Fractal dimension analysis for run length diagnosis of Monte Carlo criticality calculation

フラクタル次元解析によるモンテカルロ法臨界計算の終了に関する診断

植木 太郎  

Ueki, Taro

モンテカルロ法臨界計算では、平衡核分裂源分布が、世代間の自己相関の影響下にある。したがって、自己相関の観点から、世代の繰り返し数の充分さを判断することが必要とされている。一方、各世代の計算値と世代間平均値との差を標準偏差でスケーリングして構成される標準化時系列関数は、中心極限定理上の収束に伴い、自己相関の度合いに関係なく、ブラウン運動の有効統計量であるブラウン橋に収束することが知られている。本論文は、標準化時系列関数のフラクタル次元をブラウン橋のフラクタル次元と比較することにより、中心極限定理上の収束の達成度を診断できることを報告する。加圧水型原子炉の出力分布問題およびMennerdahl氏により提唱された臨界問題に関して、診断例を報告する。

In Monte Carlo criticality calculation (MCCC), each output quantity of interest is a series of tallies under autocorrelation. As a consequence from the functional central limit theorem, the stepwise interpolation of standardized tallies (SIST) converges in distribution to Brownian bridge (BB). Here, the standardization of tallies is a functional version of the statistic in the central limit theorem with the sample mean at each generation and the true mean replaced by the sample mean at the final generation. Fractional Brownian motion (FBM) is a family of stochastic processes and assumes a unique value of the box counting dimension (BCD) in fractal geometry. This work shows that the BCD of SIST is an effective diagnostic measure for the run length of MCCC. The sufficiency of the number of generations run can be judged by relating the BCD of FBM to that of BB. Numerical results are presented for power distribution tallies of a pressurized water reactor and the effective multiplication factor () tallies of the criticality problem by D. Mennerdahl.