MCNP及使用

MCNP及使用清华大学工物系李春艳电话：62796200邮箱：[e-mail]辐射防护与环境保护研究室总目录MC方法解粒子输运问题MCNP及使用辐射防护与环境保护研究室粒子输运问题粒子输运系统输运结束条件？所求量粒子源输运长度粒子和物质作用的核素、作用类型、作用后粒子能量和方向辐射防护与环境保护研究室MC方法解粒子输运问题逐一模拟每个粒子在输运系统中的输运过程，模拟足够多的粒子（相对统计误差可接受）（MC原理：大量、随机性实验）计算粒子对所求物理量的平均贡献（MC原理：平均结果近似问题的解）一般情况下，当模拟足够多粒子后，认为所模拟的粒子的平均行为近似为输运系统中粒子的平均行为；粒子对所求物理量的平均贡献即为问题的蒙卡解。辐射防护与环境保护研究室开始数据预处理,各记录单元清零取一个粒子历史源分布抽样输运过程碰撞过程历史终止否？统计处理做完给定历史数否？结果的处理与输出终止记录过程记录过程记录过程记录过程MC输运流程图辐射防护与环境保护研究室根据问题的几何条件、物理假定、处理方法，可归纳为以下几种：粒子从系统逃脱；粒子经碰撞被吸收；经俄国轮盘赌后，历史被终止；粒子能量低于给定能量（阈能）；粒子位置越过某一界面；粒子飞行时间超过给定时间；粒子权重小于某个小量。粒子历史终止条件辐射防护与环境保护研究室总目录MC方法解粒子输运问题MCNP及使用辐射防护与环境保护研究室MCNP目录MCNP简介MCNP运行MCNP输入文件编写举例辐射防护与环境保护研究室MCNPAGeneralMonteCarloNeutronandPhotonTransportCode开发：美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LosAlamosNationalLaboratory）的蒙特卡罗小组辐射防护与环境保护研究室MCNP发展历史MC方法研究（1948年开始）MCS（1963年）MCN（1965年）中子，三维几何，具有独立的数据库MCNG=MCN+MCG（1973）模拟高能光子MCNP=MCNG+MCP（1977年）模拟低能光子（能量达1KeV)StanUlam,John,vonNeumannNicholasMetropolisM.C方法的命名ItwasNicholasMetropoliswhonotedthatStanhadanunclewhowouldborrowmoneyfromrelativesbecausehe“justhadtogotoMonteCarlo”andthusnamedthemathematicalmethod“MonteCarlo.”辐射防护与环境保护研究室MCNP3（1983年）MCNP3A（1986年）MCNP3B（1988年）MCNP4（1990年）MCNP4A（1993年）MCNP4B（1997年）（LAHET+HMCNP）MCNP4C（2000年）MCNPX：质子、中子、光子、电子耦合（UNIX第一个版本，具有并行功能，可以计算电子）（记数分析图）可以计算微扰可以更好处理不可分辨共振MCNP5(2003年)MCNP发展历史(ANSIstandardFortran77)(ANSIstandardFortran90)辐射防护与环境保护研究室MCNP可处理问题neutrononlyphotononlyelectrononlycombinedneutron/photon(n-p)neutron/photon/electronphoton/electronelectron/photonPhotonuclear（mcnp4c不能处理光核反应）Keff（裂变系统）辐射防护与环境保护研究室MCNP粒子能量限制neutron：10E-11MeVto20MeV(allisotope)upto150MeV(someisotope)photon:1keVto100GeVelectron:1keVto1GeV辐射防护与环境保护研究室工作方式MonteCarlo程序的工作方式：用户代码型：EGS，GEANT，MARS输入文件型：MCNP，FLUKAMCNP属于第二种源码开放，用户可以自己修改程序，重新编译辐射防护与环境保护研究室MCNP做题三步骤：已知、求/证明；解；答。MCNP（求解）输入文件：告诉MC程序已知什么、求什么输出文件：告诉我们答案是什么辐射防护与环境保护研究室输出文件介绍程序运行完之后，主要生成以下几类输出文件：标准输出（out*）用于接续运行(runtp*)统计结果输出（mctal）mesh统计结果输出（meshtal)辐射防护与环境保护研究室输出文件out*输入文件重复区域、截面、物理设置、动态内存信息输运过程信息输运完成后的结果综述tally卡结果详细信息tally卡结果综合信息输运粒子数、时间信息辐射防护与环境保护研究室输出文件runtp*主要用于接续运行运行命令为：mcnp5ci=*在*文件中第一行为：continue第二行给出运行历史（粒子数或运行时间）注意：如果用nps，则nps代表总粒子数如果用ctme，则ctme代表继续运行时间辐射防护与环境保护研究室MCNP目录MCNP简介MCNP运行MCNP输入文件编写举例辐射防护与环境保护研究室MCNP运行运行平台Windows平台下运行Linux平台下运行常用指令：mcnp5i=***o=***r=***mcnp5i=***(输出文件out*，runtp*自动从e字母开始排)mcnp5i=***r=runtp*c（接续运行）mcnp5i=***c(默认为runtpe)（接续运行）对于Mcnp4c版本，mcnp5mcnp，其余不变辐射防护与环境保护研究室Windows平台下运行辐射防护与环境保护研究室辐射防护与环境保护研究室辐射防护与环境保护研究室辐射防护与环境保护研究室辐射防护与环境保护研究室辐射防护与环境保护研究室Linux平台下运行登录服务器166.111.89.217user：flukaupassword：flukau软件：SSHSecureShellClientSSHSecureFileTransferSSHSecureShellClientLinux相关命令网上搜。辐射防护与环境保护研究室运行SSHSecureFileTransfer使用方法同ftp辐射防护与环境保护研究室辐射防护与环境保护研究室添加profile辐射防护与环境保护研究室登陆密码同用户名：flukau辐射防护与环境保护研究室鼠标右键，添加文件夹，用自己的名字命名；以后上传、下载文件以及运行程序都在自己的文件夹内进行。辐射防护与环境保护研究室按图示打开输入运行命令的窗口；也可以双击桌面的SSHSecureShellClient，但后者要再次登录。辐射防护与环境保护研究室进入自己的文件夹辐射防护与环境保护研究室手动刷新，显示新生成的文件辐射防护与环境保护研究室MCNP目录MCNP简介MCNP运行MCNP输入文件编写举例辐射防护与环境保护研究室粒子输运问题的“已知”和“求”已知：输运系统已知：输运方式求：？粒子类型位置方向能量几何描述介质材料输运粒子类型粒子死亡条件运算终止条件减方差技巧统计量统计方式已知：粒子源辐射防护与环境保护研究室输入文件输入文件采用卡片结构所谓的“卡片”就是一行输运粒子类型卡几何相关卡源定义卡减方差技巧卡统计卡材料定义卡物理过程卡问题截止卡用户数组卡其它卡信息块可选空行分隔符可选标题卡栅元卡┆空行分隔符！面卡┆空行分隔符！数据卡┆空行终止符推荐使用其它可选辐射防护与环境保护研究室输入文件举例辐射防护与环境保护研究室行输入格式书写规则栅元卡和面卡之间必须空一行!面卡和数据卡之间必须空一行！每行不超过80列；所有卡都必须从第1～5列开始；如果1～5列为空白，则表示它是前一张卡的继续卡；而至少一个空格以后的符号&表示随后的卡是继续卡数据项由一个或多个空格分开英文大小写都可辐射防护与环境保护研究室书写规则注释为c（行注释符）或者$（末尾注释符）nR代表重复13R=1111nI代表递加12I4=1234xM代表递乘13M3M=139nJ代表跳过（默认）比如：DBCNX1…X20DBCN15J83J1(只给第16和第20个参数赋值，其它默认)辐射防护与环境保护研究室长度厘米能量MeV时间10-8秒温度MeV（kT）原子密度1024个原子/厘米3质量密度克/厘米3截面10-24厘米2原子量中子质量的1.008664967倍阿伏加德罗常数6.023×1023MCNP输入文件中物理量的单位辐射防护与环境保护研究室几何描述类似于搭积木（面、块搭成）面的布尔运算(交、并、余)栅元长方体六个平面交圆柱体一个圆柱面和两个平面交球体一个球面……不规则体：比如，球内挖去一个小圆柱体剩余的部分辐射防护与环境保护研究室面卡可定义的面包括：平面、球面、椭球面、双曲面、抛物面、柱面、锥面、圆环面四种形式直接用面方程进行定义（面编号关键字参数）使用点定义轴对称面使用三点确定普通平面使用小体积元定义面BOXRPPSPHRCC…辐射防护与环境保护研究室面方程定义曲面卡助记符类型说明方程卡片上的数据项PPXPYPZ平面一般垂直X轴垂直Y轴垂直Z轴SOSSXSYSZ球面球心在原点一般球心在X轴球心在Y轴球心在Z轴C/XC/YC/ZCXCYCZ圆柱面平行于X轴平行于Y轴平行于Z轴轴心在X轴轴心在Y轴轴心在Z轴RzRyRxRzyxRRzzyxRzyyxRzyxxRzzyyxxRzyx0)(0)(0)(0)()()(022222222222222222222DDDDCBADzDyDxDCzByAx0000RRRRyxRzxRzyRyxRzxRzyRyyxxRzzxxRzzyy0000)()(0)()(0)()(222222222222222222辐射防护与环境保护研究室助记符类型说明方程卡片上的数据项K/XK/YK/ZKXKYKZ圆锥面平行于X轴平行于Y轴平行于Z轴轴心在X轴轴心在Y轴轴心在Z轴±1只用于单叶锥面SQ椭球面双曲面抛物面轴平行于X、Y或Z轴GQ圆柱面圆锥面椭球面双曲面抛物面轴不平行于X、Y或Z轴1111110)(0)(0)(0)()()(0)()()(0)()()(222222222222222222tztytxtzyxtzyxtzyxzztyxyytzxxxtzyzztyyxxyytzzxxxxtzzyyzyxGFEDCBAGzzFyyExxDzzCyyBxxA0)(2)(2)(2)()()(222KJHGFEDCBAKJzHyGxFzxEyzDxyCzByAx0222面方程定义曲面卡（续）辐射防护与环境保护研究室助记符类型方程卡片上的数据项TXTYTZ椭圆或圆形的圆环面对称轴平行于X、Y或Z轴CBAzyxCBAzyxCBAzyxCAyyxxBzzCAzzxxByyCAzzyyBxx01))()(()(01))()(()(01))()(()(222222222222222222面方程定义曲面卡（续）辐射防护与环境保护研究室曲面的布尔运算运算符：交：空格并：冒号:余：井号#曲面方向：假定曲面S的曲面方程为f(x,y,z)＝0对于f(x,y,z)＞0的区域，为+S，“+”号可不写；对于f(x,y,z)＜0的区域，为-S。小体积元方向：体积元内为-，外为+辐射防护与环境保护研究室几何描述举例长方体：20*5*10面卡：1px02px53py04py205pz06pz10长方体内