MCNP使用说明--经典版

1、MCNP4c3说明,堆工所21室 何涛 （翻译自UWMadison教程）,MCNP摘要,简介 输入文件基础 几何描述 源的描述 计数描述 材料，物理成分和数据 高级计数描述 高级几何描述 各种简化 临界问题,MCNP简介,对Unix的熟悉 运行MCNP 绘制MCNP几何图象 MCNP输入文件结构,学习目的MCNP简介,懂得怎样用Unix命令行运行MCNP 懂得MNCP文件名的惯例 能够使用绘图工具描述几何形状,运行MCNP,% mcnp i= o= options Options(选项） i 处理输入文件 默认值 p 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

2、,运行MCNP,% mcnp i= o= 选项 默认文件名 inp 输入文件 outp ASCII输出文件 runtpe 二进制重启文件 通过命令行改变默认值 % mcnp inp=exl oupt= exlo runexlr % mcnp name=exl,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,始终清楚地定义文件名 或者 i=inName o=outName r=runName n=baseName i=inname n=baseOutName 这将会防止你覆盖先前地计算结果

3、这将会帮助你知道哪一个结果是正确的,练习1b,运行一次 % mcnp n=demo1 什么文件被创建？ 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,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,学习目标：输入文件基础,了解MCNP中的物理单位 了解MCNP输入文件三个主要部分 了解MCNP输入文件的格式规定 了

4、解MCNP输入文件的简写特点,MCNP中的物理单位,长度：cm 能量：MeV 时间：刹（10-8s） 温度：MeV(KT) 原子密度：1024原子/cm3 质量密度：g/cm3 截面：靶（10-24cm2）,MCNP输入文件,标题卡 栅元卡 要求空行分隔 曲面卡 要求空行分隔 数据卡 推荐空行作为结束,MCNP输入文件格式,每行最多80个字符 不含控制字符，比如：Tab 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,nR：表示将它前面的一个数据重复n遍 例如：2 4R = 2 2 2 2 2

5、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,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。,输入文件,MCNP教程,简介 输入文件基础 几何描述 源的描述 计数描

6、述 材料，物理成分和数据 高级计数描述 高级几何描述 各种简化 临界问题,MCNP几何,几何基础 快速开始 曲面 组合曲面 Macrobodies 栅元特性 例子,学习目标：几何,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,“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 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,由方程定义 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

7、 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,栅元中的点和曲面的关系通过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（Intersection) 联（Union) 余（Complement),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 + 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 对于开放曲面（平面)，点在曲面的坐标轴负方向； 对于封闭曲

8、面（球，圆柱等），点在曲面以内。,栅元的复合曲面： 交,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,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,表示栅元之外的空间 算符输入：在曲面号前用# #5表示栅元5之外的空间,余以后的区域可以和 其他区域进行交和并的运算 -2 #5代表曲面2之内且在曲面5之外的区域。,栅元,栅元输入卡包括三个部分 栅元号: 1-9999 栅元内容 材料号 材料密度 0，表示原子密度 0：用TRn卡

9、对曲面坐标变换 -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,通过几何划分对计数进行空间分段 FSn S1 S2 Sk T n 计数号 Si 标记的几何曲面 T 可选的总的计数箱 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,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 相对于曲面S1的坐向与数符相同的部分 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 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 k+1 所有其余部分 k

10、+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/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,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

11、个算子，表示加或乘上一个响应函数（例如截面）,计数乘子组,乘子组 C m (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 reactor 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,中子 光子 -1 总的截面 -1 非相干散射截面 -2 吸收截面 -2 相干

12、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G 16 (n,2n) 的ENDF反应号 17 (n,3n) 18 (n,f),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,特殊乘子组 c -k c 增殖常数 k 特殊计数乘子 1 1/权重

13、给出径迹数 2 1/速度 给出中子总数,乘子箱,Emn ME1 ME2 MEk CMn MC1 MC2 MCk TMn MT1 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：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,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,CFn C1 C2 Ck SFn S1 S2 Sk n 计数号 当n=0时对于所

14、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）,FQn a1 a2 ak n 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,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

15、被修改以后特别有用,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） Tally n 将计数n设为当前计数以测绘 Free q 设置变量qF D U S M C E T为X轴 Fixed q n 测绘变量q F D 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,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,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

16、同顺序输出,MCNP教程,简介 输入文件基础 几何描述 源的描述 计数描述 材料，物理成分和数据 高级计数描述 高级几何描述 各种简化 临界问题,MCNP中的各种约简,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,能量和时间截断,CUT：n T E WC1 WC2 SWTM n 粒子类型：N为中子，P为光子，E为电子 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 中子：T为无限大值，E0.0MeV 光子：T为中子寿命，E0.001MeV 电子：T为中子寿命，E0.001MeV,权重截断,CU

17、T：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时按概率实行轮盘赌 最多五组 当粒子的能量上升到Ei 之上时，执行与上相反的“过程”,权重窗,WWE: n E1 E2 Ej (j0 MTIME WWE卡上的权窗类型 0 0 能量 1 时间,权窗产生器,MCNP自动产生优化后的权窗 权窗的产生是为了提供相对于特定栅元（源栅元）的特定计数 产生的权窗可以基于栅元，也可以基于几何形状重叠的网格 结果写入文件中以给WWP卡作参考SWITCHN=-1,权窗产生器,WWG It

18、Ic Wg J J J J IE It：对于优化问题的计数号 Ic：权窗的参照栅元 0 问题栅元号 0 网格产生器 Wg：参照栅元Ic的权窗下限值 0 取值为平均源权的一半 J：不使用 IE：切换能量（0）和时间（1）,网格产生器,MESH mesh variable=specification GEOM xyz，rec 直角坐标 rzt，cyl 柱坐标 REF 参考点的x，y，z坐标 ORIGIN MCNP几何中多重网格的x，y，z坐标 AXS 园柱网格的轴方向向量 VEC 定义的向量，沿AXS方向， 平面角0 网格的边界应该在问题几何之外 详见3-44,网格产生器,MESH mesh va

19、riable=specification IMESH, JMESH, KMESH：在(x,y,z)或者(r,)方向上的网格点的近似位置 IINTS, JINTS, KINTS：在(x,y,z)或者(r,)方向上的网格点之间的精确距离 网格的边界应该在问题几何之外 详见3-44,指数变换,EXT: n A1 A2 Ai AI VECT Va Xa Ya Za Vb Xb Yb Zb n 粒子类型 Ai 第I个栅元的数据项，格式为QVC Q0：不进行变换 Qp：0p0 前200个贡献不受影响 计算每个历史的平均贡献 如果每个历史的贡献小于ki倍平均贡献，实施轮盘赌 如果ki0 如果贡献小于|ki|

20、，实施轮盘赌 如果ki=0 不作轮盘赌,DDn(探测器诊断)卡的输出,如果ki0 前200个贡献不受影响 计算每个历史的平均贡献 对于前100个历史，如果贡献大于mi倍平均贡献，打印诊断输出 如果ki0 对于前100个历史，如果贡献大于mi |ki|，打印诊断输出,MCNP中约简的策略,通过不同约简而获得最佳技巧和参数是比较难的 用来计数的粒子有什么特殊性？ 方向，能量，碰撞地点 什么技巧能够增加特殊粒子的数目？ 使用此技巧需要那些参数？ 宁少勿多 通过短暂运行MCNP来判断约简的效率,MCNP教程,简介 输入文件基础 几何描述 源的描述 计数描述 材料，物理成分和数据 高级计数描述 高级几何描述 各种简化 临界问题,MCNP处理临界问题,基本临界设置 理解临界问题的输出 实时绘图,调用临界模式,KCO