8.常用蒙特卡罗程序介绍

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 • 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
栅元
C cell# 1 2 3 4 Mat# Dens Surface combinations 1 -1 -1 2 -5 -2 0 1 2 -3 0 3
• 栅元输入卡包括三个部分
– 栅元号: 1-9999 – 栅元内容
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。
2. 常用的通用蒙特卡罗程序简介
• EBiblioteka BaiduS程序
• EGS是 Electron-Gamma Shower 的缩写，它是 一个用蒙特卡罗方法模拟在任意几何中，能量从 几个KeV到几个TeV的电子-光子簇射过程的通用 程 序 包 。 由 美 国 Stanford Linear Accelerator Center 提供。 EGS 于 1979 年第一次公开发表， 提供使用。EGS4是1986年发表的EGS程序的最 新版本。
第八章 蒙特卡罗方法应用 程序介绍
1. 蒙特卡罗方法应用软件的特点 2. 常用的通用蒙特卡罗程序简介 3. MCNP程序简介
1. 蒙特卡罗方法应用软件的特点
通用蒙特卡罗程序通常具有以下特点： 1) 具有灵活的几何处理能力 2) 参数通用化，使用方便 3) 元素和介质材料数据齐全 4) 能量范围广，功能强，输出量灵活全面 5) 含有简单可靠又能普遍适用的抽样技巧 6) 具有较强的绘图功能
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
MCNP内容提要
• 入门（Introduction）
• 输入文件基础（Input File Basics）
• 几何描述（Geometry Definition） • 源的描述（Source Definition）
• MCNP程序
• MCNP是美国Los Alamos国家实验室开发的大 型多功能通用蒙特卡罗程序，可以计算中子、 光子和电子的联合输运问题以及临界问题，中 子能量范围从 10-11MeV至20MeV ，光子和电子 的能量范围从 1KeV 至 1000MeV 。程序采用独 特的曲面组合几何结构，使用点截面数据，程 序通用性较强，与其它程序相比， MCNP 程序 中的减方差技巧是比较多而全的。
• Geant 4 程序
• Geant4(GEometry ANd Tracking，几何和跟 踪)是由CERN(欧洲核子研究组织 )基于C++面 向对象技术开发的蒙特卡罗应用软件包，用于 模拟粒子在物质中输运的物理过程。相对于 MCNP 、 EGS 等商业软件来说 , 它的主要优点 是源代码完全开放 , 用户可以根据实际需要更 改、扩充Geant4程序。 • Geant4 分为许多模块，分别负责处理几何跟 踪，探测器响应，运行管理，可视化和用户界 面。对许多物理模拟来说，这意味可以在实现 细节上花费较少时间，使得研究者可以立刻着 手从事模拟工作中重要的方面。
• 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。
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 了解MCNP输入文件的简写特点
MCNP中的物理单位
长度 能量 时间 温度 原子密度 质量密度 截面 原子量 阿伏加德罗常数 厘米 MeV 10-8 秒 MeV（kT） 1024 个原子 / 厘米3 克 / 厘米3 10-24 厘米2 中子质量的1.008664967倍 6.023×1023
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 n＝demo1_ －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
MCNP内容提要
• 入门（Introduction）
• 输入文件基础（Input File Basics）
• 几何描述（Geometry Definition） • 源的描述（Source Definition）
• 计数描述（Tally Definition）
• 材料，物理成分和数据（Materials, Physics & Data） • 高级计数描述（Advanced Tallies） • 高级几何描述（Advanced Geometries） • 各种简化（Variance Reduction） • 临界问题（Criticality）
2 1 15
C Data cards IMP:n 1 1 1 0 m1 1001 2.0 8016 1.0 m2 3007 1.0 sdef nps 10000
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 • 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。
MCNP入门
• 熟悉Unix或Dos
• 运行MCNP • 绘制MCNP几何图象 • MCNP输入文件结构
熟悉Unix和Dos
• 懂得怎样用Unix或Dos命令行运行MCNP
• 懂得MCNP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=<filename> o=<filename> [options]
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
Demoproblem#1forNEEP602MCCourse(Spring2002) C Cell cards C cell# Mat# Dens Surface combinations 1 1 -1 -1 2 2 -5 -2 3 0 1 2 -3 4 0 3 C 1 2 3 Surface cards sph 3 0 0 sph -2 0 0 sph 0 0 0
MCNP几何描述
• • • • • • • 几何基础 快速开始 曲面 组合曲面 Macrobodies 栅元特性 例子
几何基础
• • • • • 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
• 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（Complement)
• 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。
• - 负的坐向
对于开放曲面（平面)，点在曲面的坐标轴负方向； 对于封闭曲面（球，圆柱等），点在曲面以内。
栅元的复合曲面： 交（Intersection)
• 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（Union)
3. MCNP程序简介
• 入门（Introduction）
• 输入文件基础（Input File Basics）
• 几何描述（Geometry Definition） • 源的描述（Source Definition）
• 计数描述（Tally Definition）
• 材料，物理成分和数据（Materials, Physics & Data） • 高级计数描述（Advanced Tallies） • 高级几何描述（Advanced Geometries） • 各种简化（Variance Reduction） • 临界问题（Criticality）
%> 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 • 这将会帮助你知道哪一个结果是正确的
网站： http://geant4.cern.ch/
网站： http://geant4.web.cern.ch/geant4/support/download.shtml
• Geant4安装和运行的系统要求 1) 操作系统 Linux 2) C++编译器 g++ • Geant4也可以在各种操作系统下安装, 例如Windows2000/XP, Linux, Sun等。
• 计数描述（Tally Definition）
• 材料，物理成分和数据（Materials, Physics & Data） • 高级计数描述（Advanced Tallies） • 高级几何描述（Advanced Geometries） • 各种简化（Variance Reduction） • 临界问题（Criticality）
• Options(选项） i 处理输入文件 p 绘图 x 处理截面 r 粒子传输 z 标绘计数结果 标绘截面 默认值 默认值 默认值
运行MCNP
• %> mcnp i=<文件名> o=<文件名> [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 run＝exlr
MCNP内容提要
• 入门（Introduction）
• 输入文件基础（Input File Basics）
• 几何描述（Geometry Definition） • 源的描述（Source Definition）
• 计数描述（Tally Definition）
• 材料，物理成分和数据（Materials, Physics & Data） • 高级计数描述（Advanced Tallies） • 高级几何描述（Advanced Geometries） • 各种简化（Variance Reduction） • 临界问题（Criticality）