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时间:2020-04-02
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1、MCNP初学者入门指南二○○九年五月目录一MCNP概述1.1MCNP计算过程1.2MCNP文件结构1.3MCNP使用方法二MCNP输入文件书写方法2.1输入文件规范2.27MeV轫致辐射X射线算例三输出文件解读第1章MCNP概述1.1MCNP计算过程MCNP(MonteCarloN-ParticleTransportcode)是计算粒子输运过程的一套蒙特卡罗模拟计算程序。这个程序需要用户通过输入文件给出计算模型。计算模型中需要提供源的属性、感兴区内各种物体的属性、记录粒子信息的方法等。例如,若想计算一个1MeV的X射线透过2c
2、m铁的概率是多少,我们可以通过下面的模型进行计算,如图1所示。图1计算模型在上面的计算模型中,感兴区是一个球的内部,其中包含X射线源、铁块和记录面,而其他位置均为真空。由于当粒子被输运到感兴区外时,它将肯定不会再对记录结果产生贡献,所以程序会自动停止这个粒子的输运过程,这也正是设定感兴区的原因。源的属性主要包括位置、能量、出射方向、粒子种类等。图1的计算模型中,源的能量为单能1MeV,方向为单向垂直于铁块的左表面,粒子种类为光子(Photon)。感兴区内物体的属性包括几何尺寸、材料成分、密度等。图1中使用了一块铁块,它的厚度为
3、2cm,其他方向的尺寸对我们的计算结果没有影响,但要保证铁块完整地包含于感兴区内。记录方法有多种,其中包括通过某个面的特定种类粒子的个数。在图1中,我们可以利用MCNP记录通过“记录面”的能量为1MeV的光子个数。计算图1的模型时,MCNP会首先根据源的属性描述,抽样出一个起始粒子。图1中的源为单能且单向的点源,所以每次抽样出的粒子都是能量、方向、种类相同的粒子。这个粒子会沿着它的出射方向(垂直于铁块左表面)飞行,当它入射到铁块里时,会有一定的概率发生康普顿散射、电子对效应和光电效应。发生三种反应的概率由MCNP的截面库中的微
4、观截面数据、输入文件中铁的密度以及抽样得到的随机数共同决定。若X射线发生了康普顿散射,原来的X射线将被具有新属性的X射线取代,它将有不同的出射方向、能量。MCNP会继续输运这个新产生的X射线直到它发生下一次反应或者飞出感兴区;X射线还会有一定的概率不发生任何反应,直接透过铁块。当基于一个起始粒子的输运过程结束后,MCNP会重复上述的过程。由于每次抽样的得到的随机数会不同,所以每个起始粒子的输运过程都是独立而且不同的。多次的输运过程会使得MCNP的记录结果越来越接近它的期望值,重复的次数越多,统计涨落就会越小。尽管MCNP会记录
5、所有通过记录面的光子。但由于光子一旦发生反应,它的能量就会变化,所以若只观察能量为1MeV的光子,我们就可以排除那些经过多次散射而打到记录面的光子了。由于每次输运均是基于一个起始源粒子,所以最后记录得到的结果也都是相对于一个起始粒子的概率。对于图1来说,记录结果就是1个X射线透过2cm的铁后打到记录面的概率。1.2MCNP文件结构MCNP的输入文件名不可以多于七个字符,所以不建议对输入文件增加扩展名;MCNP的输出文件的扩展名为.o;MCNP内部计算过程的记录文件的扩展名为.r。若一次计算结果就已经达到满意的统计结果,那么.r
6、文件就没有什么价值保存下来;但是若一次计算结果达不到满意的统计可信度,那么我们可以在已得到的计算结果的基础上继续模拟输运过程,来减小统计涨落。而为了这么做,MCNP需要上一次计算结果中使用的.r文件。为了这个目的,有时候.r文件还是值得保留的。在基于上一次的计算结果继续模拟计算时,MCNP将不再读入输入文件,而单单读入.r文件的信息。所以我们想继续计算时,需要保证.r文件就是我们所设想的模型的前一次模拟计算中得到的.r文件。除了上面三种常用的文件类型,MCNP还有两种不长用的输出文件。这两种文件只有用户通过输入文件要求MCNP
7、输出这些文件时才会得到。其中一个为.w文件,这个文件是我们想通过MCNP输出surfacesource的时候才会产生;另外一个为.p文件,这个文件时我们想通过MCNP追踪粒子的输运过程的时候才会得到。上面的几种文件是用户常用到的文件类型,下面将介绍MCNP程序内部使用的若干的文件。1.MCNP5.exe:MCNP的应用程序,这个程序是在dos下运行的程序。所以用户不要试图双击这个程序来运行它。2.vised.exe:这个程序可以让用户观察MCNP读入的输入文件中的计算模型。我们可以利用这个程序观察我们所设想的计算模型与实际书写
8、出来的计算模型是否有偏差。此外,这个程序还可以方便我们找出MCNP输入文件中潜在的一些错误,例如:两个物体有相交的部分等。3.目录Documents:这个文件夹内包含LANL(LosAlamosNationalLaboratory)提供的MCNP的官方使用说明、林谦老师的蒙卡
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