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1、MCNP初學者入門指南二○○九年五月目錄一MCNP概述1.1MCNP計算過程1.2MCNP文件結(jié)構(gòu)1.3MCNP使用方法二MCNP輸入文件書寫方法2.1輸入文件規(guī)范2.27MeV軔致輻射X射線算例三輸出文件解讀第1章MCNP概述1.1MCNP計算過程MCNP（MonteCarloN-ParticleTransportcode）是計算粒子輸運過程的一套蒙特卡羅模擬計算程序。這個程序需要用戶通過輸入文件給出計算模型。計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，若想計算一個1MeV的X射線透過2c
2、m鐵的概率是多少，我們可以通過下面的模型進行計算，如圖1所示。圖1計算模型在上面的計算模型中，感興區(qū)是一個球的內(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。由于當粒子被輸運到感興區(qū)外時，它將肯定不會再對記錄結(jié)果產(chǎn)生貢獻，所以程序會自動停止這個粒子的輸運過程，這也正是設定感興區(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的計算模型中，源的能量為單能1MeV，方向為單向垂直于鐵塊的左表面，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
3、2cm，其他方向的尺寸對我們的計算結(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，其中包括通過某個面的特定種類粒子的個數(shù)。在圖1中，我們可以利用MCNP記錄通過“記錄面”的能量為1MeV的光子個數(shù)。計算圖1的模型時，MCNP會首先根據(jù)源的屬性描述，抽樣出一個起始粒子。圖1中的源為單能且單向的點源，所以每次抽樣出的粒子都是能量、方向、種類相同的粒子。這個粒子會沿著它的出射方向（垂直于鐵塊左表面）飛行，當它入射到鐵塊里時，會有一定的概率發(fā)生康普頓散射、電子對效應和光電效應。發(fā)生三種反應的概率由MCNP的截面庫中的微
4、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會繼續(xù)輸運這個新產(chǎn)生的X射線直到它發(fā)生下一次反應或者飛出感興區(qū)；X射線還會有一定的概率不發(fā)生任何反應，直接透過鐵塊。當基于一個起始粒子的輸運過程結(jié)束后，MCNP會重復上述的過程。由于每次抽樣的得到的隨機數(shù)會不同，所以每個起始粒子的輸運過程都是獨立而且不同的。多次的輸運過程會使得MCNP的記錄結(jié)果越來越接近它的期望值，重復的次數(shù)越多，統(tǒng)計漲落就會越小。盡管MCNP會記錄
5、所有通過記錄面的光子。但由于光子一旦發(fā)生反應，它的能量就會變化，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。由于每次輸運均是基于一個起始源粒子，所以最后記錄得到的結(jié)果也都是相對于一個起始粒子的概率。對于圖1來說，記錄結(jié)果就是1個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字符，所以不建議對輸入文件增加擴展名；MCNP的輸出文件的擴展名為.o；MCNP內(nèi)部計算過程的記錄文件的擴展名為.r。若一次計算結(jié)果就已經(jīng)達到滿意的統(tǒng)計結(jié)果，那么.r
6、文件就沒有什么價值保存下來；但是若一次計算結(jié)果達不到滿意的統(tǒng)計可信度，那么我們可以在已得到的計算結(jié)果的基礎上繼續(xù)模擬輸運過程，來減小統(tǒng)計漲落。而為了這么做，MCNP需要上一次計算結(jié)果中使用的.r文件。為了這個目的，有時候.r文件還是值得保留的。在基于上一次的計算結(jié)果繼續(xù)模擬計算時，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)計算時，需要保證.r文件就是我們所設想的模型的前一次模擬計算中得到的.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MCNP
7、輸出這些文件時才會得到。其中一個為.w文件，這個文件是我們想通過MCNP輸出surfacesource的時候才會產(chǎn)生；另外一個為.p文件，這個文件時我們想通過MCNP追蹤粒子的輸運過程的時候才會得到。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的應用程序，這個程序是在dos下運行的程序。所以用戶不要試圖雙擊這個程序來運行它。2.vised.exe:這個程序可以讓用戶觀察MCNP讀入的輸入文件中的計算模型。我們可以利用這個程序觀察我們所設想的計算模型與實際書寫
8、出來的計算模型是否有偏差。此外，這個程序還可以方便我們找出MCNP輸入文件中潛在的一些錯誤，例如：兩個物體有相交的部分等。3.目錄Documents:這個文件夾內(nèi)包含LANL(LosAlamosNationalLaboratory)提供的MCNP的官方使用說明、林謙老師的蒙卡
