蒙特卡羅模擬02

2012年蒙特卡羅模擬02第一頁，共24頁。建立完善的通用蒙特卡羅程序可以避免大量的重復性工作，并且可以在程序的基礎上，開展對于蒙特卡羅方法技巧的研究以及對于計算結(jié)果的改進和修正的研究，而這些研究成果反過來又可以進一步完善蒙特卡羅程序。2.1蒙特卡羅方法應用程序介紹(1)2023/4/172第二頁，共24頁。通用蒙特卡羅程序通常具有以下特點：具有靈活的幾何處理能力參數(shù)通用化，使用方便元素和介質(zhì)材料數(shù)據(jù)齊全能量范圍廣，功能強，輸出量靈活全面含有簡單可靠又能普遍適用的抽樣技巧具有較強的繪圖功能2.1蒙特卡羅方法應用程序介紹(2)2023/4/173第三頁，共24頁。1)MORSE程序較早開發(fā)的通用蒙特卡羅程序，可以解決中子、光子、中子－光子的聯(lián)合輸運問題。采用組合幾何結(jié)構(gòu)，使用群截面數(shù)據(jù)，程序中包括了幾種重要抽樣技巧，如俄國輪盤賭和分裂技巧，指數(shù)變換技巧，統(tǒng)計估計技巧和能量偏移抽樣等。程序提供用戶程序，用戶可根據(jù)需要編寫源分布以及記錄程序。2.1蒙特卡羅方法應用程序介紹(3)2023/4/174第四頁，共24頁。2)EGS程序

EGS是Electron-GammaShower的縮寫，它是一個用蒙特卡羅方法模擬在任意幾何中，能量從幾個KeV到幾個TeV的電子-光子簇射過程的通用程序包。由美國StanfordLinearAcceleratorCenter提供。EGS于1979年第一次公開發(fā)表，提供使用。EGS4是1986年發(fā)表的EGS程序的最新版本。2.1蒙特卡羅方法應用程序介紹(4)2023/4/175第五頁，共24頁。3)MCNP程序

MCNP是美國LosAlamos國家實驗室開發(fā)的大型多功能通用蒙特卡羅程序，可以計算中子、光子和電子的聯(lián)合輸運問題以及臨界問題，中子能量范圍從10-11MeV至20MeV，光子和電子的能量范圍從1KeV至1000MeV。程序采用獨特的曲面組合幾何結(jié)構(gòu)，使用點截面數(shù)據(jù)，程序通用性較強，與其它程序相比，MCNP程序中的減方差技巧是比較多而全的。2.1蒙特卡羅方法應用程序介紹(5)2023/4/176第六頁，共24頁。MCNP全名為MonteCarloNeutronandPhotoTransportCode(蒙特卡羅中子-光子輸運程序)，它是由美國LosAlamos國家實驗室應用理論物理部（X部）的MonteCarlo小組（X-6X小組）經(jīng)過數(shù)十年的研究開發(fā)的一個基于蒙特卡羅方法的大型的多功能MonteCarlo粒子輸運程序。從1977年開始產(chǎn)生到現(xiàn)在歷經(jīng)十幾個版本，解決了核能領域很多關(guān)鍵性問題，功能也越來越強大?，F(xiàn)在MCNP可在微機的的UNIX、LINUX、DOS、等操作系統(tǒng)下工作。現(xiàn)其最新版本MCNP-X。2.2MCNP簡介（1）2023/4/177第七頁，共24頁。MCNP-5具有如下功能：（1）非帶電粒子成相技術(shù)。在用戶指定的柵格中，MCNP-5使用多個點探測器來確定某個象素區(qū)域的粒子流量。用戶可以根據(jù)需求設置盡可能多的探測點以便生成盡可能平滑的圖象。（2）隨機幾何能力。該能力可用來分析顆粒燃料，還可用來研究燃料核在石墨矩陣中的隨機位置。（3）可處理復雜三維幾何系統(tǒng)的輸運問題，幾何界面除任意平面和二階曲面外，也可包括四階橢環(huán)面。2.2MCNP簡介（2）2023/4/178第八頁，共24頁。

（4）粒子輸運方式可以是中子輸運、光子輸運、電子輸運、中子-光子聯(lián)合輸運、光子-電子聯(lián)合輸運、電子-光子聯(lián)合輸運、中子-光子-電子聯(lián)合輸運。既可用于求解通常的輸運方程，也可解多群共軛輸運方程。MCNP-5已經(jīng)能夠處理低能光子相互作用的不連續(xù)散射問題。（5）既可計算穿透問題，也可計算臨界特征值問題。對臨界特征值的計算，給出了KEFF、預期壽命和生存時間的計算方法，還可計算各種記數(shù)關(guān)于介質(zhì)成分、密度或截面數(shù)據(jù)的一階、二階微擾量。2.2MCNP簡介（3）2023/4/179第九頁，共24頁。

（6）配備的截面數(shù)據(jù)覆蓋了所有常用的核素和同位素，并可選用點截面方式或多群截面方式?？商幚淼闹凶幽芰糠秶鸀?0E-11至20MeV，光子和電子為0.001至1000MeV。（7）有多種物理量的計算選擇，包括點通量、界面通量、任意獨立柵格的粒子流及通量、幾何體上的通量及能量沉積，可給出按空間、時間、能量的譜（分布）和聯(lián)合分布，粒子流還可增加角度分布。另外還有脈沖高度譜的計算。所有量的計算結(jié)果都同時給出了統(tǒng)計誤差。2.2MCNP簡介（4）2023/4/1710第十頁，共24頁。（8）有十余種降低方差技巧可以選用。（9）具有較好的圖形輸出功能?？勺鲙缀谓Y(jié)構(gòu)任意方位的二維剖面圖，計算結(jié)果的二維X-Y曲線圖、等值線圖、三維曲面圖、截面數(shù)據(jù)圖及粒子徑跡圖。既可交互方式作圖，也可用批命令方式作圖，也可在中途暫掛計算進行作圖。MCNP-5可繪制最多有64種顏色的彩圖。（10）既可在串行環(huán)境下運行，也可在并行環(huán)境下運行。2.2MCNP簡介（5）2023/4/1711第十一頁，共24頁。MCNP程序的應用范圍十分廣闊，主要包括：

反應堆設計、核臨界安全、輻射屏蔽和核防護、探測器的設計與分析、核測井、個人劑量與物理保健、加速器靶的設計、醫(yī)學物理與放射性治療、國家防御、廢物處理、射線探傷等。2.2MCNP簡介（6）2023/4/1712第十二頁，共24頁。

MCNP是主程序模塊，它根據(jù)正在運行的問題之需要分別調(diào)用IMCN、MCRUN、XACT和PLOT等主要模塊。各模塊之間的關(guān)系，如圖所示。2.3MCNP程序的組成及特點（1）IMCN模塊：總是要被調(diào)用的，其任務是讀入輸入文件INP，并對輸入數(shù)據(jù)進行分析處理。MCRUN模塊：是輸運計算的實體，是MCNP的核心部分。XACT模塊：從截面數(shù)據(jù)文件中讀出問題中所用核素的截面數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶給出的信息刪去所關(guān)心能量范圍以外的中子截面數(shù)據(jù)。PLOT模塊：實現(xiàn)在各種圖像設備上繪制或顯示問題的幾何圖形。2023/4/1713第十三頁，共24頁。MCNP程序中物理量的單位規(guī)定為：2.3MCNP程序的組成及特點（2）物理量單位長度cm能量MeV時間shake,=10-8sec溫度MeV(kT)原子密度atoms/barn-cm質(zhì)量密度g/cm3截面barns(10-24cm2)加熱量MeV/collision原子質(zhì)量按中子質(zhì)量為1.0計算，這種單位下阿佛伽德羅常數(shù)是0.59703109；程序運行時間以分鐘為單位。2023/4/1714第十四頁，共24頁。MCNP程序具有很強的通用性，主要體現(xiàn)在：（1）可以處理任意三維幾何結(jié)構(gòu)的問題。在輸入文件INP中，空間被曲面(surface)分割成相互鄰接的區(qū)域，稱為柵元(cell)，可以給柵元填充各種物質(zhì)。柵元的界面可以是平面、二階曲面或某些四階曲面(如橢圓環(huán)狀面)。（2）可以模擬中子輸運、光子輸運和二者聯(lián)合輸運。（3）用戶可以非常方便地在任何位置指定體源、面源、線源或點源，設置源粒子位置、能量、時間、飛行方向等參數(shù)的分布。2.3MCNP程序的組成及特點（3）2023/4/1715第十五頁，共24頁。MCNP程序具有很強的通用性，主要體現(xiàn)在：（4）程序提供多種記錄模擬結(jié)果方法，包括通過某一界面的粒子流量或通量、進入某一柵元的通量、沉積能量和點通量。模擬結(jié)果在MCNP中稱為記數(shù)(tally)，可以按位置、能量、時間、粒子來向和粒子種類記數(shù)。（5）程序包攜帶了大量核反應數(shù)據(jù)庫文件，包括連續(xù)和離散的中子截面庫、光子點截面庫、熱中子點截面庫等，幾乎可對所有天然物質(zhì)進行計算。程序能比較精細地模擬中子和光子輸運過程，并對一些特定的物理過程允許用戶選擇使用哪種方式進行處理，如對熱中子處理可選用自由氣體模型或S(,)模型，對低能光子處理可以考慮或忽略相干散射等。2.3MCNP程序的組成及特點（4）2023/4/1716第十六頁，共24頁。（6）為了提高計算時效，給用戶提供了許多可選用的減小方差(variance)技巧，主要包括：重要抽樣、權(quán)重截斷和輪盤賭、時間和能量截斷、模擬俘獲、指數(shù)變換、強迫碰撞、能量分裂和輪盤賭、源的偏倚、點探測器記數(shù)、確定論輸運、權(quán)窗等。（7）用戶可通過設置源粒子數(shù)或運行時間來通知程序何時終止運行，還可以在原有計算結(jié)果的基礎上接續(xù)運行程序。一些結(jié)果不會因計算的意外中斷而丟失。（8）在輸出文件OUTP中給用戶提供豐富的信息，包括輸入列表、使用的截面表、粒子生成和丟失表、柵元中的粒子活動情況、中子誘發(fā)光子表、記數(shù)和記數(shù)漲落表等，還可以根據(jù)用戶要求給出其它信息。（9）提供了簡單的問題調(diào)試工具。2.3MCNP程序的組成及特點（5）2023/4/1717第十七頁，共24頁。(1)安裝MCNP的安裝比較容易，下面以MCNP5安裝為例：1）安裝MCNP5執(zhí)行文件

.\MCNP5_executables_Installer\setup.exe2）安裝MCNP5數(shù)據(jù)文件

.\MCNP_DATA_Installer\setup.exe3）安裝完成

.\LANL\MCNP5(執(zhí)行文件目錄).\LANL\MCNPDATA(數(shù)據(jù)文件目錄)2.4MCNP5程序安裝、運行（1）2023/4/1718第十八頁，共24頁。4）環(huán)境變量設置2.4MCNP5程序安裝、運行（2）2023/4/1719第十九頁，共24頁。（2）運行MCNP的輸入文件包括截面數(shù)據(jù)庫文件、截面庫目文件XSDIR、問題輸入文件INP等。INP文件是用戶要填寫的主要輸入文件，一般把該文件特指為輸入文件。OUTP是MCNP的主要輸出文件（文本格式），其它輸出文件還有轉(zhuǎn)儲文件RUNTPE（二進制格式）、運行信息文件OUTPUT等。

所有文件的文件名不能超過7個字符。2.4MCNP5程序安裝、運行（3）2023/4/1720第二十頁，共24頁。運行的方法：

1）假設輸入卡文件名是mcin.inp，那么運行命令可以是：

mcnp5i=mcin.inpo=tesa.outru=mcrntpe或mcnp5i=mcin.inpo=tesa.out如果在當前文件夾中存在與mcnp將要產(chǎn)生的文件名相同，則mcnp自動按字母順序?qū)⑽募詈笠粋€字符改變?yōu)樽帜副碇邢乱蛔址?/p>

2）如果想讓在一次運行中所產(chǎn)生的文件，有相似的文件名，使用如下方式：mcnp5name=job1運行后產(chǎn)生的OUTP文件將為JOB1O，RUNTPE為JOB1R。如果文件已經(jīng)存在，MCNP將不會覆蓋它們，而是給出一條消息并中斷運行。2.4MCNP5程序安裝、運行（4）2023/4/1721第二十一頁，共24頁?？磮D的方法：

1）如果要看幾何繪圖，先刪除工作目錄下剛生成的job1o和job1r兩個文件，再輸入下面命令并回車：mcnp5ipn=job1如果能繪圖的話會彈出plot提示符，在此例如你可以輸入ex=100，就可以看到自己的幾何描述了。2）用“VisEd”工具軟件，裝載mcin.inp文件即可。2.4MCNP5程序安裝、運行（5）2023/4/1722第二十二頁