MCNP使用教程

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1、第1章MCNP概述1.1MCNP計(jì)算過程MCNP（MonteCarloN-ParticleTransportcode）是計(jì)算粒子輸運(yùn)過程的一套蒙特卡羅模擬計(jì)算程序。這個(gè)程序需要用戶通過輸入文件給出計(jì)算模型。計(jì)算模型中需要提供源的屬性、感興區(qū)內(nèi)各種物體的屬性、記錄粒子信息的方法等。例如，若想計(jì)算一個(gè)1MeV的X射線透過2cm鐵的概率是多少，我們可以通過下面的模型進(jìn)行計(jì)算，如圖1所示。圖1計(jì)算模型在上面的計(jì)算模型中，感興區(qū)是一個(gè)球的內(nèi)部，其中包含X射線源、鐵塊和記錄面，而其他位置均為真空。由于當(dāng)粒子被輸運(yùn)到感興區(qū)外時(shí)，它將肯定不會(huì)再對(duì)記錄結(jié)果產(chǎn)生貢獻(xiàn)，所以程序會(huì)自動(dòng)停止這個(gè)粒子的輸運(yùn)過程，這也

2、正是設(shè)定感興區(qū)的原因。源的屬性主要包括位置、能量、出射方向、粒子種類等。圖1的計(jì)算模型中，源的能量為單能1MeV，方向?yàn)閱蜗虼怪庇阼F塊的左表面，粒子種類為光子（Photon）。感興區(qū)內(nèi)物體的屬性包括幾何尺寸、材料成分、密度等。圖1中使用了一塊鐵塊，它的厚度為2cm，其他方向的尺寸對(duì)我們的計(jì)算結(jié)果沒有影響，但要保證鐵塊完整地包含于感興區(qū)內(nèi)。記錄方法有多種，其中包括通過某個(gè)面的特定種類粒子的個(gè)數(shù)。在圖1中，我們可以利用MCNP記錄通過“記錄面”的能量為1MeV的光子個(gè)數(shù)。計(jì)算圖1的模型時(shí)，MCNP會(huì)首先根據(jù)源的屬性描述，抽樣出一個(gè)起始粒子。圖1中的源為單能且單向的點(diǎn)源，所以每次抽樣出的粒子都是

3、能量、方向、種類相同的粒子。這個(gè)粒子會(huì)沿著它的出射方向（垂直于鐵塊左表面）飛行，當(dāng)它入射到鐵塊里時(shí)，會(huì)有一定的概率發(fā)生康普頓散射、電子對(duì)效應(yīng)和光電效應(yīng)。發(fā)生三種反應(yīng)的概率由MCNP的截面庫中的微觀截面數(shù)據(jù)、輸入文件中鐵的密度以及抽樣得到的隨機(jī)數(shù)共同決定。若X射線發(fā)生了康普頓散射，原來的X射線將被具有新屬性的X射線取代，它將有不同的出射方向、能量。MCNP會(huì)繼續(xù)輸運(yùn)這個(gè)新產(chǎn)生的X射線直到它發(fā)生下一次反應(yīng)或者飛出感興區(qū)；X射線還會(huì)有一定的概率不發(fā)生任何反應(yīng)，直接透過鐵塊。當(dāng)基于一個(gè)起始粒子的輸運(yùn)過程結(jié)束后，MCNP會(huì)重復(fù)上述的過程。由于每次抽樣的得到的隨機(jī)數(shù)會(huì)不同，所以每個(gè)起始粒子的輸運(yùn)過程都

4、是獨(dú)立而且不同的。多次的輸運(yùn)過程會(huì)使得MCNP的記錄結(jié)果越來越接近它的期望值，重復(fù)的次數(shù)越多，統(tǒng)計(jì)漲落就會(huì)越小。盡管MCNP會(huì)記錄所有通過記錄面的光子。但由于光子一旦發(fā)生反應(yīng)，它的能量就會(huì)變化，所以若只觀察能量為1MeV的光子，我們就可以排除那些經(jīng)過多次散射而打到記錄面的光子了。由于每次輸運(yùn)均是基于一個(gè)起始源粒子，所以最后記錄得到的結(jié)果也都是相對(duì)于一個(gè)起始粒子的概率。對(duì)于圖1來說，記錄結(jié)果就是1個(gè)X射線透過2cm的鐵后打到記錄面的概率。1.2MCNP文件結(jié)構(gòu)MCNP的輸入文件名不可以多于七個(gè)字符，所以不建議對(duì)輸入文件增加擴(kuò)展名；MCNP的輸出文件的擴(kuò)展名為.o；MCNP內(nèi)部計(jì)算過程的記錄文

5、件的擴(kuò)展名為.r。若一次計(jì)算結(jié)果就已經(jīng)達(dá)到滿意的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，那么.r文件就沒有什么價(jià)值保存下來；但是若一次計(jì)算結(jié)果達(dá)不到滿意的統(tǒng)計(jì)可信度，那么我們可以在已得到的計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上繼續(xù)模擬輸運(yùn)過程，來減小統(tǒng)計(jì)漲落。而為了這么做，MCNP需要上一次計(jì)算結(jié)果中使用的.r文件。為了這個(gè)目的，有時(shí)候.r文件還是值得保留的。在基于上一次的計(jì)算結(jié)果繼續(xù)模擬計(jì)算時(shí)，MCNP將不再讀入輸入文件，而單單讀入.r文件的信息。所以我們想繼續(xù)計(jì)算時(shí)，需要保證.r文件就是我們所設(shè)想的模型的前一次模擬計(jì)算中得到的.r文件。除了上面三種常用的文件類型，MCNP還有兩種不長用的輸出文件。這兩種文件只有用戶通過輸入文件要求MCN

6、P輸出這些文件時(shí)才會(huì)得到。其中一個(gè)為.w文件，這個(gè)文件是我們想通過MCNP輸出surfacesource的時(shí)候才會(huì)產(chǎn)生；另外一個(gè)為.p文件，這個(gè)文件時(shí)我們想通過MCNP追蹤粒子的輸運(yùn)過程的時(shí)候才會(huì)得到。上面的幾種文件是用戶常用到的文件類型，下面將介紹MCNP程序內(nèi)部使用的若干的文件。1.MCNP5.exe：MCNP的應(yīng)用程序，這個(gè)程序是在dos下運(yùn)行的程序。所以用戶不要試圖雙擊這個(gè)程序來運(yùn)行它。2.vised.exe:這個(gè)程序可以讓用戶觀察MCNP讀入的輸入文件中的計(jì)算模型。我們可以利用這個(gè)程序觀察我們所設(shè)想的計(jì)算模型與實(shí)際書寫出來的計(jì)算模型是否有偏差。此外，這個(gè)程序還可以方便我們找出MC

7、NP輸入文件中潛在的一些錯(cuò)誤，例如：兩個(gè)物體有相交的部分等。3.目錄Documents:這個(gè)文件夾內(nèi)包含LANL(LosAlamosNationalLaboratory)提供的MCNP的官方使用說明、林謙老師的蒙卡課程講義和西安交通大學(xué)翻譯的中文MCNP的使用手冊(cè)等4.目錄MCNPData:這個(gè)目錄里存放的是MCNP的截面庫。5.xs52:這個(gè)文件內(nèi)說明了各個(gè)核素的屬性，包括質(zhì)量，截面庫內(nèi)各種反應(yīng)類型對(duì)應(yīng)的截面的存放位置