蒙特卡罗方法8.常用蒙特卡罗程序介绍

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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Date蒙特卡罗方法第八章 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。Date蒙特卡罗方法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

2、又能普遍适用的抽样技巧 l 具有较强的绘图功能Date蒙特卡罗方法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。Date蒙特卡罗方法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Sta

3、nford Linear Accelerator 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。Date蒙特卡罗方法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。Date蒙特卡罗方法3.MCNP程序输入

4、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。Date蒙特卡罗方法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 Date蒙特卡罗方法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

5、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 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。Date蒙特卡罗方法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

6、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， 问题截断条件等。其它选择项Date蒙特卡罗方法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，PRI

7、NT，KCODE，MPLOT，ZA，ZB，和 ZC）其它选择项Date蒙特卡罗方法l 卡片格式INP输入文件的每一行（称之为一张卡片 ）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

8、后面的注释内容。Date蒙特卡罗方法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(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 180 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。Date蒙特卡罗方法

9、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。

10、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。Date蒙特卡罗方法l 列输入格式 列输入块的格式：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。15 列672 列S1 S2 SmK1D11 D12 D1mK2D21 D22 D2mKnDn1 Dn2 DnmDate蒙特卡罗方法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、

11、ESPLT、CUT和PERT。粒 子标识符由上述卡片名字后面的冒号、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:PDate蒙特卡罗方法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。Date蒙特卡罗方法l 输

12、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。Date蒙特卡罗方法l 检查几何错误MCNP在处理输入文件的数据时，不能检 查一种非常重要的输入错误。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

13、然 无法准确判断错误性质。Date蒙特卡罗方法l 栅元描述卡格 式 ：j m d geom params或 ：jLIKE n BUT listj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。Date蒙特卡罗方法在栅元的几何说明中，关于曲面的指向是 一个很

14、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 (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。Date蒙特卡罗方法非运算有两种形式： 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

15、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)Date蒙特卡罗方法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：带有粒子 标识符的IMP、VOL、PWT、EXT、FCL、 WWN、DXC、NONU、PD和TMP，以及关于 重复结构的4个栅元参数卡：U卡、TRCL卡、 LAT卡和FILL卡。在LIKE n BUT格式中，还有两个关键词 MAT和RHO，分别表示栅元的介质号和密度 。Date蒙特卡罗方法例如：10 16 -4.2 1 -2 3 IMP:N=4 IMP:P=8 表示栅元10由曲面1的正面、曲面2的负面和 曲面3的正面的交集组成，填充质量密度为 4.2 克 / 厘米3 的16号材料。该栅元的中子重要 性为4，光子重要性为8。例如：2 3 -3.7 -1 IMP:N=2 IMP:P=43 LIKE 2 BUT TRCL=1 IMP:N=10Date蒙特卡罗方法l 曲面描述卡 l 由方程定义曲面格 式 ：j n a listj曲面号，1 j 99999，写在第 1 5 列上。 如果曲面号前有*号，则该曲面 为反射面。 n对应坐标变换 卡TRn，表示该曲 面是在辅助坐标