零基础MCNP入门介绍

随机数
显然，这种概率统计必须保证出射粒子是随机的，也就 是说不能瞄准。 但是随机数的生成很复杂，用于程序计算有很大的局限
性，所以MCNP采用的是伪随机数。
比如以下数列： 0 2 4 6 9 2 5 8 2 6 0 4 8 2 7 2 7 2 8 4 0 6……
这个数列就是一种取伪随机数的方法，即从10开始，将
典型几何体建模
弯头建模
和管道一样，弯头的
MCNP模型需要4个曲面来 描述，分别是内壁面、外 表面和2个截面。 用到的曲面种类有：椭 圆环面和平面，下面主要 介绍一下椭圆环面。
椭圆环面（TX TY TZ）
椭圆环面是一个四阶曲
面，其解析方程为：
旋转轴平行于x：
(x-x0)2/b2+{[(y-y0)2+(z-z0)2]0.5-a}2/(c2-1)=0
实验者 Wolf Smith C.De Morgan 时间 1850年 1855年 1860年 投掷次数 5000 3204 600 相交次数 2532 1218.5 382.5 圆周率估计值 3.1596 3.1554 3.137
a
Fox
Lazzerini Reina
1884年
1901年 1925年
MCNP 运行
MCNP运行时在DOS环境下运行的，点“开始”
键，鼠标单击“运行”，弹出运行对话框，输入 “cmd”回车； 输入MCNP所在盘符，如F:，回车； 输入CD\MCNP，回车；
输入MCNP I=INP O=OUT，程序即开始运行。
如果输入MCNP I=INP IP，则进入画图模式。
MCNP 结果查看
目前，MCNP以其灵活、通用的特点以及强大的功能被广泛应用于辐射防护与射线测定、
辐射屏蔽设计优化、反应堆设计、（次）临界装置实验、医学以及检测器设计与分析等学科领 域，并得到一致认可。
MCNP 输入卡编写
MCNP输入卡即INP卡，该文 件可由记事本或写字板程序编辑， 完成编辑后需删除后缀名，命名 不能太长，不能出现中文字符。 INP卡包含栅元卡、曲面卡、 数据卡，三者之间要空行；数据 卡可细分为源项描述卡、计数卡 和材料卡以及截断卡。 INP卡输入时不能超过80列， 1～5列为序号列。
(X-x)2+(Y-y)2+(Z-z)2-R2=0 X Y Z R
C/X （C/Y C/Z） 平行于轴的圆柱面 K/X （K/Y K/Z） 平行于轴的圆锥面
栅元卡
用布尔算符将曲面卡进行组合，构成体元。 布尔算符有： 交：数学上取交集，空格符号表示； 联：数学上取并集，“：” 表示； 余：数学上取非，“#”表示。 栅元卡1～5列为栅元序号，6～80列开始分别是 材料号、材料密度、曲面构成、权重卡（可集中 到最后一起输入）。
历史截断卡 nps N 时间截断卡 ctme X
典型几何体建模
直管道建模
圆管道建模涉及4个曲面：2 个圆柱面和2个平面。 方管道建模则涉及10个曲 面：8个平面描述管道内外表面， 2个平面截断。
DN25（φ32×2.5）
C ****************$
1 1 -7.85 3 -4 2 -1 C ****************$ 1 CX 1.6 2 CX 1.35 3 PY -5 4 PY 5
3e erg 粒子能量 14MeV
cel
放射源栅元
——
数据卡
计数卡和剂量乘子卡
助记名
F1:N F1:PBiblioteka 计数说明曲面积分流量
Fn单位
粒子数
*Fn单位
MeV
F2:N F2:P F4:N F4:P
F5:N F5:P F6:N F6:P F7:N F8:N P
曲面平均通量 栅元平均通量
点探测器通量 能量沉积 裂变能量沉积 脉冲幅度
数据卡
通用源描述
通用源卡SDEF 源信息卡SPn 源概率卡SIn
助记名 意义 缺省值 定义一个比源栅元稍大的空间，用于包拢放射源（避免
边界抽样错误），本例用圆柱体包拢源栅元。 新手建议用长方体去包拢，描述上改为X=d1 Y=d2 Z=d3 pos 000 抽样位置参考点 si1 -30 30 rad 0 半径或到极轴的距离 sp1 0 1 ext si2 -30 沿矢量方向到原点的距离 30 axs 参照矢量 sp2 0 1 par 1 npe si3 -30 粒子属性 30 2 pe sp3 0 1
曲面卡
助记名 P 类型及说明 一般平面 方程 Ax+By+Cz-D=0 数据项 A B C D
PX （PY PZ） S
SO SX （SY SZ） CX （CY CZ） KX （KY KZ） SQ GQ TX （TY TZ）
垂直于轴的平面 一般球面
球心在原点的球面 球心在轴上的球面 坐标轴上的圆柱面 坐标轴上的圆锥面 圆锥曲面 椭圆环面
法由于能够真实地模拟实际物理过程，故解决问
题与实际非常符合，可以得到很圆满的结果。
蒲丰氏问题
l
18 世纪，法国数学家蒲丰
在1777年提出一个问题：假设 在一个平行且等距木纹铺成的 地板上随意抛一支长度为木纹 间距一半的针，求针和其中一 条木纹相交的概率。并以此概 率，蒲丰提出的一种计算圆周 率π的方法——随机投针法。
其平方数砍头去尾（去掉最高位和最低位）之后所剩的数 构成的数列。
MCNP 简介
MCNP是由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LosAlamos National Laboratory)开发的基于 蒙特卡罗方法的用于计算三维复杂几何结构中的中子、光子、电子或者耦合中子/光子/电子输 运问题的通用软件包，也具有计算核临界系统（包括次临界和超临界系统）本征值问题的能力。 该软件包通过FORTRAN语言编程实现。 MCNP程序涉及面如此之多，关键是通过读入一个经用户创建的称为INP的输入文件来进 行计算。该文件必须遵循按照栅元卡的格式进行组织，指定描述空间问题的信息，具体有 (1) 空间几何体的描述说明； (2) 几何体的使用材料描述和交叉区域的选择估计； (3) 中子、光子以及电子这3种粒子源的位置和特性说明； (4) 必要的回答卡和标记卡的类型； (5) 任何必需的冗余量消除技术以提高计算效率。
旋转轴平行于y：
(y-y0)2/b2+{[(x-x0)2+(z-z0)2]0.5-a}2/(c2-1)=0
旋转轴平行于z：
(z-z0)2/b2+{[(x-x0)2+(y-y0)2]0.5-a}2/(c2-1)=0
典型几何体建模
三通建模
DN300 等径焊制三通
C ******************************************* $ 1 1 -7.85 (9 -7 -5 -1 2):(7 -10 6 -1 2):(5 -6 -8 -3 4) C *******************************************$ 1 CX 16.25 $ 主管外壁 $ 2 CX 15 $ 主管内壁 $ 3 CZ 16.25 $ 支管外壁 $ 4 CZ 15 $ 支管内壁 $ 5 P 0 0 0 0 1 0 -15 0 15 $ 辅助切面1 $ 6 P 0 0 0 0 1 0 15 0 15 $ 辅助切面2 $ 7 PX 0 $ 辅助切面3 $ 8 PZ 36 $ 支管端面 $ 9 PX -36 $ 主管前端面 $ 10 PX 36 $ 主管后端面 $
典型几何体建模
封头建模
锥形封头和球形封头
C 1 2 3 4 C 1 2 3 4 5 6 7 8 ***************************8*********$ 1 -7.85 2 -1 -7 $ 锥形封头 $ 1 -7.85 2 -4 7 $ 封头焊缝 $ 1 -7.85 4 -3 7 -8 $ 箱罐筒体 $ 1 -7.85 6 -5 8 $ 球形封头 $ *************************************$ KZ 0 3 1 $ 锥形封头外壁面 $ KZ 0.92 3 1 $ 锥形封头内壁面 $ CZ 90 $ 箱罐外壁面 $ CZ 89.2 $ 箱罐内壁面 $ SZ 100 90 $ 球形封头外壁面 $ SZ 100 89.2 $ 球形封头内壁面 $ PZ 51.96 $ 锥形封头切面 $ PZ 100 $ 球形封头切面 $
粒子数/cm2 粒子数/cm2
粒子数/cm2 MeV/g MeV/g 脉冲
MeV/cm2 MeV/cm2
MeV/cm2 Jerk/g Jerk/g MeV
数据卡
材料卡
数据卡
问题截断卡
蒙特卡洛方法收敛速度较慢，一般我们会结合统计误差要求去适
时终止程序运行。 常用的几种终止程序运行的卡片：
助记名 截断卡 cut:n T E WC1 WC2 SWTM 参数释义 n：中子或光子，光子写作p。 T：截断时间，中子寿命超过T，即被杀死！ E：截断能量，中子能量低于E，即被杀死！ WC1：截断权限，WC2=0.5WC1，WGT＜WC2， 粒子将以WGT/(WC1· R)的几率幸存，且权重变 为WC1· R，其中R是前后两栅元重要性之比。 SWTM：源粒子最小权重。 不能用于临界计算，其余问题当运行粒子数达到 N时，MCNP终止计算。 MCNP运行X分钟后终止计算。
1030
3408
489
1808
3.1595
3.1415929 3.1795
P = πa
2520
2l
859
有兴趣的童鞋可以找度娘证明。
电子枪描图
比如要求电视机扫描出圆盘图像的面积，那么可以用扫描 整个屏幕所需的电子数去除扫描圆盘图像所需的电子数 ，再 乘以屏幕面积（长×宽） ， 相当于这种方法能求出圆的面积 ， 再根据圆面积公式S=πr2，可求得圆周率。