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辐射传热与应用光学中的蒙特卡罗光线追迹方法 || 光线追迹基础
摘要： 光线被定义为能量束从发射点到吸收点所经过的直线路径段的集合。该定义包含了中间可能发生的反射、散射、折射甚至衍射事件。光线追踪涉及运用基础数学来确定光线段与表面的交点。大多数工程和科学专业的学生在进入大学之前很久就已掌握了所需的数学工具。本章回顾了控制光线追踪的数学原理以及相关的网格划分和索引问题。
关键词： 蒙特卡罗方法、辐射传热、应用光学、数学原理、光线追踪
更新于2025-09-04 15:30:14
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掺铕氮化镓的磁性能通过旋节线纳米分解进行调控
摘要： 通过蒙特卡罗方法，我们研究了掺铕氮化镓在纳米尺度旋节分解诱导下形成内禀纳米结构（包括自发或人工形成的纳米结构）的磁学特性。当前模拟显示：大尺寸纳米结构体系呈现磁滞回线，小尺寸纳米结构体系则表现为非磁滞磁化曲线。这些纳米结构同时会影响阻塞温度，并改变自旋翻转的温度依赖性能垒——模拟结果表明该体系的磁化具有热稳定性。但需指出，模拟所得阻塞温度低于实验值，这可能是原子空位所致。
关键词： 磁性特性、阻塞温度、掺铕氮化镓、蒙特卡罗方法、旋节分解
更新于2025-09-04 15:30:14
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DukeSim：一种在计算机断层扫描中具有高真实性、快速且针对特定扫描仪的模拟框架
摘要： 本研究的目的是开发一个CT模拟平台，该平台需满足以下要求：1）兼容基于体素的计算模体；2）能够模拟商用CT扫描仪的几何结构与物理特性；3）具备高效计算能力。该模拟平台旨在实现对CT扫描协议和参数的虚拟评估与优化，在降低辐射剂量的同时达到目标图像质量。给定体素化计算模体及描述目标扫描仪与协议的参数文件后，开发的DukeSim平台通过结合光线追踪与蒙特卡罗技术计算投影图像。DukeSim包含探测器量子效率、量子与电子噪声、探测器串扰、探测器与焦点区域降采样、焦点摆动以及蝴蝶结滤过器的详细模型。该平台采用GPU计算进行加速。通过商用CT扫描仪（西门子医疗Somatom Definition Flash）获取物理版与计算版模体（Mercury模体）在不同剂量水平下的临床与模拟CT扫描数据，从图像对比度、噪声强度、噪声纹理及空间分辨率四个维度对真实与模拟图像进行对比。临床与模拟图像在各指标上的相对误差分别为：图像对比度1.4%、噪声强度0.5%、噪声纹理2.6%、空间分辨率3%，证实了DukeSim的高度真实性。根据成像任务与硬件配置，本研究使用配备4块GPU的计算机时单圈旋转运算时间约2-3分钟。当结合真实人体模体时，DukeSim为开展大规模、符合实际的虚拟临床试验提供了必要工具集，可实现患者与扫描仪特异化的精准模拟。
关键词： 模拟、光线追踪、蒙特卡罗方法、计算人体模型、计算机断层扫描、虚拟临床试验、计算机建模、CT模拟器
更新于2025-09-04 15:30:14
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扫描电子显微镜中的蒙特卡罗方法（三）：问题的现代研究现状
摘要： 评估了蒙特卡罗方法在扫描电子显微镜成像建模中的适用性。研究表明，该方法无法全面考虑影响图像形成的电子与物质相互作用机制。现代随机数生成器产生的随机数数量不足以模拟电子在物质中的散射过程。使用当前个人计算机进行图像建模耗时过长——需要连续运行数年。且尚无证据表明蒙特卡罗方法生成的图像结果具有正确性。这些因素证明：蒙特卡罗方法不适用于模拟扫描电子显微镜成像中涉及的固体电子散射过程。
关键词： 电子轨迹建模、蒙特卡罗方法、扫描电子显微镜、SEM、图像形成、统计建模、虚拟扫描电子显微镜、随机数
更新于2025-09-04 15:30:14