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1、 MCNP-3B/PC 程序技术说明书 西安交通大学 一九九八年五月 前言 MCNP是美国 Los Alamos实验室应用理论物理部(X部)的Monte Carlo小组（X-6组） 研制的用于计算复杂三维几何结构中的粒子输运的大型多功能蒙特卡罗程序。 MCNP可用于计算中子、光子以及中子-光子耦合的输运问题，也可计算临界系统（包括次临界及超临界）的本征值问题。 MCNP可以处理任意三维材料结构的问题，栅元的界面可以是平面、二次曲面及某些特殊的四阶曲面（如椭圆环面）。栅元中的材料可由任意多种同位素组合而成。 MCNP使用精细的点截面数据。考虑了ENDF/B-V库给出的所有中子反应类型。对于热中子
2、，可选用自由气体及S(,)两种模型处理。对于光子，考虑了相干与非相干散射，并处理了光电吸收之后可能有的荧光发射及电子对产生后的就地轫致辐射光子。 MCNP的通用性很强，使用也较容易。它已为用户配置了多种标准形式的源，同时留有接口，允许用户定义自己的源。为方便用户对几何输入卡的检查，配备了几何绘图程序。MCNP的记数部分是精心设计的，除有标准类型的记数外，也为用户准备了接口，用户想要的任何物理量几乎都能够计算。MCNP中汇集了非常丰富的降低方差技巧，对截面数据也进行了广泛的收集。 MCNP在世界范围内得到广泛应用。MCNP程序已用于分析物理试验和反应堆设计；设计核保护无损检测系统、辐射屏蔽和核仪
3、器；计算材料活化和磁聚变中子学；进行临界分析；从事物理保健问题的研究等等。它可很好地用于跟踪计算、决定辐射剂量、物理实验、宇宙辐射模拟及辐射探伤研究等。 MCNP-3B完全是按照美国国家标准学会(ANSI)的标准FORTRAN77书写的，以前程序文本中依附于 Los Alamos软件及操作系统的内容大都于予以替换。广泛使用可调数组；也免除了很多原有的限制（如栅元及曲面数的限制等）。因此，MCNP-3B的可移植性很强，可以很方便地安装在CRAY、IBM、CDC、VAX、PRIME、SIEMENS、RIDGE、APOLLO和 SUN等各类计算机上运行。本程序为我们移植到微机上的版本称为MCNP-3
4、B/PC。 MCNP程序的理论基础及主要参考文献是Carter及Cashwell的书Particle-Transport Simulation with the Monte Carlo Method2。MCNP程序的最新版本是MCNP-4A6。 i目 录 第一章 几何描述与处理.1 1.l 栅元(Cell).l 1.1.1 用“交”运算定义栅元2 1.1.2 用“联”运算定义栅元2 1.1.3 用“余”运算定义栅元.3 1.2 曲面(Surface)5 1.2.1 虚设曲面.6 l.2.2 反射曲面.6 1.2.3 曲面的描述方法7 1.3 粒子飞行轨线的计算.7 1.4 体积与面积的计算.8
5、 1.4.1 对称体积与面积的计算8 1.4.2 不可计算的体积与面积.10 1.4.3 非对称的体积、面积之随机估计10 第二章 核反应的物理处理.12 2.l 截面数据12 2.1.l 中子截面数据.12 2.1.2 光子截面数据.13 2.1.3 中子热S(,)截面数据.14 2.1.4 中子剂量截面数据.14 2.2 核反应的模拟.14 2.2.1 粒子权重.14 2.2.2 粒子轨迹.14 2.2.3 源的描述及处理.15 2.2.4 中子反应.15 2.2.5 光子反应.22 第三章 基本物理量的记数.26 3.1 界面的粒子通量密度与流密度.27 3.2 平均通量密度记数.28
6、3.3 栅元中的能量沉积记数.28 3.4 探测器通量.29 3.4.1 点探测器.30 3.4.2 OMCFE探测器.32 3.4.3 环探测器.33 第四章 MCNP精度的估计.37 第五章 降低方差技巧37 ii5.1 几何分裂与轮盘赌.39 5.2 粒子的截断处理.40 5.2.1 能量截断.40 5.2.2 时间截断.40 5.2.3 权截断.41 5.3 指数变换.41 5.4 强迫碰撞.42 5.5 权窗.43 5.6 俘获的隐式处理.43 5.7 在探测点上的通量.44 5.8 DXTRAN44 5.9 能量分裂与轮盘赌.47 5.9.1 分裂.47 5.9.2 轮盘赌.47
7、5.10 源的偏倚抽样.47 5.10.1 能量偏倚47 5.10.2 方向偏倚47 5.11 相关抽样.49 第六章 临界计算.50 6.1 初始处理.50 6.2 输运计算阶段.50 6.3 增值因子.53 参考资料.54 iii第一章 几何描述与处理 MCNP能够处理任意的三维几何结构问题，各栅元可用笛卡尔坐标系下的一阶、二阶曲面及某些特殊的四阶曲面（如椭圆环曲面）所界定。笛卡尔坐标系由用户随意定义，但一般都采用右手系。而且，对于轴对称系统，常取Z轴作对称轴（并非必须）。 1.1 栅元(Cells) MCNP对问题的几何描述采用了组合几何的思想。但与 MORSE等程序的习惯作法不同，它并
8、不限于对有限几种预定形状几何体的组合，而是给用户以极大的灵活性。用于组合的几何体完全由用户通过输入卡自行定义。凡是以MCNP规定的曲面所界定的几何区域均可参与组合，组合的方法采用对空间点集的布尔运算：联（或）、交（与）和余（非）。 在定义栅元时，栅元对一个曲面的坐向是重要的概念。假如S=f(x,y,z)=0是所解问题中的一个界面方程。对几何空间中任意一个点(x,y,z)，若有f(x,y,z)=0，则称该点位于曲面s上。对于不在曲面s上的点，若有f(x,y,z)0，则称该点对于曲面s具有正的坐向；反之，f(x,y,z)y的一切点对该平面均具有正的坐向。 MCNP描述栅元的方法是：对每一栅元由用户给出一张栅元卡，在其上依次列出该栅元用户定义的序号、栅元中材料的序号、材料的密度，接着再列出若干曲面-栅元关系组；每组给出一个界定该栅元的曲面号。显然，该栅元由几个不同的曲面界定，便应有同样数目的关系组。栅元卡上列出的每一曲面，都将整个几何空间划分为两个区域，分别对这一曲面具有正的和负的坐向。而所列曲面号的正/负，恰好规定了该栅元选用的是正/负坐向区域。几何卡所描述的栅元就是由卡上选定的这样一些区域的交、联及/或余所组成。 几何空间进行分栅元的原则，不只是应使
