)}\leftarrow \displaystyle\prod_{s=1}^{i-1}\left[1-{u}_{s}^{\left(m\right)}\right] $ 若$ i=1 $,则$ {r}_{1}^{\left(m\right)} \leftarrow 1 $
    8    分支比随机扰动样本值$ {b}_{i}^{\left(m\right)}\leftarrow {u}_{i}^{\left(m\right)}{r}_{i}^{\left(m\right)} $
    9    $ m\leftarrow m+1 $ 依次遍历所有样本点
    10 令$ i\leftarrow i+1 $ 依次遍历所有衰变分支比
    11 遍历各样本点:$ M\leftarrow 1 $
    12   $ {b}_{i}^{\left(m\right)}\leftarrow 1-\displaystyle\sum_{k=1}^{i-1}{b}_{k}^{\left(m\right)} $
    13 结束
    下载: 导出CSV

    表  3  基于广义Dirichlet分布的衰变分支抽样样本检验

    Table  3.   Decay Branch Ratio Sampling Sample Inspection Based on Generalized Dirichlet Distribution

    核素 类别 衰变分支比/%
    评价库参考值
    均值(标准差)
    均值检验
    (参考值/样本统计值)
    标准差检验
    (参考值/样本统计值)
    79Ga 分支1 0.0890 (0.0190) 0.0890/0.0890 0.0190/0.0189
    分支2 4.9663 (0.1671) 4.9663/4.9668 0.1671/0.1671
    分支3 94.9447 (0.1671) 94.9447/94.9442 0.1671/0.1681
    81Ga 分支1 11.900 (0.7000) 11.900/11.901 0.7000/0.6973
    分支2 41.4771 (3.8260) 41.4771/41.4884 3.8260/3.8250
    分支3 46.6229 (3.8260) 46.6229/46.6103 3.8260/3.8297
    81Rbm 分支1 0.0203 (0.0075) 0.0203/0.0203 0.0075/0.0075
    分支2 2.3797 (0.8372) 2.3797/2.3823 0.8372/0.8373
    分支3 97.6000 (0.6000) 97.6000/97.5974 0.6000/0.8373
    98Rb 分支1 0.0510 (0.0070) 0.0510/0.0510 0.0070/0.0070
    分支2 13.8000 (0.6000) 13.8000/13.8019 0.6000/0.6000
    分支3 86.1490 (0.6000) 86.1490/86.1471 0.6000/0.6000
    97Sr 分支1 0.0200 (0.0100) 0.0200/0.0200 0.0100/0.0100
    分支2 14.8690 (1.9979) 14.8690/14.8752 1.9979/1.9979
    分支3 85.1110 (1.9979) 85.1110/85.1048 1.9979/1.9979
    111Pdm 分支1 7.8912 (0.9316) 7.8912/7.8927 0.9316/0.9281
    分支2 19.1088 (2.6269) 19.1088/19.1166 2.6269/2.6263
    分支3 73.0000 (3.0000) 73.0000/72.9906 3.0000/2.7220
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-12-10
  • 录用日期:  2025-01-10
  • 修回日期:  2025-01-09
  • 网络出版日期:  2025-04-02
  • 刊出日期:  2025-04-02

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