随着蒙特卡罗模拟方法在核能与核技术领域科学研究和工业应用等方面应用的深入与拓展，该方法在准确化、快速化、客观化和智能化方面所存在的问题，已经严重地影响着该方法更有效地发挥其应该发挥的作用，值得有关方面科学家和技术人员对此加以重视，并投入力量予以改善乃至解决。

现代蒙特卡罗方法的问世源于著名的曼哈顿计划，中国的相应研究和应用也是源于核武器研制的需要，起步于金星南、于敏、彭桓武、黄祖洽四位科学家的首倡，由此可见该方法对于核能与核技术等相关领域科学与技术研究开发的意义和重要性。随着技术的进步，该方法的高安全、高效能、低成本、低门槛和无排放的应用也随之深入和拓展。

然而，蒙特卡罗模拟方法所存在的一些问题也在一定程度上制约着该方法的应用，甚至严重影响着核能与核技术更快更好地新质发展。

可以将这些问题归结为四个方面：准确性、快速性、客观性和智能性。因此如何实现蒙特卡罗模拟方法这些特性的持续提升，已经是实现核能与核技术更好发展所需要关注的重要科学与技术问题了。

准确性的提升无疑是任何一种计算方法研究的最重要的目标。蒙特卡罗模拟方法的准确性问题主要体现在屏蔽计算中的深穿透问题和临界计算中的初始源依赖问题以及由此衍生出来的系列问题。

由于蒙特卡罗模拟方法的概率统计特征，模拟计算的收敛效果是评判计算方法的重要指标。长期以来，收敛速度以及计算结果的散布程度（RSD）被错误地当作评判深穿透问题解决效果的指标。然而从不确定度评估的角度看，散布程度只是反映了计算结果的随机误差程度，与反映准确性的系统误差程度是独立的。

所谓深穿透问题是美国学者Kahn于1950年在蒙特卡罗模拟屏蔽计算研究中首先发现当屏蔽体厚度超过12个平均自由程后，射线对于屏蔽体的穿透率显著低于正确数值。由于深穿透问题的存在，所有与射线穿透有关的蒙特卡罗模拟方法都会因为深穿透问题的存在而导致模拟计算结果在不同的程度上偏离正确值。这种问题在辐射安全评估中会导致屏壁厚度不足以满足辐射防护安全的需要；在医学和工业透射成像中会导致成像结果失真而影响诊断结果和放疗处方的正确性；在放射性定量检测中会导致测量反演失真而影响最终结果的准确性。

被称为深穿透问题的蒙特卡罗屏蔽计算结果失真曾经被认为仅仅发生在屏蔽厚度过厚的情形下，然而在对空间抗辐射加固以及外太空稀薄空气条件下的电离辐射效应的蒙特卡罗模拟计算中发现对于过薄的屏壁厚度，这种计算结果失真现象也是存在。经过研究发现，这种计算结果失真是普遍存在的，只是在屏蔽体厚度过厚或过薄时，这种失真才会显得格外明显。

初始源依赖问题是蒙特卡罗模拟临界计算中面临问题的一个总称，主要体现在迭代计算收敛速度慢、迭代收敛判据缺乏和计算结果不确定度评估结果存在显著偏差。这个问题在国际上已经被认为是具有挑战意义的科学难题。

提升蒙特卡罗模拟方法计算结果的准确性，是实现该方法在核能与核技术领域新质应用所亟待解决的最关键问题

尽管收敛速度并非刻画蒙特卡罗模拟方法准确性的正确指标，更不是评价蒙特卡罗模拟方法应用能力和意义的最终标准，但仍然是影响该方法在工业界和医学界更广泛应用的非常重要的因素。例如在核与放射性医学界，蒙特卡罗方法虽然被公认为是评估射线与物质的复杂相互作用结果的金标准，然而由于蒙特卡罗计算耗时过大问题，使得取代以点核积分法为代表的半经验公式计算方法的目标尚无法完全实现。

与其他数学方法类似，收敛速度也是影响保持所面临问题客观性的重要因素。

如何在确保计算结果准确的前提下，通过修改和调整模拟计算过程的节奏和技巧，实现对计算过程的显著加速，是实现蒙特卡罗模拟方法更广泛应用所面临的一个瓶颈技术问题。

在解决实际问题的过程中蒙特卡罗模拟方法从原理上讲有十分显著的特点：1、能够十分真实地描述具有随机性质的事物的特点，可以直接从实际出发，不必经过高度的数学抽象；2、能够十分真实地描述复杂的实际几何形状，而不需要进行网格化处理，甚至可以直接处理动态几何问题；3、能够十分有效地适应高维多自由度的复杂问题，它的收敛速度于问题本身的维数无关；4、能够充当理想的“数字探测器”使用，不仅能够实现真实物理实验的模拟，得到真实探测仪器的计数，还能够突破真实物理实验的约束，得到任何空间和时间间隔中真实探测仪器所不能得到的计数。

蒙特卡罗模拟方法在原理层面上的特点，与其他数学计算方法相比，更具备保证问题客观性的可能性。然而在应对现实中的复杂实际问题时如何具体地做到有效应对，依然存在巨大的提升空间。

在处理实际问题时，需要经过物理建模和数学建模的过程。在物理建模过程中，需要根据实际问题的特点，对所涉及到的几何与物理对象进行筛选；在数学建模过程中，需要根据物理问题的特点，选择对应的数学处理方法。如何在这两个建模过程中，有效可靠地体现被处理问题的客观性，是需要所涉及的多学科交叉配合才有可能实现的。

首先值得一提的是，在理论上许多物理的概念是建立在理想的条件之上，然而在现实中这种理想的条件是非常难于满足甚至根本就不可能满足。姑且将这种理想与现实之间的差异称之为“缺陷”，那么对于现实问题所涉及的缺陷的识别、表征和修正弥补能力，在很大程度上决定了客观性的程度。

以核数据测量与评估为例。这种缺陷体现在实际测量中的“非点源-非线束-体靶-体探测器”组合对于理论上核反应的截面基于“点源-线束-点靶-点探测器”方式定义的偏离。蒙特卡罗模拟计算被用于核数据的修正，也就是从现实实验数据中提取所需要的理论结果。其中蒙特卡罗模拟方法对于现实缺陷描述和处理的客观性决定了相应核数据的正确性。

以广泛应用于医学和工业领域的透射成像为例。这种缺陷体现在现实的透射成像所涉及的透射束空间分布都在不同程度上偏离透射成像理论基础Beer定律所规定的线束。这种偏离导致了成像结果在不同程度上出现失真。这种失真将导致基于成像结果的所有后续操作出现相应的偏离。

这种缺陷广泛存在于各种实际问题之中。据称美国核聚变之所以前段时间获得重大突破，原因之一就是成功地实现了相应装置缺陷的正确表征和弥补。

对于广泛存在于实际问题中的缺陷的识别、表征和修正弥补能力，体现了蒙特卡罗模拟方法处理实际问题客观性的程度。客观性水平是该方法与其它数学方法相比原理性优势的体现和发挥。

在尽量保证客观性前提下，为了更准确和更快速地实现对所面临问题的模拟计算，正确和有效使用蒙特卡罗及其相应计算机软件解决各自专业的实际问题并非是一件轻而易举的事情。对蒙特卡罗模拟计算过程的控制能力，对蒙特卡罗模拟计算中不能回避的几何建模与组合能力、各种计算过程的选择组合能力、各种计算技巧和计算参数的选择能力，对模拟计算过程中的各种中间数据以及最终计算结果的分析能力、管理能力和后处理能力，是获得符合预期计算结果的必要条件。

不正确的使用和错误的选择，会导致蒙特卡罗方法计算结果出现显著的偏差，甚至可能带来严重的隐患，比如上面提到的深穿透问题就会导致辐射屏蔽不能满足安全的要求。这严重限制了蒙特卡罗方法的应用范围。

低效的使用，会导致蒙特卡罗方法的计算耗费大量的计算机时间和空间资源。比如在肿瘤放射治疗计划建立中的人体内剂量场计算方面。这同样严重限制了蒙特卡罗方法的应用范围。

提升智能性对于蒙特卡罗方法以及软件的用户来说，是最有实用价值的举措。

在准确性方面，对于屏蔽计算深穿透问题，国际上的许多学者自1950年Kahn发现该问题的存在，就纷纷投入力量研究并尝试解决。他们的成果对于一些相对简单的计算对象也显示出一定意义，然而这些成果面临更为广泛存在复杂实际的问题时，则显得乏善可陈。对于临界计算初始源依赖问题，目前尚未看到有效的解决方法。

在快速性方面，从方法和原理的角度，目前包括并行计算在内的加速计算方法，还存在一些本质上的缺陷。特别是考虑所使用的伪随机数序列可能带来的若干可靠性问题，还存在亟待研究解决的技术瓶颈问题。

在客观性方面，已经有一些成功的案例，但在面临各种实际问题时，需要针对具体问题对各自不同的缺陷进行个性化的识别、表征和修正弥补。

在智能性方面，对于蒙特卡罗模拟方法的正确和有效的使用，是一项复杂的系统工程，是需要蒙特卡罗方法研究、蒙特卡罗软件和蒙特卡罗方法应用对象等三方面专家的充分有效配合。有关经验教训的整合及有关知识的工程化，是实现蒙特卡罗模拟计算智能化所需要考虑的问题。

在准确性得到有效提升后，蒙特卡罗模拟方法可以在核能与核技术领域得到更广泛和更深入的应用，可以在更大程度上更多可能地替代实际实验而将更多的探索性实验、更多的优化性实验从传统意义下的实验室转移到以计算机为主体的数字化实验，从而减少对放射源、射线装置以及核材料的使用和消耗，降低它们带来危害的风险概率，降低相关的实验台架特别是防护设备的经费负担及从事相关方面科学研究与技术开发的门槛,实现对客观世界高安全、高效能、低成本、低门槛和无排放的认识和研究。

在快速性得到提升后，将具备条件在相关领域充分发挥蒙特卡罗模拟方法固有积极意义和优良特性，特别是有可能在应用现场在线发挥与实际装置直接相连接的数字孪生作用。

在客观性得到有效提升后，蒙特卡罗模拟方法更可靠有效地应用于核能与核技术领域解决所存在的复杂实际问题。

在智能性得到提升后，将有可能综合发挥蒙特卡罗模拟方法的原理优势，即善于处理多自由度问题、善于解决复杂几何和动态几何等问题的特点，将蒙特卡罗模拟方法的准确性、快速性和客观性相结合，更好地更新质地解决核能与核技术领域的实际问题。