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第八章蒙特卡羅方法應用程序介紹,蒙特卡羅方法應用軟件的特點常用的通用蒙特卡羅程序簡介MCNP程序輸入的描述,,第八章蒙特卡羅方法應用程序介紹,建立完善的通用蒙特卡羅程序可以避免大量的重復性工作，并且可以在程序的基礎(chǔ)上，開展對于蒙特卡羅方法技巧的研究以及對于計算結(jié)果的改進和修正的研究，而這些研究成果反過來又可以進一步完善蒙特卡羅程序。,,,,,蒙特卡羅方法應用軟件的特點,通用蒙特卡羅程序通常具有以下特點：具有靈活的幾何處理能力參數(shù)通用化，使用方便元素和介質(zhì)材料數(shù)據(jù)齊全能量范圍廣，功能強，輸出量靈活全面含有簡單可靠又能普遍適用的抽樣技巧具有較強的繪圖功能,,,,,常用的通用蒙特卡羅程序簡介,MORSE程序較早開發(fā)的通用蒙特卡羅程序，可以解決中子、光子、中子－光子的聯(lián)合輸運問題。采用組合幾何結(jié)構(gòu)，使用群截面數(shù)據(jù)，程序中包括了幾種重要抽樣技巧，如俄國輪盤賭和分裂技巧，指數(shù)變換技巧，統(tǒng)計估計技巧和能量偏移抽樣等。程序提供用戶程序，用戶可根據(jù)需要編寫源分布以及記錄程序。,,,,,EGS程序EGS是Electron-GammaShower的縮寫，它是一個用蒙特卡羅方法模擬在任意幾何中，能量從幾個KeV到幾個TeV的電子-光子簇射過程的通用程序包。由美國StanfordLinearAcceleratorCenter提供。EGS于1979年第一次公開發(fā)表，提供使用。EGS4是1986年發(fā)表的EGS程序的最新版本。,,,,,MCNP程序MCNP是美國LosAlamos國家實驗室開發(fā)的大型多功能通用蒙特卡羅程序，可以計算中子、光子和電子的聯(lián)合輸運問題以及臨界問題，中子能量范圍從10-11MeV至20MeV，光子和電子的能量范圍從1KeV至1000MeV。程序采用獨特的曲面組合幾何結(jié)構(gòu)，使用點截面數(shù)據(jù)，程序通用性較強，與其它程序相比，MCNP程序中的減方差技巧是比較多而全的。,,,,,MCNP程序輸入的描述,MCNP的輸入包括幾個文件，但主要的一個是由用戶編寫的INP文件，該文件包括描述問題所必須的全部輸入信息。文件采用卡片結(jié)構(gòu)，每行代表一張卡片，文件由一系列卡片組成，對于任一特定的問題，只需用到INP全部輸入卡片的一小部分。,,,,,MCNP輸入文件中物理量的單位,,,,,輸入文件的基本形式信息塊信息塊的卡片放在INP文件中標題卡之前。信息塊給出了MCNP的一些運行信息，信息塊上各部分的意思和運行行信息是一樣的，當運行行信息與信息塊中所指定的信息相矛盾時，則忽略信息塊中相應的信息，而以運行行信息為準。信息塊是可選的，信息塊的第一張卡片，必須在第1～8列寫上“MESSAGE:”，從第一張卡片的第9～80列到后續(xù)卡片的第1～80列都可填寫運行信息。在標題卡之前用一個空行分隔符結(jié)束信息塊。,,,,,初始運行的輸入文件,,,,,接續(xù)運行的輸入文件接續(xù)運行必須在運行行信息或信息塊中給出C項選擇，即Cm，表示從RUNTPE文件中讀出第m次轉(zhuǎn)儲的內(nèi)容接著運算，如果m未指定，則讀最后一次轉(zhuǎn)儲的數(shù)據(jù)。如果不需要改變內(nèi)容，則不需要接續(xù)輸入文件，僅需運行RUNTPE以及在運行行加上C選擇。,,,,,卡片格式INP輸入文件的每一行（稱之為一張卡片）都限于使用第1～80列并構(gòu)成卡片映象。大部分輸入卡片按行填寫；然而，對數(shù)據(jù)卡允許按列填寫。$符號為它所在那行數(shù)據(jù)的結(jié)束符，在$符號后面的內(nèi)容作為注釋，它可從$符號后面的任一列開始。標題卡只占一行，整行都可填入用戶需要的信息，也可以是空行。但要注意在其它地方使用空行是作為結(jié)束符或者分隔符。輸入文件中，在標題卡之后及最后的空行結(jié)束卡之前的任何地方都可插入注釋卡。注釋卡必須是字母“C”寫在1～5列中的任意位置，且至少用一個空格隔開后面的注釋內(nèi)容。,,,,,行輸入格式柵元卡、曲面卡和數(shù)據(jù)卡的書寫格式是相同的。必須從1～5列開始填寫這些卡片相應的名字(或編號)和粒子標識符，后面填寫用空格分隔的數(shù)據(jù)項。如果1～5列為空，則表示它是前一張卡片的繼續(xù)卡。如果在一行的末尾有一個用空格隔開的符號“&”，則表示下一行是該行的繼續(xù)卡，數(shù)據(jù)可填寫在1～80列。一個數(shù)據(jù)項必須在一張卡片上寫完，不得跨到下一張卡片上。完全空白的一行則為兩組卡片的分隔符。對任何給定的帶有粒子標識符的類型卡只能有一張。需要整數(shù)的數(shù)據(jù)項必須填寫整數(shù)，其它數(shù)據(jù)可填寫為整數(shù)或浮點數(shù)以及MCNP能讀的數(shù)據(jù)。,,,,,為書寫方便，可以使用四項書寫功能：nR功能，表示將它前面的數(shù)據(jù)重復n次。例如：24R等同于22222nI功能，表示在與其前后相鄰的兩個數(shù)之間，插入n個線性插值點。對于XnIY的結(jié)構(gòu)，如果X和Y是整數(shù)，且X－Y剛好是n+1的整倍數(shù)，則產(chǎn)生標準的整數(shù)插值，否則產(chǎn)生實數(shù)插值，但Y值直接存儲。例如：1.52I3.0＝1.52.02.532.0可能不精確而14I6＝123456都是精確定整數(shù)XM功能，它表示的數(shù)值為前面的數(shù)據(jù)乘上X。例如：112M2M4M2M＝11241632nJ功能，表示其后n個數(shù)據(jù)項使用缺省值。例如：DD.1（缺省值）1000＝DDJ1000如果nR、nI、及nJ項中缺省n，則假設n＝1。,,,,,列輸入格式列輸入塊的格式：Si必須是MCNP卡片名字，它們必須全部是柵元參數(shù)、或者全部是曲面參數(shù)、或者全部是其它參數(shù)。,,,,,粒子標識符幾個輸入卡片都需要粒子標識符以區(qū)別中子、光子和電子的輸入數(shù)據(jù)。這些卡片是：IMP、EXT、FCL、WWN、WWE、WWP、WWGE、DXT、DXC、F、F5X、F5Y、F5Z、PHYS、ELPT、ESPLT、CUT和PERT。粒子標識符由上述卡片名字后面的冒號、字母N、P或E組成。例如：中子重要性卡為IMP:N光子重要性卡為IMP:P,,,,,缺省值MCNP的許多輸入?yún)?shù)都有缺省值，因此用戶不需要每次都給出各個輸入?yún)⒘康闹?。當缺省值符合用戶要求時，便可不在輸入文件中指定。當省略某張輸入卡時，則該卡上的全部參數(shù)均使用缺省值。如果只想改變一張卡上的某一個特定參量時，則它前面的參量仍需指明，或者用nJ方式跳過前面那些使用缺省值的參量。例如：光子截斷卡CUT:P3J-.10表示前3個參量使用缺省值，只改變第四項參量的值。,,,,,輸入錯誤信息MCNP對輸入文件出現(xiàn)的錯誤作廣泛的檢查，如果用戶違反了輸入說明的規(guī)定，將在終端上以及輸出文件中打印致命錯誤信息，MCNP不再進行粒子輸運計算，作業(yè)中斷。第一個出現(xiàn)的致命錯誤是真的，而后面的錯誤可能不一定是真的，這取決于前面出現(xiàn)的致命錯誤的情況。若在MCNP運行行上指定FATAL項，則MCNP忽略致命錯誤，照常運行。對于MCNP的警告信息，用戶不應忽視，應搞清楚它們的含義。,,,,,檢查幾何錯誤MCNP在處理輸入文件的數(shù)據(jù)時，不能檢查一種非常重要的輸入錯誤。即MCNP無法查出各柵元之間的重疊和空隙，只有當粒子丟失時，才會發(fā)現(xiàn)幾何錯誤。即使如此，可能仍然無法準確判斷錯誤性質(zhì)。,,,,,柵元描述卡,,,,,在柵元的幾何說明中，關(guān)于曲面的指向是一個很重要的概念。假定曲面S的曲面方程為f(x,y,z)＝0，則對于f(x,y,z)＞0的區(qū)域?qū)τ谇鍿具有正的指向；而對于f(x,y,z)＜0的區(qū)域?qū)τ谇鍿具有負的指向。正指向的區(qū)域用+S表示，“+”號可不寫；負指向的區(qū)域用-S表示。柵元用各相關(guān)曲面的布爾運算表示，布爾算符包括交（用空格表示）、并（用冒號:表示）和非（用#表示）。缺省的運算順序是先非，其次是交，最后是并，使用括號可控制布爾運算的次序。,,,,,非運算有兩種形式：#n，n是某個柵元號，#n表示一個由不在柵元n內(nèi)的點組成的空間區(qū)域。#(---)，括號內(nèi)是對某一個柵元進行描述的曲面——柵元關(guān)系組，這一形式定義的幾何區(qū)域由不屬于括號內(nèi)描述區(qū)域的點組成的空間。例如：30-12-4$定義柵元3#3$與下行相同#(-12-4),,,,,在柵元卡上可定義柵元參數(shù)以代替在輸入文件中數(shù)據(jù)卡部分定義的柵元參數(shù)。格式為：關(guān)鍵詞＝值。這兒允許的關(guān)鍵詞是：帶有粒子標識符的IMP、VOL、PWT、EXT、FCL、WWN、DXC、NONU、PD和TMP，以及關(guān)于重復結(jié)構(gòu)的4個柵元參數(shù)卡：U卡、TRCL卡、LAT卡和FILL卡。在LIKEnBUT格式中，還有兩個關(guān)鍵詞MAT和RHO，分別表示柵元的介質(zhì)號和密度。,,,,,例如：1016-4.21-23IMP:N=4IMP:P=8表示柵元10由曲面1的正面、曲面2的負面和曲面3的正面的交集組成，填充質(zhì)量密度為4.2克/厘米3的16號材料。該柵元的中子重要性為4，光子重要性為8。例如：23-3.7-1IMP:N=2IMP:P=43LIKE2BUTTRCL=1IMP:N=10,,,,,曲面描述卡由方程定義曲面,,,,,用點定義軸對稱曲面類型為X、Y或Z的曲面卡是用坐標點描述曲面而不是用方程系數(shù)描述。用這些卡描述的曲面必須是分別關(guān)于X、Y或Z軸對稱的，并且如果該曲面是由多葉組成的，則指定的坐標點必須全都在同一個葉上。,,,,,每一對坐標點定義這個曲面上的一個點。例如在一張Y卡上可以給出：jYy1r1y2r2其中，()是第i點的坐標。給出的坐標點對數(shù)的不同，描述的曲面類型也不同。給出一對坐標，則定義一個平面（PX、PY或PZ）。給出二對坐標，則定義的是線性曲面（PX、PY、PZ、CX、CY、CZ、KX、KY或KZ）。給出三對坐標，則定義的是二次曲面（PX、PY、PZ、SO、SX、SY、SZ、CX、CY、CZ、KX、KY、KZ或SQ）。當用兩點定義一個錐面時，只生成一個單葉錐面。曲面的指向與方程指定曲面（SQ除外）是一樣的。對于SQ，遠離對稱軸的點具有正指向。而方程定義的SQ可以自由選取指向。,,,,,由三個點定義一般平面MCNP對用戶指定的P型曲面，將檢查所給的數(shù)據(jù)個數(shù)，若是4項，則作一般斜置平面方程的系數(shù)理解，若多于4項時，便作為三維空間點的坐標值理解。每三個數(shù)定義空間一個點，MCNP將把它們轉(zhuǎn)換成所需要的曲面系數(shù)以產(chǎn)生平面：AX+BY+GZ－D＝0,,,,,數(shù)據(jù)卡在信息卡、柵元描述卡和曲面描述卡之后輸入的是數(shù)據(jù)卡，數(shù)據(jù)卡可分為10類：問題類型幾何卡減方差源描述計數(shù)描述材料及截面描述能量及熱處理問題截斷條件用戶數(shù)據(jù)數(shù)組外圍卡數(shù)據(jù)卡中，標識符必須從前5列開始填寫。,,,,,問題類型（MODE）卡如果不給出MODE卡，則缺省形式是MODEN，即缺省值是中子輸運問題。,,,,,幾何卡幾何卡有以下幾類：,,,,,坐標變換卡格式：TRnO1，O2，O3，B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7，B8，B9，Mn＝變換號，1≤n≤999，*TRn表示Bi是角度而非角度的余弦。O1，O2，O3＝坐標變換向量的位移。B1至B9＝坐標變換的坐標旋轉(zhuǎn)矩陣。元素B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7，B8，B9軸x,x’y,x’z,x’x,y’y,y’z,y’x,z’y,z’z,z’M＝1，表示位移是輔助坐標系原點相對于基本坐標系的位移。＝－1，表示位移是基本坐標系原點相對于輔助坐標系的位移。,,,,,減方差MCNP運用以下卡片來減小方差：,,,,,,,,,源定義,,,,,通用源卡：格式,,,,,計數(shù)描述下列卡片用來記錄計算結(jié)果：,,,,,,,,,計數(shù)類型卡Fna格式：,,,,,材料描述這組卡片用于指定在柵元中所使用的材料成分和使用那些截面數(shù)據(jù)。,,,,,材料成分卡Mm格式：MmZAID1fr1ZAID2fr2…keyword=value…ZAIDi＝材料中第i種成份的截面數(shù)據(jù)，ZZZAAA.nnX或ZZZAAAZZZ是元素的原子序號，AAA是原子量，nn截面庫標識號，X是數(shù)據(jù)分類。fri＝材料中第i種成份的原子的分量（負值表示重量比例）。AAA＝000表示自然元素。,,,,,能量和熱處理方式指定這組卡片用于控制MCNP的能量以及其它物理狀況。,,,,,問題截斷卡這組卡片在初始運行或接續(xù)運行的輸入文件中均可使用，用于終止粒子的歷史或中斷計算。,,,,,用戶數(shù)據(jù)數(shù)組卡MCNP在其COMMON變量中定義了兩個數(shù)組IDUM（整數(shù)）和RDUM（浮點數(shù)）供用戶使用，每個數(shù)組可存放50個數(shù)據(jù)。這組卡片為這兩個用戶數(shù)組提供輸入數(shù)據(jù)。IDUM，整型數(shù)組卡格式：IDUMI1，I2，…，In（1≤n≤50）RDUM，實型數(shù)組卡格式：RDUMR1，R2，…，Rn（1≤n≤50）,,,,,外圍卡這組卡片為用戶提供方便，不影響MCNP的計算。,,,,,蒙特卡羅中心服務器信息,IP地址：166.111.32.63166.111.32.74166.111.32.79目前安裝了MCNP4C，以后將陸續(xù)安裝Egs4、Geant4、Fluka等蒙特卡羅程序。中心電話：62784552聯(lián)系人：范佳錦、武禎,