常用蒙特卡罗程序介绍1讲述

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1、第八章 蒙特卡罗方法应用程序介绍 l 蒙特卡罗方法应用软件的特点 l 常用的通用蒙特卡罗程序简介 l MCNP程序输入的描述 l 例子 第八章 蒙特卡罗方法应用程序介绍 建立完善的通用蒙特卡罗程序可以 避免大量的重复性工作，并且可以在程 序的基础上，开展对于蒙特卡罗方法技 巧的研究以及对于计算结果的改进和修 正的研究，而这些研究成果反过来又可 以进一步完善蒙特卡罗程序。 1.蒙特卡罗方法应用软件的特点 通用蒙特卡罗程序通常具有以下特点： l 具有灵活的几何处理能力 l 参数通用化，使用方便 l 元素和介质材料数据齐全 l 能量范围广，功能强，输出量灵活全面 l 含有简单可靠又能普遍适用的抽样技

2、巧 l 具有较强的绘图功能 2.常用的通用蒙特卡罗程序简介 l MORSE程序 较早开发的通用蒙特卡罗程序，可以解决 中子、光子、中子光子的联合输运问题。 采用组合几何结构，使用群截面数据，程序 中包括了几种重要抽样技巧，如俄国轮盘赌 和分裂技巧，指数变换技巧，统计估计技巧 和能量偏移抽样等。程序提供用户程序，用 户可根据需要编写源分布以及记录程序。 l EGS程序 EGS是Electron-Gamma Shower 的缩写， 它是一个用蒙特卡罗方法模拟在任意几何中 ，能量从几个KeV到几个TeV的电子-光子簇 射过程的通用程序包。由美国Stanford Linear Accelerator

3、Center提供。EGS于1979年第一次 公开发表，提供使用。EGS4是1986年发表的 EGS程序的最新版本。 l MCNP程序 MCNP是美国Los Alamos国家实验室开发 的大型多功能通用蒙特卡罗程序，可以计算 中子、光子和电子的联合输运问题以及临界 问题，中子能量范围从10-11MeV至20MeV， 光子和电子的能量范围从1KeV至1000MeV 。 程序采用独特的曲面组合几何结构，使用点 截面数据，程序通用性较强，与其它程序相 比，MCNP程序中的减方差技巧是比较多而 全的。 3.MCNP程序输入的描述 MCNP的输入包括几个文件，但主要的 一个是由用户编写的INP文件，该文件

4、包括描 述问题所必须的全部输入信息。文件采用卡 片结构，每行代表一张卡片，文件由一系列 卡片组成，对于任一特定的问题，只需用到 INP全部输入卡片的一小部分。 MCNP输入文件中物理量的单位 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 6.0231023 l 输入文件的基本形式 l 信息块 信息块的卡片放在INP文件中标题卡之前。信息块 给出了MCNP的一些运行信息，信息块上各部分的意 思和运行行信息是一样的，当运行行信息与信息块 中

5、所指定的信息相矛盾时，则忽略信息块中相应的 信息，而以运行行信息为准。 信息块是可选的，信息块的第一张卡片，必须在 第 18 列写上“MESSAGE:”，从第一张卡片的第 9 80 列到后续卡片的第 180 列都可填写运行信息 。在标题卡之前用一个空行分隔符结束信息块。 l 初始运行的输入文件 信息块 空行分 隔符 选择项 标题卡仅一行，占用第 180 列。作 为输出标题。 栅元卡 空行 分隔符 定义构成整个系统的各个基本 介质单元以及相应的物理信息 。 曲面卡 空行 分隔符 定义组成栅元的曲面信息。 数据卡 空行 分隔符 其它数据，包括问题类 型、源 描述、材料描述、计数描述， 问题截断条件

6、等。 其它选择项 l 接续运行的输入文件 接续运行必须在运行行信息或信息块中给出C项选择 ，即Cm，表示从RUNTPE文件中读出第m次转储的 内容接着运算，如果m未指定，则读最后一次转储的 数据。如果不需要改变内容，则不需要接续输入文 件，仅需运行RUNTPE以及在运行行加上C选择。 信息块 空行分 隔符 选择项 CONTIN UE 写在第 18 列 数据卡 空行分 隔符 只允许部分数据卡。（FQ，DD， NPS，CTME，IDUM，RDUM，PRDMP，LOST， DBCN，PRINT，KCODE，MPLOT，ZA，ZB，和 ZC） 其它选择项 l 卡片格式 INP输入文件的每一行（称之为一

7、张卡片 ）都限于使用第 180 列并构成卡片映象。 大部分输入卡片按行填写；然而，对数据卡 允许按列填写。 $ 符号为它所在那行数据的 结束符，在 $ 符号后面的内容作为注释，它 可从 $ 符号后面的任一列开始。 标题卡只占一行，整行都可填入用户需要 的信息，也可以是空行。但要注意在其它地 方使用空行是作为结束符或者分隔符。 输入文件中，在标题卡之后及最后的空行 结束卡之前的任何地方都可插入注释卡。注 释卡必须是字母“C”写在 15 列中的任意位 置，且至少用一个空格隔开后面的注释内容 。 l 行输入格式 栅元卡、曲面卡和数据卡的书写格式是相 同的。必须从 15 列开始填写这些卡片相应 的名字

8、(或编号)和粒子标识符，后面填写用 空格分隔的数据项。如果 15 列为空，则表 示它是前一张卡片的继续卡。如果在一行的 末尾有一个用空格隔开的符号“&”，则表示 下一行是该行的继续卡，数据可填写在 1 80 列。一个数据项必须在一张卡片上写完， 不得跨到下一张卡片上。完全空白的一行则 为两组卡片的分隔符。 对任何给定的带有粒 子标识符的类型卡只能有一张。需要整数的 数据项必须填写整数，其它数据可填写为整 数或浮点数以及MCNP能读的数据。 为书写方便，可以使用四项书写功能： nR功能，表示将它前面的数据重复n次。 例如：2 4R 等同于 2 2 2 2 2 nI功能，表示在与其前后相邻的两个数

9、之间，插入n 个线性插值点。对于 X nI Y 的结构，如果X和Y是 整数，且XY刚好是n+1的整倍数，则产生标准的 整数插值，否则产生实数插值，但Y值直接存储。 例如：1.5 2I 3.0 1.5 2.0 2.5 32.0可能不精确 而 1 4I 6 1 2 3 4 5 6都是精确 定整数 xM功能，它表示的数值为前面的数据乘上x。 例如：1 1 2M 2M 4M 2M 1 1 2 4 16 32 nJ功能，表示其后n个数据项使用缺省值。 例如：DD .1（缺省值） 1000 DD J 1000 如果nR、nI、及nJ项中缺省n，则假设n1。 这四项功能的书写必须满足以下规则： nR前面必须

10、放一个数或者放由R或M产生的数据项。 nI 前面必须放一个数或者放由R或M产生的数据项， 而它的后面还必须有一个常数。 xM 前面必须放一个数或者放由R或M产生的数据项。 除了在I项的后面，nJ可以放在任何地方。 例如: 1 3M 2R1 3 3 3 1 3M I 41 3 3.5 4 1 3M 3M1 3 9 1 2R 2I 2.51 1 1 1.5 2.0 2.5 1 R 2M1 1 2 1 R R1 1 1 1 2I 4 3M1 2 3 4 12 1 2I 4 2I 101 2 3 4 6 8 10 3J 4R错误！ 1 4I 3M错误！ 1 4I J错误！ l 列输入格式 列输入对栅元

11、参数及源描述是非常有用的。对于 栅元重要性及体积等参数，输入按行排列时其可读 性差，且在增加或删除一些栅元时容易出错。用列 输入格式，一个栅元的所有栅元参数是放在标有该 栅元名字的那行上。如果删掉一个栅元，用户只需 删除该栅元参数行，而不需要在每一个栅元参数卡 上寻找该栅元所对应的数据项。对于源描述也有类 似的情况。 用列格式，卡片名字逐个放在一个输入行上，并 且在这些卡片名字下面按列列出数据项。后续各行 为各个栅元的数据。如果填写某个栅元名字，则必 须填写全部栅元名字，且栅元的顺序可以任意排列 ；如果没有指定栅元名字，则按栅元卡描述的顺序 排列。 在一个输入文件中，允许有多个列数据块。 列输

12、入块的格式： Si必须是MCNP卡片名字，它们必须全部是栅元参 数、或者全部是曲面参数、或者全部是其它参数。 Ki是栅元名字，它们必须是全部填写或全部空格。 一个卡片不允许同时用行格式和列格式输入。 15 列672 列 S1 S2 Sm K1D11 D12 D1m K2D21 D22 D2m KnDn1 Dn2 Dnm l 粒子标识符 几个输入卡片都需要粒子标识符以区别中 子、光子和电子的输入数据。这些卡片是： IMP、EXT、FCL、WWN、WWE、WWP、 WWGE、DXT、DXC、F、F5X、F5Y、F5Z 、PHYS、ELPT、ESPLT、CUT和PERT。粒 子标识符由上述卡片名字后

13、面的冒号、字母 N、P或E组成。 例如：中子重要性卡为 IMP:N 光子重要性卡为 IMP:P l 缺省值 MCNP的许多输入参数都有缺省值，因此 用户不需要每次都给出各个输入参量的值。 当缺省值符合用户要求时，便可不在输入 文件中指定。当省略某张输入卡时，则该卡 上的全部参数均使用缺省值。 如果只想改变一张卡上的某一个特定参量 时，则它前面的参量仍需指明，或者用nJ方 式跳过前面那些使用缺省值的参量。 例如：光子截断卡 CUT:P 3J -.10 表示前3个参量使用缺省值，只改变第四项参 量的值。 l 输入错误信息 MCNP对输入文件出现的错误作广泛的检 查，如果用户违反了输入说明的规定，将

14、在 终端上以及输出文件中打印致命错误信息， MCNP不再进行粒子输运计算，作业中断。 第一个出现的致命错误是真的，而后面的 错误可能不一定是真的，这取决于前面出现 的致命错误的情况。 若在MCNP运行行上指定FATAL项，则 MCNP忽略致命错误，照常运行。 对于MCNP的警告信息，用户不应忽视， 应搞清楚它们的含义。 l 检查几何错误 在处理输入文件的数据时，有一种非常重 要的输入错误MCNP无法检测。即MCNP无 法查出各栅元之间的重叠和空隙，只有当粒 子丢失时，才会发现几何错误。即使如此， 可能仍然无法准确判断错误性质。 o 几何画图 o 用外源的粒子轨迹注满真空系统 l 栅元描述卡 格

15、式 ： j m d geom params 或： jLIKE n BUT list j栅元号，1 j 99999，写在第 1 5 列上。 m栅元材料号，与材料卡（Mm）中 的序号对应。 m 0 为真空栅元。 d栅元材料密度。正值为原子密度 ，负值为质 量密度。对于真空栅 元，该项缺省，不填写。 geom 栅元的几何说明。由一系列带符 号的曲面号经过布尔运算组成。 para ms 任选的栅元参数说明。 n另一个栅元的名字（编号）。 list描述栅元j和栅元n之间差别的栅 元参数。 在栅元的几何说明中，关于曲面的指向是 一个很重要的概念。假定曲面 S 的曲面方程 为 f (x,y,z)0，则对于f

16、 (x,y,z)0的区域对于 曲面 S 具有正的指向；而对于f (x,y,z)0的区 域对于曲面 S 具有负的指向。正指向的区域 用+S表示，“+”号可不写；负指向的区域用-S 表示。栅元用各相关曲面的布尔运算表示， 布尔算符包括交（用空格表示 ）、并（用冒 号:表示）和非（用#表示）。缺省的运算顺 序是先非，其次是交，最后是并 ，使用括号 可控制布尔运算的次序。 非运算有两种形式： l #n，n是某个栅元号， #n表示一个由不在栅 元n内的点组成的空间区域。 l # ( -)，括号内是对某一个栅元进行描述的 曲面栅元关系组，这一形式定义的几何 区域由不属于括号内描述区域的点组成的空 间。 例如：3 0 -1 2 -4$ 定义栅元3 #3$ 与下行相同 #(-1 2 -4) 在栅元卡上可定义栅元参数以代替在输入 文件中数据卡部分定义的栅元参数。格式为 ：关键词值。这儿允许的关键词是：带有