Fast and accurate numerical solutions in some problems of particle and radiation transport: synthetic acceleration for the method of short characteristics, Doppler-broadened scattering kernel, remote sensing of the cryosphere

Questo lavoro si propone di presentare diversi aspetti della simulazione numerica del trasporto di particelle e di radiazione per applicazioni industriali e di protezione ambientale, per consentire l'analisi di processi fisici complessi in modo veloce, affidabile ed efficiente. Nella prima parte è trattata la velocizzazione della simulazione numerica del trasporto di neutroni per l'analisi del nocciolo di un reattore nucleare. Le proprietà di convergenza della source iteration del Metodo delle Caratteristiche applicate a geometrie strutturate eterogenee sono state migliorate per mezzo della Boundary Projection Acceleration, consentendo lo studio di geometrie 2D e 3D con la teoria del trasporto senza omogeneizzazione spaziale. Le prestazioni computazionali sono state verificate tramite il benchmark C5G7 2D e 3D, mostrando una sensibile riduzione del numero di iterazioni e del tempo di calcolo. La seconda parte è dedicata allo studio dello scattering elastico dei neutroni con isotopi pesanti in funzione della temperatura vicino alla zona termica. È presentato il calcolo numerico della convoluzione Doppler del kernel di scattering elastico col modello gas per una generale sezione d'urto dipendente dall'energia e per una generica legge di scattering nel sistema del centro di massa. L'intervallo di integrazione è stata ottimizzato utilizzando un cutoff numerico, consentendo una valutazione numerica più veloce dell'integrale. I momenti di Legendre del kernel di trasferimento sono successivamente ottenuti per quadratura diretta e validati tramite un'analisi numerica della convergenza. La terza parte è focalizzata alle applicazioni di telerilevamento del trasferimento radiativo per indagini sulla criosfera terrestre. L'equazione del trasporto per fotoni è applicata per simulare la riflettività dei ghiacciai a diverse età dello strato di neve o ghiaccio, al suo spessore, alla presenza o meno di altri strati sottostanti, al grado di polvere inclusa nella neve, creando un sistema in grado di decifrare segnali spettrali raccolti dai rivelatori orbitanti.