二、MCNP程序入门2.1 蒙特卡罗方法应用程序介绍2.2 MCNP简介2.3 MCNP程序的组成及特点2.4 MCNP5程序安装、运行2.5 MCNP输入文件*1*2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。2.1 蒙特卡罗方法应用程序介绍(1)*3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2.1 蒙特卡罗方法应用程序介绍(2)*41)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。2.1 蒙特卡罗方法应用程序介绍(3)*52)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。2.1 蒙特卡罗方法应用程序介绍(4)*63)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。2.1 蒙特卡罗方法应用程序介绍(5)*7MCNP全名为Monte Carlo Neutron and Photo Transport Code (蒙特卡罗中子-光子输运程序)，它是由美国Los Alamos国家实验室应用理论物理部（X部）的Monte Carlo小组（X-6X小组）经过数十年的研究开发的一个基于蒙特卡罗方法的大型的多功能Monte Carlo粒子输运程序。从1977年开始产生到现在历经十几个版本，解决了核能领域很多关键性问题，功能也越来越强大。现在MCNP可在微机的的UNIX、LINUX、DOS、等操作系统下工作。现其最新版本MCNP-X。 2.2 MCNP简介（1）*8MCNP-5具有如下功能：（1）非带电粒子成相技术。在用户指定的栅格中，MCNP-5使用多个点探测器来确定某个象素区域的粒子流量。用户可以根据需求设置尽可能多的探测点以便生成尽可能平滑的图象。（2）随机几何能力。该能力可用来分析颗粒燃料，还可用来研究燃料核在石墨矩阵中的随机位置。（3）可处理复杂三维几何系统的输运问题，几何界面除任意平面和二阶曲面外，也可包括四阶椭环面。2.2 MCNP简介（2）*9（4）粒子输运方式可以是中子输运、光子输运、电子输运、中子-光子联合输运、光子-电子联合输运、电子-光子联合输运、中子-光子-电子联合输运。既可用于求解通常的输运方程，也可解多群共轭输运方程。MCNP-5已经能够处理低能光子相互作用的不连续散射问题。 （5）既可计算穿透问题，也可计算临界特征值问题。对临界特征值的计算，给出了KEFF 、预期寿命和生存时间的计算方法，还可计算各种记数关于介质成分、密度或截面数据的一阶、二阶微扰量。2.2 MCNP简介（3）*10（6）配备的截面数据覆盖了所有常用的核素和同位素，并可选用点截面方式或多群截面方式。可处理的中子能量范围为10E-11至20MeV，光子和电子为0.001至1000MeV。（7）有多种物理量的计算选择，包括点通量、界面通量、任意独立栅格的粒子流及通量、几何体上的通量及能量沉积，可给出按空间、时间、能量的谱（分布）和联合分布，粒子流还可增加角度分布。另外还有脉冲高度谱的计算。所有量的计算结果都同时给出了统计误差。2.2 MCNP简介（4）*11（8）有十余种降低方差技巧可以选用。（9）具有较好的图形输出功能。可作几何结构任意方位的二维剖面图，计算结果的二维X-Y曲线图、等值线图、三维曲面图、截面数据图及粒子径迹图。既可交互方式作图，也可用批命令方式作图，也可在中途暂挂计算进行作图。MCNP-5可绘制最多有64种颜色的彩图。（10）既可在串行环境下运行，也可在并行环境下运行。2.2 MCNP简介（5）*12MCNP程序的应用范围十分广阔，主要包括：反应堆设计、核临界安全、辐射屏蔽和核防护、探测器的设计与分析、核测井、个人剂量与物理保健、加速器靶的设计、医学物理与放射性治疗、国家防御、废物处理、射线探伤等。2.2 MCNP简介（6）*13MCNP是主程序模块，它根据正在运行的问题之需要分别调用IMCN、 MCRUN、XACT和 PLOT等主要模块。各模块之间的关系，如图所示。2.3 MCNP程序的组成及特点（1）IMCN模块：总是要被调用的，其任务是读入输入文件INP，并对输入 数据进行分析处理。 MCRUN模块：是输运计算的实体，是MCNP的核心部分。 XACT模块：从截面数据文件中读出问题中所用核素的截面数据，并根 据用户给出的信息删去所关心能量范围以外的中子截面数据。 PLOT模块：实现在各种图像设备上绘制或显示问题的几何图形。*14MCNP程序中物理量的单位规定为：2.3 MCNP程序的组成及特点（2）物理量单位长度cm能量MeV时间shake, =10-8sec温度MeV (kT)原子密度atoms/barn-cm质量密度g/cm3截面barns (10-24cm2)加热量MeV/collision原子质量按中子质量为1.0计算，这种单位下阿佛伽德罗常数是 0.59703109；程序运行时间以分钟为单位。*15MCNP程序具有很强的通用性，主要体现在： （1）可以处理任意三维几何结构的问题。在输入文件 INP中，空间被曲面(surface)分割成相互邻接的区域， 称为栅元(cell)，可以给栅元填充各种物质。栅元的界 面可以是平面、二阶曲面或某些四阶曲面(如椭圆环状 面)。 （2）可以模拟中子输运、光子输运和二者联合输运。 （3）用户可以非常方便地在任何位置指定体源、面源 、线源或点源，设置源粒子位置、能量、时间、飞行方 向等参数的分布。2.3 MCNP程序的组成及特点（3）*16MCNP程序具有很强的通用性，主要体现在： （4）程序提供多种记录模拟结果方法，包括通过某一界面的 粒子流量或通量、进入某一栅元的通量、沉积能量和点通量 。模拟结果在MCNP中称为记数(tally)，可以按位置、能量、 时间、粒子来向和粒子种类记数。 （5）程序包携带了大量核反应数据库文件，包括连续和离散 的中子截面库、光子点截面库、热中子点截面库等，几乎可 对所有天然物质进行计算。程序能比较精细地模拟中子和光 子输运过程，并对一些特定的物理过程允许用户选择使用哪 种方式进行处理，如对热中子处理可选用自由气体模型或 S(,)模型，对低能光子处理可以考虑或忽略相干散射等。2.3 MCNP程序的组成及特点（4）*17（6）为了提高计算时效，给用户提供了许多可选用的减小方差 (variance)技巧，主要包括：重要抽样、权重截断和轮盘赌、时 间和能量截断、模拟俘获、指数变换、强迫碰撞、能量分裂和轮 盘赌、源的偏倚、点探测器记数、确定论输运、权窗等。 （7）用户可通过设置源粒子数或运行时间来通知程序何时终止 运行，还可以在原有计算结果的基础上接续运行程序。一些结果 不会因计算的意外中断而丢失。 （8）在输出文件OUTP中给用户提供丰富的信息，包括输入列表 、使用的截面表、粒子生成和丢失表、栅元中的粒子活动情况、 中子诱发光子表、记数和记数涨落表等，还可以根据用户要求给 出其它信息。 （9）提供了简单的问题调试工具。2.3 MCNP程序的组成及特点（5）*18(1)安装MCNP的安装比较容易，下面以MCNP5安装为例：1）安装MCNP5执行文件.MCNP5_executables_Installersetup.exe2）安装MCNP5数据文件.MCNP_DATA_Installersetup.exe3）安装完成.LANLMCNP5 (执行文件目录).LANLMCNPDATA (数据文件目录)2.4 MCNP5程序安装、运行（1）*194）环境变量设置2.4 MCNP5程序安装、运行（2）*20（2）运行MCNP的输入文件包括截面数据库文件、截面库目文件XSDIR、问题输入文件INP等。INP文件是用户要填写的主要输入文件，一般把该文件特指为输入文件。OUTP是MCNP的主要输出文件（文本格式），其它输出文件还有转储文件RUNTPE（二进制格式）、运行信息文件OUTPUT等。所有文件的文件名不能超过7个字符。2.4 MCNP5程序安装、运行（3）*21运行的方法：1）假设输入卡文件名是mcin.inp，那么运行命令可以是：mcnp5 i=mcin.inp o=tesa.out ru=mcrntpe 或mcnp5 i=mcin.inp o=tesa.out 如果在当前文件夹中存在与mcnp将要产生的文件名相同，则 mcnp自动按字母顺序将文件名最后一个字符改变为字母表中下一 字符。2）如果想让在一次运行中所产生的文件，有相似的文件名， 使用如下方式：mcnp5 name=job1运行后产生的OUTP文件将为JOB1O，RUNTPE为JOB1R。如果文 件已经存在，MCNP将不会覆盖它们，而是给出一条消息并中断运 行。2.4 MCNP5程序安装、运行（4）*22看图的方法：1）如果要看几何绘图，先删除工作目录下刚生成的job1o和job1r两个文件，再输入下面命令并回车：mcnp5 ip n=job1如果能绘图的话会弹出plot提示符，在此例如你可以输入ex=100，就可以看到自己的几何描述了。2）用“VisEd”工具软件，装载mcin.inp文件即可。2.4 MCNP5程序安装、运行（5）*23输入文件的基本形式：INP文件有初始运行和接续运行两种形式，用户须在INP中描述问题的几何、材料、源、记数和其它要求。INP由一些被空行分隔的输入块组成，主要的输入块是信息块、标题和栅元块、曲面块和数据块等。输入块又由一些被称为卡的输入行组成。初始运行输入文件的格式如右：2.5 MCNP输入文件（1）信息卡 可选 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 . . 空行结束符 其它*24信息卡的1-8列应填写MESSAGE:，后面跟着用空格分隔 的参数项。可用A=B参数项更改输出文件名，如OUTP = MYOUT。信息块是可选的。在信息块之后的第一行是问题的标题卡，它仅限于一行 ，占用1-80列，可以是任何信息，将作为OUTP文件中各个输 出表的标题被复制。用户在栅元块和曲面块中描述问题的几何。栅元由栅元 卡描述。空间必须由彼此相邻的栅元填满，栅元之间不能重 叠，也不能出现无栅元的空区，否则会出现错误。构建栅元 的曲面由曲面卡定义，曲面卡在曲面块中给出。曲面块之后是数据块，在数据块中用户描述源、记数方 式、材料等。无论数据块后是否有空行结束符，MCNP都能运行。用户 可以把希望保留的一些附加信息写在数据块的空行之后， MCNP会将它们复制到OUTP文件末尾。2.5 MCNP输入文件（2）