8.常用蒙特卡罗程序介绍

1、第八章第八章 蒙特卡罗方法应用蒙特卡罗方法应用程序介绍程序介绍l 蒙特卡罗方法应用软件的特点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常用的通用蒙特卡罗程序简介l MCNP程序简介程序简介蒙特卡罗方法应用软件的特点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具有灵活的几何处理能力l 参数通用化，使用方便参数通用化，使用方便l 元素和介质材料数据齐全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巧含有简单可靠又能普遍适用的抽样技巧1) 具有较强的绘图功能具

2、有较强的绘图功能常用的通用蒙特卡罗程序简介常用的通用蒙特卡罗程序简介 EGS程序程序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通用程序包程序包。由美国Stanford 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。 MCNP程序程序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10-11

3、MeV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。 Geant 4 程序程序Geant4(GEometry ANd Tracking，几何和跟踪)是由CERN(欧洲核子研究组织)基于C+面向对象技术开发的蒙特卡罗应用软件包，用于模拟粒子在物质中输运的物理过程。相对于MCNP、EGS等商业软件来说,它的主要优点是源代码完全开放源代码完全开放,用户可以根据实际需要更改、扩充Geant4程序。Geant4分为许多模块，分别负责处理几何跟踪，探测器响应，运行管理

4、，可视化和用户界面。对许多物理模拟来说，这意味可以在实现细节上花费较少时间，使得研究者可以立刻着手从事模拟工作中重要的方面。 网站：网站：http:/geant4.cern.ch/网站：网站：http:/geant4.web.cern.ch/geant4/support/download.shtml Geant4安装和运行的系统要求安装和运行的系统要求 1) 操作系统 Linux 2) C+编译器 g+ Geant4也可以在各种操作系统下安装, 例如Windows2000/XP, Linux, Sun等。 入门（入门（Introduction） 输入文件基础（输入文件基础（Input File

5、 Basics） 几何描述（几何描述（Geometry Definition） 源的描述（源的描述（Source Definition） 计数描述（计数描述（Tally Definition） 材料，物理成分和数据（材料，物理成分和数据（Materials, Physics & Data） 高级计数描述（高级计数描述（Advanced Tallies） 高级几何描述（高级几何描述（Advanced Geometries） 各种简化（各种简化（Variance Reduction） 临界问题（临界问题（Criticality）MCNP程序简介程序简介MCNPMCNP内容提要内容提要 入门（入门（

6、Introduction） 输入文件基础（输入文件基础（Input File Basics） 几何描述（几何描述（Geometry Definition） 源的描述（源的描述（Source Definition） 计数描述（计数描述（Tally Definition） 材料，物理成分和数据（材料，物理成分和数据（Materials, Physics & Data） 高级计数描述（高级计数描述（Advanced Tallies） 高级几何描述（高级几何描述（Advanced Geometries） 各种简化（各种简化（Variance Reduction） 临界问题（临界问题（Criticali

7、ty）MCNP入门入门 熟悉熟悉Unix或或Dos 运行运行MCNP 绘制绘制MCNP几何图象几何图象 MCNP输入文件结构输入文件结构熟悉熟悉Unix和和Dos 懂得怎样用Unix或Dos命令命令行运行MCNP 懂得MCNP文件名的惯例 能够使用绘图工具描述几何形状运行运行MCNP % mcnp i= o= options Options(选项）i 处理输入文件处理输入文件默认值p 绘图绘图x 处理截面默认值r 粒子传输默认值z 标绘计数结果 标绘截面运行运行MCNP % mcnp i= o= 选项 默认文件名默认文件名inp输入文件输入文件outpASCII输出文件输出文件runtpe二进

8、制重启文件 通过命令行改变默认值通过命令行改变默认值% mcnp inp=exl oupt= exlo runexlr% mcnp name=exl 练习练习1a 运行一次% mcnp i=demo1 什么文件被创建？ 再运行一次% mcnp i=demo1 这时候什么文件被创建？不要使用默认文件名不要使用默认文件名 始终清楚地定义文件名或者i=inName o=outName r=runNamen=baseNamei=inname n=baseOutName 这将会防止你覆盖先前地计算结果 这将会帮助你知道哪一个结果是正确的练习练习1b 运行一次% mcnp n=demo1 什么文件被创建？

9、 再运行一次% mcnp i=demo1 ndemo1_ 这时候什么文件被创建？绘制几何图象绘制几何图象 计算机上的二维几何图象显示 能够用来检查几何问题的很多方面：栅元和表面序号材料密度材料位置 几何错误用红色虚线显示 经常绘图检查几何结构练习练习2a 绘制图象 mcnp i=demo1 n= demo1_ ip概念图象放大全景显示改变方向验证材料，栅元，表面，密度等MCNPMCNP内容提要内容提要 入门（入门（Introduction） 输入文件基础（输入文件基础（Input File Basics） 几何描述（几何描述（Geometry Definition） 源的描述（源的描述（Sou

10、rce Definition） 计数描述（计数描述（Tally Definition） 材料，物理成分和数据（材料，物理成分和数据（Materials, Physics & Data） 高级计数描述（高级计数描述（Advanced Tallies） 高级几何描述（高级几何描述（Advanced Geometries） 各种简化（各种简化（Variance Reduction） 临界问题（临界问题（Criticality）输入文件基础输入文件基础 了解了解MCNP中的物理单位中的物理单位 了解了解MCNP输入文件三个主要部分输入文件三个主要部分 了解了解MCNP输入文件的格式规定输入文件的格式规

11、定 了解了解MCNP输入文件的简写特点输入文件的简写特点MCNP中的物理单位中的物理单位长度厘米能量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 MCNP输入文件输入文件 标题卡标题卡 栅元卡栅元卡要求空行分隔 曲面卡曲面卡要求空行分隔 数据卡数据卡推荐空行作为结束MCNP输入文件输入文件Demoproblem#1forNEEP602MCCourse(Spring2002)C Cell cardsC cell# Mat# Dens Surface

12、combinations1 1 -1 -12 2 -5 -23 0 1 2 -34 0 3C Surface cards1 sph 3 0 0 22 sph -2 0 0 13 sph 0 0 0 15C Data cardsIMP:n 1 1 1 0m1 1001 2.0 8016 1.0m2 3007 1.0sdefnps 10000MCNP输入文件格式输入文件格式 每行最多每行最多80个字符个字符 不含控制字符，比如：Tab 注释行注释行：标题卡之后的任何位置都可插入第一列是字母“C”，且随后四个空格从输入数据之后的$符号后开始 以上三种情况可以单独或同时存在输入简写输入简写 nR：表示

13、将它前面的一个数据重复n遍例如：2 4R = 2 2 2 2 2 nI：表示在与它前后相邻的两个数之间插入n个线性插值点。例如：1 5I 7 = 1 2 3 4 5 6 7 xM：表示它前面的数据与x之积例如：5 4M = 4 20 nJ：表示从它所在位置跳过n项不指定的数据而使用缺省值。输入简写规则输入简写规则 如果n(R,I,J)中的n缺省，则假设n=1。 如果xM中的x缺省，则致命错误。 nR前面必须放有一个数或由R或M产生的数据项。 nI前面必须放有一个数或由R或M产生的数据项，后面还要跟有一个常数。 xM前面必须放有一个数或由R或M产生的数据项。 nJ前面可以放除了I以外的任何内容。

14、MCNPMCNP内容提要内容提要 入门（入门（Introduction） 输入文件基础（输入文件基础（Input File Basics） 几何描述（几何描述（Geometry Definition） 源的描述（源的描述（Source Definition） 计数描述（计数描述（Tally Definition） 材料，物理成分和数据（材料，物理成分和数据（Materials, Physics & Data） 高级计数描述（高级计数描述（Advanced Tallies） 高级几何描述（高级几何描述（Advanced Geometries） 各种简化（各种简化（Variance Reducti

15、on） 临界问题（临界问题（Criticality）MCNP几何描述几何描述 几何基础几何基础 快速开始快速开始 曲面曲面 组合曲面组合曲面 Macrobodies 栅元特性栅元特性 例子例子几何基础几何基础 懂得四种定义曲面的方法 懂得怎样由曲面创建栅元 了解Macrobodies的定义细节 懂得进行曲面变换 懂得何时使用特殊曲面几何基础几何基础 “universe”根据材料和特性被分成不同的区域 整个无穷的universe必须包括在几何模型之内 几何的基本单位是栅元几何的基本单位是栅元 所有的栅元都由闭合曲面定义所有的栅元都由闭合曲面定义 所有的曲面都能将universe分成两部分曲面曲面

16、 由方程定义 曲面由方程及参数确定曲面由方程及参数确定 例如： 一个球心在原点半径为R的球 j so R 平行于y轴半径为R的圆柱j c/y x z R 垂直于z轴的平面j pz z栅元中的复合曲面栅元中的复合曲面 栅元中的点和曲面的关系通过栅元对曲面的坐向栅元对曲面的坐向联系起来：“+”和“-”曲面将universe分为两个半区 布尔算符将不同的半区与创建的栅元联系起来 交（交（Intersection) 联（联（Union) 余（余（Complement)坐向坐向 栅元中所有的点都通过坐向与定义栅元的曲面联系起来。坐向说明了栅元中的点在曲面的那一边坐向说明了栅元中的点在曲面的那一边 + 正

17、的坐向正的坐向 对于开放曲面（平面)，点在曲面的坐标轴正方向； 对于封闭的曲面（球，圆柱等），点在曲面以外。 - 负的坐向负的坐向 对于开放曲面（平面)，点在曲面的坐标轴负方向； 对于封闭曲面（球，圆柱等），点在曲面以内。栅元的复合曲面：交（交（Intersection) 同时满足两个坐向的空间 算符输入：在两个曲面号中用空格2 1只表示同时满足坐向+2和坐向-1的空间区域栅元的复合曲面：联（联（Union) 任意满足两个坐向之一的空间 算符输入：在两个曲面号中用冒号:2:1表示任意满足坐向+2和坐向-1之一的空间区域栅元的复合曲面：余（余（Complement) 表示栅元之外的空间 算符输入

18、：在曲面号前用#5表示栅元5之外的空间n余以后的区域可以和 其他区域进行交和并的运算n-2 #5代表曲面2之内且在曲面5之外的区域。栅元栅元C cell# Mat# Dens Surface combinations1 1 -1 -12 2 -5 -23 0 1 2 -34 0 3练习练习 截面测量实验 中央有一个圆柱孔(R=2cm)的铍球(R=25cm)。 孔的中央有一个氚靶（厚0.5cm，R=2cm） 铍球嵌在半径为40cm的混凝土球壳内。四类四类MCNP曲面曲面 方程定义曲面方程定义曲面 平面，球，圆柱，圆锥，圆环，任意的二次曲面 Macrobodies 基于闭合图元的复杂曲面 用点定义

19、对称曲面用点定义对称曲面 平面，线性曲面或二次曲面 由三个点定义一般平面由三个点定义一般平面 一般平面MCNP曲面：方程定义曲面：方程定义 基本格式（Chapter 3, section III.A, Table 3.1, p 3-12) j n a listj：曲面号：19999n：缺省值为0，表示不进行任何坐标变换 0：用TRn卡对曲面坐标变换 0：曲面j是伴随曲面n的周期边界a：方程助记名list：方程描述的数据项MCNP曲面：圆锥曲面：圆锥 圆锥的等式定义了两个“叶”。 参数中额外的条目是用来区分“正叶”和“负叶”的 只有在圆锥平行于轴的时候才有效MCNP曲面：曲面：Macrobodi

20、es 有限的“模块”构成的曲面（Chapter 3, Section III.D, Table 3.1, p 3-12) BOX任意指向的正交框 RPP直角平行六面体 所有的表面垂直于各自的轴 SPH球 与方程表示的球是一样的 RCC直圆柱体 轴与底面垂直，但是方向任意 RHP(HEX)直六面棱柱 与RCC相似但底为任意的六边形MCNP曲面：曲面：Macrobodies “坐向”与其他封闭曲面相类似 + 正的坐向，点在曲面以外。 - 负的坐向，点在曲面以内。 能够与其他类型的曲面相复合 从能够被分别索引的“面”构造Macrobody 的的“面面” 面是按顺序编号的（见说明书page 3-21）

21、 参考使用Macrobody编号和“面”编号 Macrobody RCC的圆柱侧面 j=5 5.1 Macrobody RPP的ymax平面 j=10 10.3MCNP曲面：曲面：用点定义对称曲面用点定义对称曲面 用面上的一到三个点描述，且面关于X,Y或Z轴对称。 每一对坐标点定义曲面上的一个点 第一个坐标：点离轴的距离 第二个坐标：点离轴的半径MCNP曲面：曲面：用点定义对称曲面用点定义对称曲面 一个点：定义一个平面 两个点：定义平面或者线性曲面（圆柱、圆锥）n三个点：定义平面、线性曲面或者二次曲面（球或者一般的二次曲面）n所有的点都在同一叶上n所有的叶必须是可定义的如平面、线性曲面或者二次

22、曲面MCNP曲面：用三点定义平面曲面：用三点定义平面 任意三点定义一个平面 所产生的平面方程系数遵循原则 原点是负方向 (0,0,)是正方向 (0,0)是正方向 (,0,0)是正方向致命错误曲面坐标变换曲面坐标变换 TRn坐标变换卡坐标变换卡 TRn Ox Oy Oz Bxx Byx Bzx Bxy Byy Bzy Bxz Byz Bzz M n：变换号，与曲面匹配 Ox Oy Oz，变换的原点位移矢量 Bxx Bzz变换的旋转矩阵（余弦或度 *） M 1意味着位移矢量是辅助坐标系的原点在基本坐标系定义的位置 1意味着位移矢量是基本坐标系的原点在辅助坐标系定义的位置曲面坐标变换曲面坐标变换 有

23、时候对标准曲面进行坐标变换比直接定义一个复杂曲面更加容易 例子：轴平行于(1,1,0)的圆柱 怎样直接写出等式定义？ 替代方法 用等式定义x轴的圆柱 进行45度角的变换练习练习 继续上一章的练习 使用macrobodies将混凝土球壳替换成立方体 在铍球内使用圆锥形孔代替圆柱孔，在靶处半径2cm，外表面半径4cm。混凝土球壳处仍为半径4cm的圆柱孔。 需要用到半径1cm，与原来的孔夹角为60度的圆柱孔进行检验 这个检验孔是号角状的，靠近靶处半径1cm，靠近铍球表面处半径2cm，中间半径1.2cm。MCNP栅元：栅元基本特性栅元：栅元基本特性 栅元不仅仅是指几何形状，还包括 材料：定义栅元中用来

24、输运和反应的截面 重要性： 基本用途：把无用的universe和物理模型分离开来 高级用途：改进问题的统计结果MCNP栅元：材料定义栅元：材料定义 Mn材料卡在输入文件的数据卡部分（见pg 3-108) 提供了材料所含元素或同位素的原子比例或重量百分比 Mn zaid1 frac1 zaid2 frac2 zaidn fracn n材料号，与栅元卡中条目匹配 zaid根据原子序数和原子量定义的同位素ID 通常：zaid=Z*1000+A A=0，代表天然元素 对于特殊的截面库有可选条目 zaid.xsid frac元素在材料中的原子比例或重量百分比（若为负值) MCNP将会自动归一化MCNP栅

25、元：材料定义示例栅元：材料定义示例 M1 92235 4.5 92238 95.5 8016 13.5 含丰度为4.5%的铀235的氧化铀（核燃料） M25 7000 78 8000 21 空气的近似 M1 1001 0.5 8016 0.25 6012 0.25 少量的杂质一般是不重要的 钢含有23种不同的元素 M4 26000 88.8 24000 9 74000 2 25000 0.5 14000 0.25 6000 0.1MCNP栅元：重要性栅元：重要性 每个栅元都有重要性 标准的重要性为1 不同的数值用来表示重要性的递减 如果重要性为0，粒子在此栅元中不予考虑 终结粒子历史 剩下的u

26、niverse重要性为0MCNP栅元：重要性的定义栅元：重要性的定义 IMP: n, IMP: p, IMP: e, IMP: n,p 等 两种方法定义重要性 在栅元描述卡中，曲面描述之后定义 1 3-8-1 2 # (-3 5) IMP: n=1 4 0 1 : -4 5IMP: n=0 作为数据卡，每个栅元对应一个数字 IMP: n 1 1 1 0$ For 4 cells整个历史的描述整个历史的描述 源的定义 这是必须的:没有源就没有粒子 问题截断条件 可选的:没有截断条件，问题将永远计算下去 计数 可选的:没有计数就不会知道任何计算结果源的描述源的描述 通用源卡 SDEF 定义了如下内

27、容 粒子在哪里创建 栅元，曲面，(x,y,z) 粒子在何时创建 粒子的能量和方向 粒子权重 粒子类型 默认值 在零点零时刻创建，E=14MeV，各向同性，权重为1问题截断卡问题截断卡 两种主要的截断 粒子数目NPS 计算时间CTME （以分为单位） 个别粒子的其他截断 CUT对每个粒子定义了最大时间，最小能量等 ELPT对每个栅元定义了最小能量计数计数 用来提供物理量的估计计数 Fn: a j1 j2 j3 jN T n计数号，最后一位定义计数类型 a计数粒子标志符：n, p, e ji计数所在的区域 T可选：所有计数区域合集的计数计数类型计数类型 表面计数表面计数 1穿过曲面的积分流量 2穿

28、过曲面的平均通量 栅元计数栅元计数 4一个栅元的平均通量 6一个栅元的平均沉积能量 7一个栅元的平均裂变沉积能量 特殊计数特殊计数 5一个点或环探测器的通量 8一个脉冲幅度探测器的通量练习练习 以前面的问题为基础建立完整的模型 加入材料定义和栅元重要性 加入默认源 计算100000个粒子 对铍球外表通量计数MCNP几何总结几何总结 四种定义曲面的方法 方程，macrobodies，一般平面，对称旋转 逻辑算符把曲面与栅元联系起来 逻辑算符：交，并，余 栅元说明还需要材料和重要性 macrobodies是由“面”构成的 “面”类似其他曲面，但被内在描述 曲面可以任意进行坐标变换MCNPMCNP内

29、容提要内容提要 入门（入门（Introduction） 输入文件基础（输入文件基础（Input File Basics） 几何描述（几何描述（Geometry Definition） 源的描述（源的描述（Source Definition） 计数描述（计数描述（Tally Definition） 材料，物理成分和数据（材料，物理成分和数据（Materials, Physics & Data） 高级计数描述（高级计数描述（Advanced Tallies） 高级几何描述（高级几何描述（Advanced Geometries） 各种简化（各种简化（Variance Reduction） 临界问题（

30、临界问题（Criticality）MCNP源的定义源的定义 源的粒子特性源的粒子特性 独立分布独立分布 体积源和曲面源体积源和曲面源 内嵌函数内嵌函数 非独立分布非独立分布 源的检查源的检查学习目标：源学习目标：源 知道粒子源必要的增殖特性 能够使用各种独立的样本分布 能够在笛卡尔坐标，柱坐标和球坐标下定义体积源和球面源 懂得使用内嵌的PDF函数 能够使用非独立样本分布 能够检查使源的产生正确源的描述源的描述 通用源卡 SDEF 定义了如下内容 粒子在哪里创建 栅元，曲面，(x,y,z) 粒子在何时创建 粒子的能量和方向 粒子权重 粒子类型 默认值 在零点零时刻创建，E=14MeV，各向同性，

31、权重为1通用源卡基本语法通用源卡基本语法(1) SDEFvar1=spec1 var2=spec2 标量向量(x y z)位置X, Y, ZPOS时间TME能量ERG方向DIRVEC权重WGT类型PAR几何约束CEL, SUR通用源卡基本语法通用源卡基本语法(2) 变量说明有三种形式 显值 ERG=2 能量为2MeV 分布号 ERG=D1 能量由1号分布定义 相关分布 ERG FPOS D2 能量是位置的函数，且从分布2抽取源的粒子类型源的粒子类型 只允许一种粒子 PAR= (必须清楚，且没有分布） 1中子 2质子 3电子 MODE卡（问题类型卡）必须支持粒子类型 默认值是MODE卡支持的最小

32、数字独立分布独立分布 四种概率分布 柱状图柱状图独立分布独立分布 四种概率分布 柱状图 离散的离散的独立分布独立分布 四种概率分布 柱状图 离散的 分段线性分段线性独立分布独立分布 四种概率分布 柱状图 离散的 分段线性 复合复合源信息卡源信息卡 SIn type I1 I2 Ik n分布号 type(类型） H: 柱状直方分布 L: 离散的源变量值 A: 线性分段值 S: 复合值 Ik依赖于类型的源变量值或分布号 H: 直方图分布的箱边界 L: 离散的源变量值 A: 定义概率分布的点 S: 次分布号源概率卡源概率卡 SPnoptionP1 P2 Pk n分布号 option(说明） 空格:

33、H或者L分布的箱概率，A分布的概率密度 D: H或者L分布的箱概率 C: H或者L分布的积累箱概率 V: 对于栅元分布 概率与栅元体积成正比（乘以Pi） Pi源变量概率直方分布直方分布 Ik定义直方分布箱的边界 必须单调上升 Pk定义下列任何一种 每一个箱的相对概率 每一个箱的积累概率 P1必须是0 MCNP将会对Pi重新归一直方分布示例直方分布示例 在(-1,1)之间的均匀分布SI1 -1 1SP1 01 五个箱且中间的概率最大SI1 H -1 -.6 -.2 .2 .6 1SP1 D 012321 与上相同,使用累计概率SI1 -1 -.6 -.2 .2 .6 1SP1 C 013689离

34、散分布离散分布 Ik定义离散变量值 不需要单调上升 Pk定义下列任何一种 每一个值的相对概率 每一个值的积累概率 MCNP将会对Pk重新归一离散分布示例离散分布示例相同的边界分布SI1 L -1 1SP1 -1 1五个值且中间的概率最大SI1 L -1 -.5 0.5.1SP1 D1 2 3 2 1与上相同,使用累计概率SI1 L -1 -.5 0.5.1SP1 D1 3 6 8 9向量分布SI1 L0 0 01 1 12 3 49 8 7SP1 1 2 1 3分段线性分布分段线性分布 Ik定义分段线性分布的点 必须单调上升 分段线性区间的最小值和最大值 Pk定义分段线性区间每一点上的值 Pk

35、和Pk通常为0，但不做要求 MCNP将会对Pk重新归一 在点之间的概率分布是线性内插的线性内插分布示例线性内插分布示例 从0到1的倾斜分布SI1 A 0 1SP1 0 1 锯齿分布SI1 A -1 -.5 0 .5 1SP1 0 1 0 1 0 余弦平方分布近似SI1 A0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1SI1 1 0.90 0.65 0.35 0.10 0 0.10 0.35 0.65 0.90 1定义源的位置定义源的位置 体积源可以在三种坐标系统内定义 直角坐标,柱坐标,球坐标 表面源可以定义为 简化的体积源,具有曲面特征 位置的取样以源的类型为

36、基础 源的位置约束在特殊的栅元或曲面内直角坐标下的体积源直角坐标下的体积源 提供X,Y,Z的分布 例子： 在222的箱内的均匀源SDEF X=D1 Y=D2 Z=D3SI1-11SP1 0 1SI2-11SP2 0 1SI3-11SP3 0 1直角坐标下的体积源直角坐标下的体积源 在222的箱内特殊的非自然分布SDEF X=D1 Y=D2 Z=D3SI1-101SP1 0 1 2SI2A-11SP2 01SI3A-101SP3 010柱坐标下的体积源柱坐标下的体积源 SDEF变量 POS，AXS，RAD，EXT 圆柱的轴沿着AXS方向通过POS 在一个以RAD的抽样值为半径的圆上均匀抽取粒子的

37、位置 圆位于在离开POS的一定距离且垂直于AXS的一个平面上，这个距离是EXT的抽样值柱坐标下的体积源柱坐标下的体积源 柱坐标下源的缺省取样 EXT均匀取样 RAD幂函数取样正比于r1 一般举例 均匀圆柱表面源 在SIn卡上填写两端离POS的距离EXT 在SIn卡上填RAD的内半径和外半径 圆柱体积源 表面的内半径为0柱坐标下的体积源举例柱坐标下的体积源举例 2cm长的燃料芯块均匀源，中心在原点，轴为X轴，直径1cmSDEF POS=0 0 0 AXS=1 0 0 EXT=D1 RAD=D2SI1-11SP1 0 1SI2 00.5SP2 -21 1 上列燃料芯块外表面的均匀源SDEF POS

38、=0 0 0 AXS=1 0 0 EXT=D1 RAD=D2SI1-11SP1 0 1SI2 0.40.5SP2 -21 1柱坐标下的体积源举例柱坐标下的体积源举例 仍为上列燃料芯块，中心(2,3,4)，沿(1,1,1)方向SDEF POS=2 3 4 AXS=1 1 1 EXT=D1 RAD=D2SI1-11SP1 0 1SI2 00.5SP2 -21 1球坐标下的体积源球坐标下的体积源 SDEF变量 POS，RAD 不允许指定AXS和X,Y,Z 球心在POS RAD为从球心到粒子均匀取样位置的距离 RAD默认值为正比于r2的幂函数球坐标下的体积源举例球坐标下的体积源举例 球心在原点，直径1

39、cm的均匀源SDEF POS=0 0 0 RAD=D2SI2 00.5SP2 -21 2 上面均匀源的外壳SDEF POS=0 0 0 RAD=D2SI2 0.40.5SP2 -21 2 在三个不同位置的类似均匀源SDEF POS=D1 RAD=D2SI1 L0 0 02 3 4-5 4 3SP1 1 1 1SI2 0.40.5SP2 -21 2曲面源曲面源 曲面源可以看作简化的体积源 曲面说明不是必需的，但是 注意：不要在几何曲面上创建曲面源而不进行说明，所以要 指明几何曲面SUR=n，或者 把曲面源定义在未说明的几何结构之外 对曲面说明后，MCNP将不会再次检查是否从该曲面取样平面曲面源平

40、面曲面源 直角坐标下的源分布 X，Y和Z，必须定义平面曲面SUR上的点 应该定义源的方向VEC 圆形的源分布 POS定义分布的中心 RAD定义分布半径 SUR或AXS定义平面平面曲面源举例平面曲面源举例 22的箱均匀表面源SDEF X=D1 Y=D2 Z=1 SUR=3.6SI1-11SP1 0 1SI2-11SP2 0 1 R=2的圆柱侧面表面源SDEF SUR=4.3 POS=0 0 0 RAD=D1 SI11$ 默认取样正比于r球表面源球表面源 没有表面说明时 RAD为定值的简化的体积源 不允许指定AXS和EXT 区域内均匀分布 有表面说明时 RAD不需要 AXS和EXT说明非均匀分布特

41、点柱表面源柱表面源 只看作简化的体积源 指明RAD的定值 不能用SUR= 否则出现致命错误 例子： 长2cm，半径2cm，中心在原点沿X轴的圆柱测表面均匀源SDEF POS=0 0 0 AXS=1 0 0 EXT=D1 RAD=2.01SI1-11SP1 0 1点源点源 两个方法说明点源的位置 X,Y,Z POS 对于多个点源,X,Y,Z要求独立分布 此时推荐使用POS POS分布：SI1 L0 0 0 1 1 1 2 3 4 9 8 7SP1 1 2 1 3内部函数内部函数(Build-in PDFs) 对于一些源变量，可以使用内部函数 SPn f a b n 分布号 f 内部函数识别符 a

42、 b内部函数参数 只能用于特定的变量 参见特殊的缺省值和快捷方式源的方向源的方向n DIR：cos，是VEC和粒子飞行 方向的夹角余弦nVEC：DIR的参考矢量源的方向默认值源的方向默认值 对于体积源（SUR=0) VEC：缺省时产生各向同性分布 DIR：由各向同性均匀抽取 对于曲面源（SUR不等于0) VEC：垂直于曲面，曲面用NRM表征 DIR：在0到1之间由余弦分布抽取的线性样本源方向举例源方向举例 沿X轴的激光束SDEFVEC=1 0 0 DIR=1 沿X轴方向上有向前的最大辐射的靶SDEFVEC=1 0 0 DIR=D1SI101SP1 -215复合的独立分布复合的独立分布 Ik定义

43、各级各个分布的离散变量值 Ik0：使用变量的默认值 Pk定义各级各个分布的概率 MCNP将会对Pk重新归一 各个分布可以是独立的分布，也可以又是另外的复合分布，最高可以有20级。复合分布举例复合分布举例 辐射能谱通常既有离散能谱又有连续能谱。复合分布举例复合分布举例 辐射能谱通常既有离散能谱又有连续能谱。SI1SD2D3SP10.60.4SI2A00.511.92.0SP2111.21.50SI2L0.60.89 1.32SP22110相关源分布相关源分布 一个源变量可能与另一个源变量值的选取有关 DSnoption J1 J2 Jk n分布号 option(说明） 省略或H: 直方分布 L:

44、 离散值 S: 复合值 Jk依耐于类型的源变量值或分布号 H: 直方图分布的箱边界 L: 离散的源变量值 S: 次分布号相关源分布相关源分布 DSn T I1 J1 I2 J2 Ik Jk n分布号 Ik独立变量的离散值 Jk相关变量的离散值 如果找不到匹配的独立变量的抽样值，那么相关变量取它的缺省值 当相关变量取缺省值时，通常使用T选择相关源分布相关源分布 DSn Q V1 S1 V2 S2 Vk Sk n分布号 Vk独立变量的箱边界 单调上升 Vk的最大值必须不小于独立变量可能的最大值 Sk相关变量的分布号 如果独立变量的样本抽取值在Vk-1和Vk之间时,由Sk分布抽取相关变量的值 如果S

45、k=0,使用变量的缺省值 独立变量使用内部函数时必须采取Q选择相关源分布举例相关源分布举例 能量不同的两个点源SDEFPOS=D1ERG=FPOS=D2SI1L 5 0 0-5 0 0SP1 1 1DS2L 5 10 基于能量的不同角分布SDEFERG=D1DIR=FERG=D2SI1 H026SP1 0 0.2 1DS2S 3 4栅元舍弃栅元舍弃 怎样从不规则形状的栅元体中均匀抽样？ 直角坐标下体积源：CEL=3Cookie-cutter舍弃舍弃 怎样从不规则形状的表面区域均匀抽样？ 定义一个特殊的栅元以适当的形状与曲面相交 CCC=n关于源的舍弃关于源的舍弃 在取样以后(使用X,Y,Z或P

46、OS,RAD,EXT确定位置） 如果(x,y,z)在栅元之外，舍弃并重新取样 源变量EFF给定了取样效率的下限 如果粒子接受率小于EFF,问题放弃 默认值：0.01 Cookie-cutter栅元不能取为问题中描述的真的几何形状源的检查源的检查 PRINTX1X2X3数据卡 如果PRINT卡（输出打印卡）不给出 则产生最小的基本输出 如果Xi不给出 则产生最大输出 如果Xi大于0 则产生最小基本输出和Xi列表 如果Xi小于0 则产生最大输出和Xi列表 见说明书3-135的表格 表110给出了前50种源粒子MCNP源的总结源的总结 MCNP给出了大量的灵活的定义源的方法 不同方式的独立分布 复合

47、分布 相关分布 内部函数 栅元舍弃和Cookie-cutter舍弃 源的定义很复杂，必须经常检查MCNPMCNP内容提要内容提要 入门（入门（Introduction） 输入文件基础（输入文件基础（Input File Basics） 几何描述（几何描述（Geometry Definition） 源的描述（源的描述（Source Definition） 计数描述（计数描述（Tally Definition） 材料，物理成分和数据（材料，物理成分和数据（Materials, Physics & Data） 高级计数描述（高级计数描述（Advanced Tallies） 高级几何描述（高级几何描述

48、（Advanced Geometries） 各种简化（各种简化（Variance Reduction） 临界问题（临界问题（Criticality）MCNP计数描述计数描述 基本计数基本计数 计数箱计数箱 计数分段计数分段 计数乘子计数乘子 计数箱乘子计数箱乘子/归一化归一化 计数标记计数标记 计数输出优化计数输出优化MCNP计数计数 知道怎样选择正确的计数类型 能定义计数箱 能在几何上对计数分段 知道使用计数乘子和找到乘子因子 知道使用计数标记 能够优化计数输出 能够在运行时输出计数Fn计数卡计数卡 计数标签给出了物理量的估值 Fn: a j1 (j2 j3) jN T n计数号,其最后一位

49、定义类型 a计数粒子类型n,p,e jN 计数区域 T可选：所有计数区域的总数或平均数 括号内的项给出这些区域的总数或平均计数计数类型计数类型 表面计数表面计数 1穿过曲面的积分流量 2穿过曲面的平均通量 栅元计数栅元计数 4一个栅元的平均通量 6一个栅元的平均沉积能量 7一个栅元的平均裂变沉积能量 特殊计数特殊计数 5一个点或环探测器的通量 8一个脉冲幅度探测器的通量计数单位计数单位计数类型 Fn单位*Fn单位F1：曲面流量曲面流量粒子MeVF2：曲面通量曲面通量粒子/cm2MeV/cm2F4：栅元通量栅元通量粒子/cm2MeV/cm2F5：探测器通量探测器通量粒子/cm2MeV/cm2F6

50、：能量沉积能量沉积MeV/gJerk/gF7：裂变能量沉积裂变能量沉积MeV/g Jerk/gF8：脉冲幅度脉冲幅度pulseMeV计数和计数和Macrobodies 不能在整个macrobody曲面上计数 必须使用单独的“面”或者面的集合 如果曲面5是macrobody的RCC(直圆柱体） F1:n 5将是错误的 F1:n (5.1 5.2 5.3）才是正确的 在某些情况下，消除的曲面（eliminated surface)不能用来计数（或者描述源） 如果曲面2.3因为与另一个曲面相同而被消除，那么 SUR=2.3在SDEF卡中错误 F1:n 2.3在计数中错误定义计数箱定义计数箱 在缺省情

51、况下，计数是对所有能量、时间、角度、位置的平均积分 用户可以定义下列每个量的计数箱 能量箱能谱 余弦/角度箱角度分布 时间箱瞬时特性 分段箱空间分布能量、时间和余弦箱能量、时间和余弦箱En E1 E2 EkCn C1 C2 CkTn T1 T2 Tk n计数号 n0时对于所有计数给出箱的缺省值 余弦箱只在类型1时有效 Ei 第i个能量箱的上限 Ci第i个余弦箱的上限（ C1-1） Ti第i个时间箱的上限 MCNP将会自动给出时间箱和能量箱计数总和 在余弦卡末尾填写T也可得到计数总和计数分段计数分段 通过几何划分对计数进行空间分段 FSnS1 S2 Sk T n计数号 Si标记的几何曲面 T可选

52、的总的计数箱 应用于计数n的每一个栅元或曲面 可以要求SDn卡定义分段体积或面积理解计数分段理解计数分段FS（分段计数）卡上的k个曲面将会创建k1个分段体积或曲面n相对于曲面S1的坐向与数符相同的部分n相对于曲面S2的坐向与数符相同的部分但在先前分段已记录过的部分除外n相对于曲面Sk的坐向与数符相同的部分，但在先前分段已记录过的部分除外nk+1所有其余部分1.k+2 如果在FSn卡上有字符T，给出整个栅元或曲面的计数计数分段的面积计数分段的面积/体积体积SDn (D11 D12 D1m) (D21 D22 D2m) (Dk1 Dk2 Dkm) n计数号 k计数卡上的栅元或曲面数目 m计数卡上的

53、分段数目 Dij第I个栅元或曲面上的第j个分段的面积，体积或质量 在MCNP不能自动计算体积或面积时必须使用此卡计数乘子计数乘子 FMn(bin set1) (bin set2) T n计数号 (bin set i):箱组i,(乘子组1)(乘子组2)衰减器组) T：可选项，给出所有箱的总计数 用来计算以下列形式的通量函数表示的量C(E)R(E)dE 在这里R(E)是一个算子，表示加或乘上一个响应函数（例如截面）计数乘子组计数乘子组 乘子组 Cm (reactor list 1) (reactor list 2) C增殖常数 对于计数类型4且C-1，则使用C=a m在材料卡上标识的材料号 rea

54、ctor list i：反应表i，由空格（表示乘）和或冒号（表示加）分开的反应号 乘在加之前运算，且反应表内不允许括号 (R1 R2:R3) = (R1*R2)+R3 (R1 R2:R1 R3) = (R1*R2)+(R1*R3) = R1*(R2+R3) 计数乘子是C.R一些计数乘子反应号一些计数乘子反应号中子中子光子光子-1 总的截面-1 非相干散射截面-2 吸收截面-2 相干散射截面-3 弹性散射截面-3 光电截面-4 平均加热数-4 对生成截面-5 产生截面-5 总截面-6 总裂变截面-6 光子加热数-7 裂变-8 裂变Q其它反应号见附录G16 (n,2n)的ENDF反应号17 (n,

55、3n)18 (n,f)计数衰减器组计数衰减器组 衰减器组 C -1 m1 px1 m2 px2 C增殖常数 mi材料号 pxi密度乘以衰减材料厚度 正值表示原子密度 负值表示质量密度 用计数乘子Ce-.px模拟粒子在衰减器中行为 只有衰减材料较薄，不考虑散射效应时这样考虑特殊的计数乘子特殊的计数乘子 特殊乘子组 c-k c增殖常数 k特殊计数乘子 11/权重 给出径迹数 21/速度 给出中子总数乘子箱乘子箱EmnME1 ME2 MEkCMnMC1 MC2 MCkTMnMT1 MT2 MTk n计数号 n0时对于所有计数给出箱的缺省值 余弦箱只在类型1时有效 MEi：适用于能量箱i的乘子 MCi

56、：适用于余弦箱i的乘子(c1-1) MTi：适用于时间箱i的乘子箱的归一化箱的归一化 乘子箱的一个主要用途是通过箱的宽度进行归一化 标准箱对于每一个箱提供了全部的直方分布 通过箱的宽度进行划分可以产生下列结果： 每单位能量能量箱 每单位立体角余弦箱 每单位时间时间箱计数标记计数标记 CFnC1 C2 Ck SFnS1 S2 Sk n计数号 当n=0时对于所有计数使用默认标记 Ci栅元标记编号 Si曲面标记编号 当任何一个粒子离开栅元Ci或者穿过曲面Si时，把粒子轨迹打上标记 可以标记的光子是由带标记的中子产生的光子修改计数输出（打印层次卡）修改计数输出（打印层次卡） FQna1 a2 ak n

57、计数号 计数箱类型编码（按照默认顺序) F栅元，曲面或探测器 D直接或者带标记 U用户 S分片断 M乘子 C余弦 E能量 T时间 最后两项所对应的计数箱将做成一个表，分别对应表的竖向和横向。修改计数输出修改计数输出 如果指定了计数箱类型编码的子集，子集将会被放置到卡的末尾，而在它前面按照缺省次序安排未指明的字母 FCn计数注释卡 可在输出文件中打印注释信息 在计数被修改以后特别有用交互式计数显示交互式计数显示 MCNP可以暂停以检查计数的中间状态（见附录B） Tallyn 将计数n设为当前计数以测绘 Freeq 设置变量qF D U S M C E T为X轴 Fixedqn 测绘变量q F D

58、 U S M C E T的计数箱n LINLIN或者LOGLIN：切换Y轴的对数坐标关于计数的更多主题关于计数的更多主题 环形探测器 探测器响应函数 微扰 计数涨落绘制 计数特殊处理MCNP计数总结计数总结 MCNP提供了一些物理量的计数 能量箱，时间箱和角度箱便于进行更细致的分析 计数分段允许存在简单的空间相关性 计数乘子可以计算更多的物理量 计数可以在计算过程中检测，而且其结果可以以不同顺序输出MCNPMCNP内容提要内容提要 入门（入门（Introduction） 输入文件基础（输入文件基础（Input File Basics） 几何描述（几何描述（Geometry Definition

59、） 源的描述（源的描述（Source Definition） 计数描述（计数描述（Tally Definition） 材料，物理成分和数据（材料，物理成分和数据（Materials, Physics & Data） 高级计数描述（高级计数描述（Advanced Tallies） 高级几何描述（高级几何描述（Advanced Geometries） 各种简化（各种简化（Variance Reduction） 临界问题（临界问题（Criticality）MCNP中的各种约简中的各种约简 各种约简的语法各种约简的语法 截断 数目控制 调整取样 部分确定性 常见问题常见问题能量和时间截断能量和时间截断

60、 CUT：n T E WC1 WC2 SWTM n粒子类型：N为中子，P为光子，E为电子 T最高截断时间，以刹为单位 E最低截断能量，以MeV为单位 当粒子的寿命超过T时就被杀死 当粒子的能量小于E时就被杀死 缺省值缺省值 中子：中子：T为无限大值，为无限大值，E0.0MeV 光子：光子：T为中子寿命，为中子寿命，E0.001MeV 电子：电子：T为中子寿命，为中子寿命，E0.001MeV权重截断权重截断 CUT：n T E WC1 WC2 SWTM n粒子类型：N为中子，P为光子，E为电子 WC1 WC2权重截断 SWTM 源粒子最小权重 当粒子权重WGT1时实行分离 0Ni1时按概率实行轮