MCNP使用说明--经典版

MCNP4c3说明堆工所21室何涛（翻译自UW－Madison教程）MCNP摘要简介输入文件基础几何描述源的描述计数描述材料，物理成分和数据高级计数描述高级几何描述各种简化临界问题MCNP简介对Unix的熟悉运行MCNP绘制MCNP几何图象MCNP输入文件结构学习目的——MCNP简介懂得怎样用Unix命令行运行MCNP懂得MNCP文件名的惯例能够使用绘图工具描述几何形状运行MCNP%mcnpi=filenameo=filename[options]Options(选项）i处理输入文件默认值p绘图x处理截面默认值r粒子传输默认值z标绘计数结果标绘截面运行MCNP%mcnpi=文件名o=文件名[选项]默认文件名inp输入文件outpASCII输出文件runtpe二进制重启文件通过命令行改变默认值%mcnpinp=exloupt=exlorun＝exlr%mcnpname=exl练习1a运行一次%mcnpi=demo1－什么文件被创建？再运行一次%mcnpi=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=inNameo=outNamer=runNamen=baseNamei=innamen=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练习1b运行一次%mcnpn=demo1－什么文件被创建？再运行一次%mcnpi=demo1n＝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练习2a绘制图象％mcnpi=demo1n=demo1_ip—概念图象放大全景显示改变方向验证材料，栅元，表面，密度等学习目标：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：cm能量：MeV时间：刹（10-8s）温度：MeV(KT)原子密度：1024原子/cm3质量密度：g/cm3截面：靶（10-24cm2）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：24R=22222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：15I7=1234567xM：表示它前面的数据与x之积例如：54M=420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。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。输入文件MCNP教程简介输入文件基础几何描述源的描述计数描述材料，物理成分和数据高级计数描述高级几何描述各种简化临界问题MCNP几何几何基础快速开始曲面组合曲面Macrobodies栅元特性例子学习目标：几何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jsoR•平行于y轴半径为R的圆柱jc/yxzR•垂直于z轴的平面jpzz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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。+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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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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。栅元栅元输入卡包括三个部分栅元号:1-9999栅元内容材料号材料密度0，表示原子密度0，表示质量密度复合曲面练习截面测量实验中央有一个圆柱孔(R=2cm)的铍球(R=25cm)。孔的中央有一个氚靶（厚0.5cm，R=2cm）铍球嵌在半径为40cm的混凝土球壳内。四类MCNP曲面方程定义曲面平面，球，圆柱，圆锥，圆环，任意的二次曲面Macrobodies基于闭合图元的复杂曲面用点定义对称曲面平面，线性曲面或二次曲面由三个点定义一般平面一般平面MCNP曲面：方程定义基本格式（Chapter3,sectionIII.A,Table3.1,p3-12)jnalistj：曲面号：1—9999n：缺省值为0，表示不进行任何坐标变换0：用TRn卡对曲面坐标变换0：曲面j是伴随曲面n的周期边界a：方程助记名list：方程描述的数据项MCNP曲面：圆锥圆锥的等式定义了两个“叶”。参数中额外的条目是用来区分“正叶”和“负叶”的只有在圆锥平行于轴的时候才有效MCNP曲面：Macrobodies有限的“模块”构成的曲面（Chapter3,SectionIII.D,Table3.1,p3-12)BOX任意指向的正交框RPP直角平行六面体所有的表面垂直于各自的轴SPH球与方程表示的球是一样的RCC直圆柱体轴与底面垂直，但是方向任意RHP(HEX)直六面棱柱与RCC相似但底为任意的六边形MCNP曲面：Macrobodies“坐向”与其他封闭曲面相类似+正的坐向，点在曲面以外。+负的坐向，点在曲面以内。能够与其他类型的曲面相复合从能够被分别索引的“面”构造Macrobody的“面”面是按顺序编号的（见说明书page3-21）参考使用Macrobody编号和“面”编号MacrobodyRCC的圆柱侧面j=55.1MacrobodyRPP的ymax平面j=1010.3MCNP曲面：用点定义对称曲面用面上的一到三个点描述，且面关于X,Y或Z轴对称。（见Page3-16）每一对坐标点定义曲面上的一个点第一个坐标：点离轴的距离第二个坐标：点离轴的半径MCNP曲面：用点定义对称曲面一个点：定义一个平面两个点：定义平面或者线性曲面（圆柱、圆锥）三个点：定义平面、线性曲面或者二次曲面（球或者一般的二次曲面）所有的点都在同一叶上所有的叶必须是可定义的如平面、线性曲面或者二次曲面MCNP曲面：用三点定义平面任意三点定义一个平面所产生的平面方程系数遵循原则原点是负方向(0,0,∞)是正方向(0,∞,0)是正方向(∞,0,0)是正方向》致命错误曲面坐标变换TRn坐标变换卡（见page3-30）TRnOxOyOzBxx’Byx’Bzx’Bxy’Byy’Bzy’Bxz’Byz’Bzz’Mn：变换号，与曲面匹配OxOyOz，变换的原点位移矢量Bxx’…’Bzz’变换的旋转矩阵（余弦或度*）M1意味着位移矢量是辅助坐标系的原点在基本坐标系定义的位置－1意味着位移矢量是基本坐标系的原点在辅助坐标系定义的位置曲面坐标变换有时候对标准曲面进行坐标变换比直接定义一个复杂曲面更加容易例子：轴平行于(1,1,0)的圆柱怎样直接写出等式定义？替代方法用等式定义x轴的圆柱进行45度角的变换练习继续上一章的练习使用macrobodies将混凝土球壳替换成立方体在铍球内使用圆锥形孔代替圆柱孔，在靶处半径2cm，外表面半径4cm。混凝土球壳处仍为半径4cm的圆柱孔。需要用到半径1cm，与原来的孔夹角为60度的圆柱孔进行检验这个检验孔是号角状的，靠近靶处半径1cm，靠近铍球表面处半径2cm，中间半径1.2cm。MCNP栅元：栅元基本特性栅元不仅仅是指几何形状，还包括材料：定义栅元中用来输运和反应的截面重要性：基本用途：把无用的universe和物理模型分离开来高级用途：改进问题的统计结果MCNP栅元：材料定义Mn材料卡—在输入文件的数据卡部分（见pg3-108)提供了材料所含元素或同位素的原子比例或重量百分比Mnzaid1frac1zaid2frac2…zaidnfracnn材料号，与栅元卡中条目匹配zaid根据原子序数和原子量定义的同位素ID通常：zaid=Z*1000+AA=0，代表天然元素对于特殊的截面库有可选条目zaid.xsidfrac元素在材料中的原子比例或重量百分比（若为负值)MCNP将会自动归一化MCNP栅元：材料定义示例M192235–4.592238–95.58016–13.5含丰度为4.5%的铀235的氧化铀（核燃料）M25700078800021空气的近似M110010.580160.2560120.25少量的杂质一般是不重要的钢含有23种不同的元素M42600088.8240009740002250000.5140000.2560000.1MCNP栅元：重要性每个栅元都有重要性标准的重要性为1不同的数值用来表示重要性的递减如果重要性为0，粒子在此栅元中不予考虑终结粒子历史剩下的universe重要性为0MCNP栅元：重要性的定义IMP:n,IMP:p,IMP:e,IMP:n,p等两种方法定义重要性在栅元描述卡中，曲面描述之后定义13-8-12#(-3–5)IMP:n=1401:-4–5IMP:n=0作为数据卡，每个栅元对应一个数字IMP:n1110$For4cells整个历史的描述源的定义这是必须的:没有源就没有粒子问题截断条件可选的:没有截断条件，问题将永远计算下去计数可选的:没有计数就不会知道任何计算结果源的描述通用源卡SDEF定义了如下内容粒子在哪里创建栅元，曲面，(x,y,z)粒子在何时创建粒子的能量和方向粒子权重粒子类型默认值在零点零时刻创建，E=14MeV，各向同性，权重为1问题截断卡两种主要的截断粒子数目NPS计算时间CTME（以分为单位）个别粒子的其他截断CUT对每个粒子定义了最大时间，最小能量等ELPT对每个栅元定义了最小能量计数用来提供物理量的估计计数Fn:aj1j2j3…jNTn计数号，最后一位定义计数类型a计数粒子标志符：n,p,eji计数所在的区域T可选：所有计数区域合集的计数计数类型表面计数1穿过曲面的积分流量2穿过曲面的平均通量栅元计数4一个栅元的平均通量6一个栅元的平均沉积能量7一个栅元的平均裂变沉积能量特殊计数5一