MCNP及使用说课讲解

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1、MCNP及使用,清华大学工物系 李春艳 电话：62796200 邮箱：lichunyan-,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

2、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

3、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,A General Monte Carlo Neutron and Photon Transport Code 开发： 美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（ Los Alamos National Laboratory ）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

4、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),Stan Ulam, John,von Neumann Nicholas Metropolis,M.C 方法的命名,It was Nicholas Metropolis who noted that Stan had an uncle who would borrow money from relatives because he “just had to go to Monte Carlo” and thus named the mathematical

5、method “Monte Carlo.”,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,(ANSI standard Fortran 77),(ANSI standard Fortran 90)

6、,辐射防护与环境保护研究室,MCNP可处理问题,neutron only photon only electron only combined neutron/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-11 MeV to 20 MeV(all isotope) up to 150 MeV(some isotope) photon: 1keV to

7、100GeV electron: 1keV to 1GeV,辐射防护与环境保护研究室,工作方式,Monte Carlo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,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（

8、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： mcnp5 c i=* 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

9、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： mcnp5 i=* o=* r=* mcnp5 i=* (输出文件out*，runtp* 自动从e字母开始排) mcnp5 i=* r=runtp* c （接续运行） mcnp5 i=* c (默认为runtpe) （接续运行） 对于Mcnp4c版本，mcnp5mcnp，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

10、台下运行,登录服务器 166.111.89.217 user：flukau password：flukau 软件：SSHSecureShellClient SSH Secure File Transfer SSH Secure Shell Client Linux相关命令网上搜。,辐射防护与环境保护研究室,运行SSH Secure File Transfer,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

11、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SSH Secure Shell Client，但后者要再次登录。,辐射防护与环境保护研究室,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

12、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,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15列开始； 如果15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） n

13、R代表重复 1 3R = 1 1 1 1 nI代表递加 1 2I 4 = 1 2 3 4 xM代表递乘 1 3M 3M = 1 3 9 nJ代表跳过（默认） 比如：DBCN X1 X20 DBCN 15J 8 3J 1(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,MCNP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

14、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 BOX RPP SPH RCC,辐射防护与环境保护研究室,面方程定义曲面卡,辐射防护与环境保护研究室,面方程定义曲面卡（续）,辐射防护与环境保护研究室,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：

15、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： 1 px 0 2 px 5 3 py 0 4 py 20 5 pz 0 6 pz 10,长方体内：1 -2 3 -4 5 -6 长方体外：-1:2:-3:4:-5:6,x,y,z,圆柱体：半径5 底面圆心(0,25,0) 顶面圆心(0,45,0),面卡： 1 cy 0 2 py 25 3 py 45,圆柱体内：-1 2 -3 圆柱体外：1:-2:3,辐射防护与环境保护研究室,栅元卡,几何描述 + 材料定义 栅元编号 材料号 材料密度 几何描述 其它说明 其它说明格式：关键词=*，关键词IMP、VOL、PWT、EXT、FCL、WWN、DXC、NONU、PD、TMP和关于重复结构的U、TRCL、LAT、FILL。 对于某些重复结构可使用简写形式： 栅元编号 LIKE 栅元编号n BUT 参数列表 表示该栅元除了参数列表中列出的和栅元n不同，其它都同。 注意：栅元不能有相交的区域，不能有没定义的区域。,辐射防护与环境保护研究室,数据卡,输运粒子类型mode卡 几何相关卡（可选） 源定义卡 材料定义卡 减方差技巧卡（可选） 统计卡 物理过程卡（可选） 问题截止卡 用户数组卡（可选） 其它卡,辐射防护与环境保护研究室,Mode卡,Mode N /P /E，默认为N 注意： 输运的粒子