蒙特卡罗方法8常用蒙特卡罗程序介绍

2018/10/22
MCNP输入文件中物理量的单位
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
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params 任选的栅元参数说明。 n list
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在栅元的几何说明中，关于曲面的指向是 一个很重要的概念。假定曲面 S 的曲面方程为 f (x,y,z)＝0，则对于f (x,y,z)＞0的区域对于曲面 S 具有正的指向；而对于f (x,y,z)＜0的区域对 于曲面 S 具有负的指向。正指向的区域用+S 表示，“+”号可不写；负指向的区域用-S表示。 栅元用各相关曲面的布尔运算表示，布尔算符 包括交（用空格表示 ）、并（用冒号:表示） 和非（用#表示）。缺省的运算顺序是先非， 其次是交，最后是并 ，使用括号可控制布尔 运算的次序。
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(5) 粒子标识符 几个输入卡片都需要粒子标识符以区别中 子、光子和电子的输入数据。这些卡片是： IMP、EXT、FCL、WWN、WWE、WWP、 WWGE、DXT、DXC、F、F5X、F5Y、F5Z、 PHYS、ELPT、ESPLT、CUT和PERT。粒子 标识符由上述卡片名字后面的冒号、字母N、 P或E组成。 例如：中子重要性卡为 IMP:N 光子重要性卡为 IMP:P
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(2) 初始运行的输入文件
信息块 选择项 空行分隔符 标题卡 栅元卡 … 空行分隔符 曲面卡 … 空行分隔符 数据卡 … 空行分隔符 其它
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仅一行，占用第 1～80 列。作为输出标题。
定义构成整个系统的各个基本介质单元以及 相应的物理信息。
定义组成栅元的曲面信息。
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例如：10 16 -4.2 1 -2 3 IMP:N=4 IMP:P=8 表示栅元10由曲面1的正面、曲面2的负面和 曲面3的正面的交集组成，填充质量密度为 4.2 克 / 厘米3 的16号材料。该栅元的中子重要 性为4，光子重要性为8。
例如：2 3 -3.7 -1 IMP:N=2 IMP:P=4 3 LIKE 2 BUT TRCL=1 IMP:N=10
其它数据，包括问题类型、源描述、材料描 述、计数描述，问题截断条件等。 选择项
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(3) 接续运行的输入文件
信息块 选择项 空行分隔符 CONTINUE 写在第 1～8 列 数据卡 只允许部分数据卡。（FQ，DD，NPS，CTME， IDUM，RDUM，PRDMP，LOST，DBCN，PRINT， … 空行分隔符 KCODE，MPLOT，ZA，ZB，和 ZC） 其它 选择项
1) 2) 3) 4) 5) 6) 通用蒙特卡罗程序通常具有以下特点： 具有灵活的几何处理能力 参数通用化，使用方便 元素和介质材料数据齐全 能量范围广，功能强，输出量灵活全面 含有简单可靠又能普遍适用的抽样技巧 具有较强的绘图功能
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2. 常用的通用蒙特卡罗程序简介
1) MORSE程序 较早开发的通用蒙特卡罗程序，可以解决 中子、光子、中子－光子的联合输运问题。采 用组合几何结构，使用群截面数据，程序中包 括了几种重要抽样技巧，如俄国轮盘赌和分裂 技巧，指数变换技巧，统计估计技巧和能量偏 移抽样等。程序提供用户程序，用户可根据需 要编写源分布以及记录程序。
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在栅元卡上可定义栅元参数以代替在输入 文件中数据卡部分定义的栅元参数。格式为： 关键词＝值。这儿允许的关键词是：带有粒子 标识符的IMP、VOL、PWT、EXT、FCL、 WWN、DXC、NONU、PD和TMP，以及关于 重复结构的4个栅元参数卡：U卡、TRCL卡、 LAT卡和FILL卡。 在LIKE n BUT格式中，还有两个关键词 MAT和RHO，分别表示栅元的介质号和密度。
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1) 输入文件的基本形式 (1) 信息块
信息块的卡片放在INP文件中标题卡之前。信息块 给出了MCNP的一些运行信息，信息块上各部分的意 思和运行行信息是一样的，当运行行信息与信息块中 所指定的信息相矛盾时，则忽略信息块中相应的信息， 而以运行行信息为准。 信息块是可选的，信息块的第一张卡片，必须在 第 1～8 列写上“MESSAGE:”，从第一张卡片的第 9～80 列到后续卡片的第 1～80 列都可填写运行信息。 在标题卡之前用一个空行分隔符结束信息块。
第八章 蒙特卡罗方法应用程序介绍
建立完善的通用蒙特卡罗程序可以 避免大量的重复性工作，并且可以在程 序的基础上，开展对于蒙特卡罗方法技 巧的研究以及对于计算结果的改进和修 正的研究，而这些研究成果反过来又可 以进一步完善蒙特卡罗程序。
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1. 蒙特卡罗方法应用软件的特点
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3) 曲面描述卡
(1) 由方程定义曲面
格式： j j
n n a list 曲面号，1≤ j ≤99999，写在第 1～5 列上。 如果曲面号前有*号，则该曲面为反射面。 对应坐标变换卡TRn，表示该曲面是在辅助坐 标系下描述的，而该辅助坐标系与基本坐标系 之间的关系由TRn卡给出。如果没有坐标变换， 即曲面是在基本坐标系下描述的，则该项缺省。 曲面助记符。 曲面方程参数，1～10项，取决于曲面类型。 参见MCNP手册，表3.1。
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3) 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。
接续运行必须在运行行信息或信息块中给出C项选择， 即Cm，表示从RUNTPE文件中读出第m次转储的内容 接着运算，如果m未指定，则读最后一次转储的数据。 如果不需要改变内容，则不需要接续输入文件，仅需 运行RUNTPE以及在运行行加上C选择。
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(4) 卡片格式 INP输入文件的每一行（称之为一张卡片） 都限于使用第 1～80 列并构成卡片映象。大部 分输入卡片按行填写；然而，对数据卡允许按 列填写。 $ 符号为它所在那行数据的结束符， 在 $ 符号后面的内容作为注释，它可从 $ 符号 后面的任一列开始。 标题卡只占一行，整行都可填入用户需要 的信息，也可以是空行。但要注意在其它地方 使用空行是作为结束符或者分隔符。 输入文件中，在标题卡之后及最后的空行 结束卡之前的任何地方都可插入注释卡。注释 卡必须是字母“C”写在 1～5 列中的任意位置， 且至少用一个空格隔开后面的注释内容。
例如：光子截断卡 CUT:P 3J -.10 表示前3个参量使用缺省值，只改变第四项参 量的值。
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(7) 输入错误信息 MCNP对输入文件出现的错误作广泛的检 查，如果用户违反了输入说明的规定，将在终 端上以及输出文件中打印致命错误信息， MCNP不再进行粒子输运计算，作业中断。 第一个出现的致命错误是真的，而后面的 错误可能不一定是真的，这取决于前面出现的 致命错误的情况。 若在MCNP运行行上指定FATAL项，则 MCNP忽略致命错误，照常运行。 对于MCNP的警告信息，用户不应忽视， 应搞清楚它们的含义。
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非运算有两种形式： (1) #n，n是某个栅元号， #n表示一个由不在栅元 n内的点组成的空间区域。 (2) # ( ---)，括号内是对某一个栅元进行描述的曲 面——栅元关系组，这一形式定义的几何区域 由不属于括号内描述区域的点组成的空间。 例如：3 0 -1 2 -4 #3 #(-1 2 -4) $ 定义栅元3 $ 与下行相同
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(6) 缺省值 MCNP的许多输入参数都有缺省值，因此 用户不需要每次都给出各个输入参量的值。当 缺省值符合用户要求时，便可不在输入文件中 指定。当省略某张输入卡时，则该卡上的全部 参数均使用缺省值。如果只想改变一张卡上的 某一个特定参量时，则它前面的参量仍需指明， 或者用nJ方式跳过前面那些使用缺省值的参量。
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2) EGS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。
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a) 行输入格式 栅元卡、曲面卡和数据卡的书写格式是相 同的。必须从 1～5 列开始填写这些卡片相应 的名字(或编号)和粒子标识符，后面填写用空 格分隔的数据项。如果 1～5 列为空，则表示 它是前一张卡片的继续卡。如果在一行的末尾 有一个用空格隔开的符号“&”，则表示下一 行是该行的继续卡，数据可填写在 1～80 列。 一个数据项必须在一张卡片上写完，不得跨到 下一张卡片上。完全空白的一行则为两组卡片 的分隔符。 对任何给定的带有粒子标识符的 类型卡只能有一张。需要整数的数据项必须填 写整数，其它数据可填写为整数或浮点数以及 MCNP能读的数据。
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3. MCNP程序输入的描述
MCNP 的输入包括几个文件，但主要的 一个是由用户编写的INP文件，该文件包括描 述问题所必须的全部输入信息。文件采用卡片 结构，每行代表一张卡片，文件由一系列卡片 组成，对于任一特定的问题，只需用到INP全 部输入卡片的一小部分。
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b) 列输入格式
列输入块的格式：
1～5 列 ＃ K1
K2 …
6～72 列 S1 S2 … Sm
D11 D12 … D1m
D21 D22 … D2m …
Kn Dn1 Dn2 … Dnm Si必须是MCNP卡片名字，它们必须全部是栅元参数、 或者全部是曲面参数、或者全部是其它参数。
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A.
B.
C.
D.
为书写方便，可以使用四项书写功能： nR功能，表示将它前面的数据重复n次。 例如：2 4R 等同于 2 2 2 2 2 nI功能，表示在与其前后相邻的两个数之间，插入n 个线性插值点。对于 X nI Y 的结构，如果X和Y是整 数，且X－Y刚好是n+1的整倍数，则产生标准的整数 插值，否则产生实数插值，但Y值直接存储。 例如：1.5 2I 3.0 ＝ 1.5 2.0 2.5 3 2.0可能不精确 而 1 4I 6 ＝ 1 2 3 4 5 6 都是精确定整数 XM功能，它表示的数值为前面的数据乘上X。 例如：1 1 2M 2M 4M 2M ＝ 1 1 2 4 16 32 nJ功能，表示其后n个数据项使用缺省值。 例如：DD .1（缺省值） 1000 ＝ DD J 1000 如果nR、nI、及nJ项中缺省n，则假设n＝1。
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(8) 检查几何错误 MCNP在处理输入文件的数据时，不能检 查一种非常重要的输入错误。即MCNP无法查 出各栅元之间的重叠和空隙，只有当粒子丢失 时，才会发现几何错误。即使如此，可能仍然 无法准确判断错误性质。
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2) 栅元描述卡
格式： j 或： j j m d geom m d geom params LIKE n BUT list 栅元号，1≤ j ≤99999，写在第 1～5 列上。 栅元材料号，与材料卡（Mm）中的序号对应。 m ＝0 为真空栅元。 栅元材料密度。正值为原子密度，负值为质量 密度。对于真空栅元，该项缺省，不填写。 栅元的几何说明。由一系列带符号的曲面号经 过布尔运算组成。 另一个栅元的名字（编号）。 描述栅元j和栅元n之间差别的栅元参数。