MCNP及使用PPT课件

.,MCNP及使用,清华大学工物系李春艳电话：62796200邮箱：lichunyan-06,.,2,总目录,MC方法解粒子输运问题MCNP及使用,.,3,粒子输运问题,粒子输运系统,输运结束条件,？所求量,粒子源,输运长度,粒子和物质作用的核素、作用类型、作用后粒子能量和方向,.,4,MC方法解粒子输运问题,逐一模拟每个粒子在输运系统中的输运过程，模拟足够多的粒子（相对统计误差可接受）（MC原理：大量、随机性实验）计算粒子对所求物理量的平均贡献（MC原理：平均结果近似问题的解）,一般情况下，当模拟足够多粒子后，认为所模拟的粒子的平均行为近似为输运系统中粒子的平均行为；粒子对所求物理量的平均贡献即为问题的蒙卡解。,.,5,开始,数据预处理,各记录单元清零,取一个粒子历史,源分布抽样,输运过程,碰撞过程,历史终止否？,统计处理,做完给定历史数否？,结果的处理与输出,终止,记录过程,记录过程,记录过程,记录过程,MC输运流程图,.,6,根据问题的几何条件、物理假定、处理方法，可归纳为以下几种：粒子从系统逃脱；粒子经碰撞被吸收；经俄国轮盘赌后，历史被终止；粒子能量低于给定能量（阈能）；粒子位置越过某一界面；粒子飞行时间超过给定时间；粒子权重小于某个小量。,粒子历史终止条件,.,7,总目录,MC方法解粒子输运问题MCNP及使用,.,8,MCNP目录,MCNP简介MCNP运行MCNP输入文件编写举例,.,9,MCNP,AGeneralMonteCarloNeutronandPhotonTransportCode开发：美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LosAlamosNationalLaboratory）的蒙特卡罗小组,.,10,MCNP发展历史,MC方法研究（1948年开始）,MCS（1963年）,MCN（1965年）,中子，三维几何，具有独立的数据库,MCNG=MCN+MCG（1973）,模拟高能光子,MCNP=MCNG+MCP（1977年）,模拟低能光子（能量达1KeV),StanUlam,John,vonNeumannNicholasMetropolis,M.C方法的命名,ItwasNicholasMetropoliswhonotedthatStanhadanunclewhowouldborrowmoneyfromrelativesbecausehe“justhadtogotoMonteCarlo”andthusnamedthemathematicalmethod“MonteCarlo.”,.,11,MCNP3（1983年）,MCNP3A（1986年）MCNP3B（1988年）,MCNP4（1990年）MCNP4A（1993年）MCNP4B（1997年）（LAHET+HMCNP）MCNP4C（2000年）,MCNPX：质子、中子、光子、电子耦合,（UNIX第一个版本，具有并行功能，可以计算电子）,（记数分析图）,可以计算微扰,可以更好处理不可分辨共振,MCNP5(2003年),MCNP发展历史,(ANSIstandardFortran77),(ANSIstandardFortran90),.,12,MCNP可处理问题,neutrononlyphotononlyelectrononlycombinedneutron/photon(n-p)neutron/photon/electronphoton/electronelectron/photonPhotonuclear（mcnp4c不能处理光核反应）Keff（裂变系统）,.,13,MCNP粒子能量限制,neutron：10E-11MeVto20MeV(allisotope)upto150MeV(someisotope)photon:1keVto100GeVelectron:1keVto1GeV,.,14,工作方式,MonteCarlo程序的工作方式：用户代码型：EGS，GEANT，MARS输入文件型：MCNP，FLUKAMCNP属于第二种源码开放，用户可以自己修改程序，重新编译,.,15,MCNP,做题三步骤：已知、求/证明；解；答。,MCNP（求解）,输入文件：告诉MC程序已知什么、求什么,.,16,输出文件介绍,程序运行完之后，主要生成以下几类输出文件：标准输出（out*）用于接续运行(runtp*)统计结果输出（mctal）mesh统计结果输出（meshtal),.,17,输出文件out*,输入文件重复区域、截面、物理设置、动态内存信息输运过程信息输运完成后的结果综述tally卡结果详细信息tally卡结果综合信息输运粒子数、时间信息,.,18,输出文件runtp*,主要用于接续运行运行命令为：mcnp5ci=*在*文件中第一行为：continue第二行给出运行历史（粒子数或运行时间）注意：如果用nps，则nps代表总粒子数如果用ctme，则ctme代表继续运行时间,.,19,MCNP目录,MCNP简介MCNP运行MCNP输入文件编写举例,.,20,MCNP运行,运行平台Windows平台下运行Linux平台下运行常用指令：mcnp5i=*o=*r=*mcnp5i=*(输出文件out*，runtp*自动从e字母开始排)mcnp5i=*r=runtp*c（接续运行）mcnp5i=*c(默认为runtpe)（接续运行）对于Mcnp4c版本，mcnp5mcnp，其余不变,.,21,Windows平台下运行,.,22,.,23,.,24,.,25,.,26,.,27,Linux平台下运行,登录服务器17user：flukaupassword：flukau软件：SSHSecureShellClientSSHSecureFileTransferSSHSecureShellClientLinux相关命令网上搜。,.,28,运行SSHSecureFileTransfer,使用方法同ftp,.,29,.,30,添加profile,.,31,登陆,密码同用户名：flukau,.,32,鼠标右键，添加文件夹，用自己的名字命名；以后上传、下载文件以及运行程序都在自己的文件夹内进行。,.,33,按图示打开输入运行命令的窗口；也可以双击桌面的SSHSecureShellClient，但后者要再次登录。,.,34,.,35,手动刷新，显示新生成的文件,.,36,MCNP目录,MCNP简介MCNP运行MCNP输入文件编写举例,.,37,粒子输运问题的“已知”和“求”,已知：输运系统,已知：输运方式,求：？,粒子类型位置方向能量,几何描述介质材料,输运粒子类型粒子死亡条件运算终止条件减方差技巧,统计量统计方式,已知：粒子源,.,38,输入文件,输入文件采用卡片结构所谓的“卡片”就是一行,输运粒子类型卡几何相关卡源定义卡减方差技巧卡统计卡材料定义卡物理过程卡问题截止卡用户数组卡其它卡,.,39,输入文件举例,.,40,行输入格式书写规则,栅元卡和面卡之间必须空一行!面卡和数据卡之间必须空一行！每行不超过80列；所有卡都必须从第15列开始；如果15列为空白，则表示它是前一张卡的继续卡；而至少一个空格以后的符号&表示随后的卡是继续卡数据项由一个或多个空格分开英文大小写都可,.,41,书写规则,注释为c（行注释符）或者$（末尾注释符）nR代表重复13R=1111nI代表递加12I4=1234xM代表递乘13M3M=139nJ代表跳过（默认）比如：DBCNX1X20DBCN15J83J1(只给第16和第20个参数赋值，其它默认),.,42,MCNP输入文件中物理量的单位,.,43,几何描述,类似于搭积木（面、块搭成）面的布尔运算(交、并、余)栅元长方体六个平面交圆柱体一个圆柱面和两个平面交球体一个球面不规则体：比如，球内挖去一个小圆柱体剩余的部分,.,44,面卡,可定义的面包括：平面、球面、椭球面、双曲面、抛物面、柱面、锥面、圆环面四种形式直接用面方程进行定义（面编号关键字参数）使用点定义轴对称面使用三点确定普通平面使用小体积元定义面BOXRPPSPHRCC,.,45,面方程定义曲面卡,.,46,面方程定义曲面卡（续）,.,47,面方程定义曲面卡（续）,.,48,曲面的布尔运算,运算符：交：空格并：冒号:余：井号#曲面方向：假定曲面S的曲面方程为f(x,y,z)0对于f(x,y,z)0的区域，为+S，“+”号可不写；对于f(x,y,z)0的区域，为-S。小体积元方向：体积元内为-，外为+,.,49,几何描述举例,长方体：20*5*10,面卡：1px02px53py04py205pz06pz10,长方体内：1-23-45-6长方体外：-1:2:-3:4:-5:6,x,y,z,圆柱体：半径5底面圆心(0,25,0)顶面圆心(0,45,0),面卡：1cy02py253py45,圆柱体内：-12-3圆柱体外：1:-2:3,.,50,栅元卡,几何描述+材料定义栅元编号材料号材料密度几何描述其它说明其它说明格式：关键词=*，关键词IMP、VOL、PWT、EXT、FCL、WWN、DXC、NONU、PD、TMP和关于重复结构的U、TRCL、LAT、FILL。对于某些重复结构可使用简写形式：栅元编号LIKE栅元编号nBUT参数列表表示该栅元除了参数列表中列出的和栅元n不同，其它都同。注意：栅元不能有相交的区域，不能有没定义的区域。,.,51,数据卡,输运粒子类型mode卡几何相关卡（可选）源定义卡材料定义卡减方差技巧卡（可选）统计卡物理过程卡（可选）问题截止卡用户数组卡（可选）其它卡,.,52,Mode卡,ModeN/P/E，默认为N注意：输运的粒子类型和粒子源发射的粒子类型不是一回事。,.,53,几何相关卡,VOL（默认给出所有栅元的体积）AREA（默认给出所有曲面的面积）重复结构卡UTRCLLATFILLTR,.,54,数据卡,输运粒子类型mode卡几何相关卡（可选）源定义卡材料定义卡减方差技巧卡（可选）统计卡物理过程卡（可选）问题截止卡用户数组卡（可选）其它卡,.,55,源定义卡SDEF,粒子信息：类型、位置、方向、能量格式：SDEF源变量=说明根据源变量特点，说明有三种级别的表达方式：源变量=显值（包括单值、默认）源变量=Dn（该变量值有个随机分布，由SI和SP卡联合给出其概率分布）源变量=F另一个源变量Dn（该变量的值依赖于另外一个变量的分布，由DS卡先说明有几种分布）,.,56,源变量,.,57,源变量（续）,.,58,源变量（续）,.,59,源变量（续）,.,60,SI卡给出源变量分布区间的边界值。格式：SIn选项I1Ikn分布号（n1999）。选项Ii的说明，允许的值是：省略或H：直方图分布的区间边界，仅用于标量。L：离散的源变量值。A：定义概率分布密度的点。S：分布号。I1Ik源变量值或分布号。,SI源信息卡,.,61,SP卡给出概率分布，微分或积分。格式：SPn选项P1Pk或：SPnfabn分布号（n1999）。选项Pi的说明，允许的值是：省略：对H或L分布与D相同，对A分布为概率密度。D：H或L分布的各个区间的概率值(不用归一)。C：H或L分布的各个区间的累积概率值。V：仅用于栅元分布。概率与栅元体积成正比（若有Pi，要乘以Pi）。P1Pk源变量概率。f内部函数的标识符。a，b内部函数的输入参数。,SP源概率卡,.,62,举例,举例1：位于原点的3MeV点光源，在锥角=120的圆锥内均匀发射粒子，圆锥轴在z轴上。sdefpos=000erg=3vec=001dir=d1par=2si10.51sp101举例2：圆心在原点的球壳源，内径5cm，外径15cm，各项同性发射，均匀分布的中子源sdefpos=000rad=d1par=1si1515sp1-212(球内均匀分布的话，半径符合r2规律),.,63,格式：DSn选项J1Jk或：DSnTI1J1IkJk或：DSnQV1S1VkSkn分布号（n1999）。选项Ji的说明，允许的值是：省略或H：连续分布的源变量值，仅用于标量。L：离散的源变量值。S：分布号。T独立变量值后面跟相关变量的值，这些变量必须是离散的标量。Ii独立变量的值。Ji相关变量的值。,DS卡,.,64,复合分布SDEFPOS=D1ERGFPOSD2SI1L53.36753.36SP1.3.7DS2S34SI3H21014SP3D012SI4-3ab这是两个各向同性点源，其中有0.3的概率在(5,3.3,6)处，能量服从阶梯分布3；而有0.7的概率在(75,3.3,6)处，此时能量服从Watt裂变谱分布4。,举例,.,65,数据卡,输运粒子类型mode卡几何相关卡（可选）源定义卡材料定义卡减方差技巧卡（可选）统计卡物理过程卡（可选）问题截止卡用户数组卡（可选）其它卡,.,66,材料定义卡,材料定义需要知道核素构成及其所占比例。格式：M材料编号核素1比例1核素2比例2其它说明核素表示方式：ZZZAAA.nnX或ZZZAAAAAA=0表示按天然元素取原子量nnX是截面库标识，表示从哪个截面库取截面数据只有p或者p/e耦合输运，且忽略光核反应，可以使用ZZZ000来简单描述；中子截面库选择比较难，最简单方法就是只给出ZZZAAA。比例：可归一，可不归一；正值表示原子数比例，负值表示重量份额举例：光子在水中输运m11000280001,.,67,数据卡,输运粒子类型mode卡几何相关卡（可选）源定义卡材料定义卡减方差技巧卡（可选）统计卡物理过程卡（可选）问题截止卡用户数组卡（可选）其它卡,.,68,减方差技巧卡,IMP或WWN卡之一是必须的。,.,69,格式：IMP:nx1x2xixIn中子为N，光子为P，电子为E。N,P、P,E或N,P,E也是允许的，如果它们的值相同。xi栅元i的重要性，i1，2，II问题中的栅元总数。缺省：在一个MODENP问题中，若省略了IMP:P卡，则所有栅元的光子重要性都置1，除非其中子重要性为零，这时其光子重要性也为零。栅元重要性卡用于输入各个栅元的重要性。零重要性可以用来终止粒子的历史。,IMP卡,.,70,数据卡,输运粒子类型mode卡几何相关卡（可选）源定义卡材料定义卡减方差技巧卡（可选）统计卡物理过程卡（可选）问题截止卡用户数组卡（可选）其它卡,.,71,统计卡,Fna统计类型En能量间隔Tn时间间隔Cn角度间隔FMn计数乘子DEn剂量能量间隔DFn剂量转换系数EMn能量相乘因子CMn剂量相乘因子FTn统计卡特殊处理参数FMesh网格计数,.,72,Fna统计类型卡,描述Fn单位*Fn单位F1:N/P/E面流量/穿透率particlesMeVF2:N/P/E统计面通量particles/cm2MeV/cm2F4:N/P/E统计体通量particles/cm2MeV/cm2F5a:N/P统计点通量或环通量particles/cm2MeV/cm2F6:N/P体能量沉积MeV/g109J/gF7:N体裂变能沉积MeV/g109J/gF8:PE探测器脉冲幅度谱pulsesMeV+F8:E电荷沉积charge,注意：有些是针对面，有些是针对体。,.,73,举例,举例1：F1:N136T分别计算通过曲面1、3、6的穿透率以及穿过三个曲面的总穿透率。举例2：F34:P9计算栅元9内的体通量。注意：有多个同类计数卡时，需要在卡号前加不同数字进行区分。举例3：F5:P020150.5计算点(0,20,15)的点通量。举例4：*F8:P10计算栅元10内的能量沉积。,.,74,En能量间隔卡,分能量段给出Fn的计数，否则只给出总计数。格式：EnE1Ek注意：若使用此卡，n必须与相应的Fn的n一致。举例：E11.1120在四个能量间隔内统计F11计数：截止能量0.1MeV；0.11MeV；120MeV；整个能量范围，即截止能量20MeV,.,75,关于F8,不论粒子类型取何值，F8都将记录光子和电子，也就是说F8:p、F8:e、F8:pe结果一样。注意：选择能量间隔的时候，应该把零区间和(1E-5)区间包括在里面。举例：E801E-51E-31E-1零区间用来处理由于撞出电子而产生负计数的情况；(1E-5)区间内将记录穿过栅元但没有沉积能量的粒子。,.,76,计算出通量后，根据DF卡给出的通量-剂量转化系数，求得剂量。格式：DEnAE1EkDFnBF1Fkn计数号。Ei第i个能量点（MeV）。Fi对应第i个能量点的剂量函数值。ALOG或LIN，能量表按对数或线性插值。BLOG或LIN，剂量函数表的插值方法。缺省：若没有填写A或B，则按对数插值处理。,剂量计算DE、DF卡,.,77,格式：FTnID1P1,1P1,2P1,3ID2P2,1P2,2P2,3n计数号。IDi第i项特殊处理的标识符。FRV用于计数类型1角度间隔的参考方向。GEB高斯能量展宽。TMC时间卷积。INC指定碰撞次数。ICD指定要记录对探测器作贡献的栅元。ELC电流计数。Pi,j第i项特殊处理的参数。,FTn计数特殊处理卡,.,78,数据卡,输运粒子类型mode卡几何相关卡（可选）源定义卡材料定义卡减方差技巧卡（可选）统计卡物理过程卡（可选）问题截止卡用户数组卡（可选）其它卡,.,79,物理过程卡,用于控制MCNP的能量以及其它物理状况。,.,80,数据卡,输运粒子类型mode卡几何相关卡（可选）源定义卡材料定义卡减方差技巧卡（可选）统计卡物理过程卡（可选）问题截止卡用户数组卡（可选）其它卡,.,81,问题截止卡,在初始运行或接续运行的输入文件中均可使用，用于终止粒子的历史或中断计算。,.,82,CUT粒子截断卡,格式：CUT:nTEWC1WC2SWTMWC1、WC2、SWTM涉及到减方差技巧，先不讲。T指截断时间（10-8秒），缺省值：中子-无限大，光子和电子都是等于中子的截断时间。E指截断能量（MeV），缺省值：中子0.0MeV，光子和电子都是0.001MeV。举例：CUT:pj0.013j截断能量为0.01MeV，其余缺省值。,.,83,格式：NPSNN粒子的历史数。该卡指定要计算的粒子历史数，当计算的粒子历史数达到指定值时，MCNP将中止计算。,NPS历史数截断卡,.,84,格式：CTMExx计算时间（分钟）。该卡指定该问题在计算机上花费的时间限制，超过该时间，MCNP将中止计算。所有中止计算的条件只要达到一个就中止计算。,CTME计算时间截断卡,.