蒙特卡羅方法應(yīng)用程序介紹.ppt

第八章 蒙特卡羅方法應(yīng)用程序介紹,蒙特卡羅方法應(yīng)用軟件的特點(diǎn) 常用的通用蒙特卡羅程序簡(jiǎn)介 MCNP程序輸入的描述,第八章 蒙特卡羅方法應(yīng)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(fù)性工作，并且可以在程序的基礎(chǔ)上，開(kāi)展對(duì)于蒙特卡羅方法技巧的研究以及對(duì)于計(jì)算結(jié)果的改進(jìn)和修正的研究，而這些研究成果反過(guò)來(lái)又可以進(jìn)一步完善蒙特卡羅程序。,蒙特卡羅方法應(yīng)用軟件的特點(diǎn),通用蒙特卡羅程序通常具有以下特點(diǎn)： 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(qiáng)，輸出量靈活全面 含有簡(jiǎn)單可靠又能普遍適用的抽樣技巧 具有較強(qiáng)的繪圖功能,常用的通用蒙特卡羅程序簡(jiǎn)介,MORSE程序 較早開(kāi)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(yùn)問(wèn)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(guó)輪盤(pán)賭和分裂技巧，指數(shù)變換技巧，統(tǒng)計(jì)估計(jì)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(xiě)源分布以及記錄程序。,EGS程序 EGS是Electron-Gamma Shower 的縮寫(xiě)，它是一個(gè)用蒙特卡羅方法模擬在任意幾何中，能量從幾個(gè)KeV到幾個(gè)TeV的電子-光子簇射過(guò)程的通用程序包。由美國(guó)Stanford Linear Accelerator Center提供。EGS于1979年第一次公開(kāi)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(guó)Los Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的大型多功能通用蒙特卡羅程序，可以計(jì)算中子、光子和電子的聯(lián)合輸運(yùn)問(wèn)題以及臨界問(wèn)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(dú)特的曲面組合幾何結(jié)構(gòu)，使用點(diǎn)截面數(shù)據(jù)，程序通用性較強(qiáng)，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(gè)文件，但主要的一個(gè)是由用戶編寫(xiě)的INP文件，該文件包括描述問(wèn)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(duì)于任一特定的問(wèn)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(biāo)題卡之前。信息塊給出了MCNP的一些運(yùn)行信息，信息塊上各部分的意思和運(yùn)行行信息是一樣的，當(dāng)運(yùn)行行信息與信息塊中所指定的信息相矛盾時(shí)，則忽略信息塊中相應(yīng)的信息，而以運(yùn)行行信息為準(zhǔn)。 信息塊是可選的，信息塊的第一張卡片，必須在第 18 列寫(xiě)上“MESSAGE:”，從第一張卡片的第 980 列到后續(xù)卡片的第 180 列都可填寫(xiě)運(yùn)行信息。在標(biāo)題卡之前用一個(gè)空行分隔符結(jié)束信息塊。,初始運(yùn)行的輸入文件,接續(xù)運(yùn)行的輸入文件 接續(xù)運(yùn)行必須在運(yùn)行行信息或信息塊中給出C項(xiàng)選擇，即Cm，表示從RUNTPE文件中讀出第m次轉(zhuǎn)儲(chǔ)的內(nèi)容接著運(yùn)算，如果m未指定，則讀最后一次轉(zhuǎn)儲(chǔ)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(yùn)行RUNTPE以及在運(yùn)行行加上C選擇。,卡片格式 INP輸入文件的每一行（稱(chēng)之為一張卡片）都限于使用第 180 列并構(gòu)成卡片映象。大部分輸入卡片按行填寫(xiě)；然而，對(duì)數(shù)據(jù)卡允許按列填寫(xiě)。 $ 符號(hào)為它所在那行數(shù)據(jù)的結(jié)束符，在 $ 符號(hào)后面的內(nèi)容作為注釋?zhuān)蓮?$ 符號(hào)后面的任一列開(kāi)始。 標(biāo)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(biāo)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(xiě)在 15 列中的任意位置，且至少用一個(gè)空格隔開(kāi)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(shū)寫(xiě)格式是相同的。必須從 15 列開(kāi)始填寫(xiě)這些卡片相應(yīng)的名字(或編號(hào))和粒子標(biāo)識(shí)符，后面填寫(xiě)用空格分隔的數(shù)據(jù)項(xiàng)。如果 15 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(gè)用空格隔開(kāi)的符號(hào)“&”，則表示下一行是該行的繼續(xù)卡，數(shù)據(jù)可填寫(xiě)在 180 列。一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)必須在一張卡片上寫(xiě)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(duì)任何給定的帶有粒子標(biāo)識(shí)符的類(lèi)型卡只能有一張。需要整數(shù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)必須填寫(xiě)整數(shù)，其它數(shù)據(jù)可填寫(xiě)為整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)以及MCNP能讀的數(shù)據(jù)。,為書(shū)寫(xiě)方便，可以使用四項(xiàng)書(shū)寫(xiě)功能： nR功能，表示將它前面的數(shù)據(jù)重復(fù)n次。 例如：2 4R 等同于 2 2 2 2 2 nI功能，表示在與其前后相鄰的兩個(gè)數(shù)之間，插入n個(gè)線性插值點(diǎn)。對(duì)于 X nI Y 的結(jié)構(gòu)，如果X和Y是整數(shù)，且XY剛好是n+1的整倍數(shù)，則產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的整數(shù)插值，否則產(chǎn)生實(shí)數(shù)插值，但Y值直接存儲(chǔ)。 例如：1.5 2I 3.0 1.5 2.0 2.5 3 2.0可能不精確 而 1 4I 6 1 2 3 4 5 6 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：1 1 2M 2M 4M 2M 1 1 2 4 16 32 nJ功能，表示其后n個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)使用缺省值。 例如：DD .1（缺省值） 1000 DD J 1000 如果nR、nI、及nJ項(xiàng)中缺省n，則假設(shè)n1。,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(biāo)識(shí)符 幾個(gè)輸入卡片都需要粒子標(biāo)識(shí)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(biāo)識(shí)符由上述卡片名字后面的冒號(hào)、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(gè)輸入?yún)⒘康闹?。?dāng)缺省值符合用戶要求時(shí)，便可不在輸入文件中指定。當(dāng)省略某張輸入卡時(shí)，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(gè)特定參量時(shí)，則它前面的參量仍需指明，或者用nJ方式跳過(guò)前面那些使用缺省值的參量。 例如：光子截?cái)嗫?CUT:P 3J -.10 表示前3個(gè)參量使用缺省值，只改變第四項(xiàng)參量的值。,輸入錯(cuò)誤信息 MCNP對(duì)輸入文件出現(xiàn)的錯(cuò)誤作廣泛的檢查，如果用戶違反了輸入說(shuō)明的規(guī)定，將在終端上以及輸出文件中打印致命錯(cuò)誤信息，MCNP不再進(jìn)行粒子輸運(yùn)計(jì)算，作業(yè)中斷。 第一個(gè)出現(xiàn)的致命錯(cuò)誤是真的，而后面的錯(cuò)誤可能不一定是真的，這取決于前面出現(xiàn)的致命錯(cuò)誤的情況。 若在MCNP運(yùn)行行上指定FATAL項(xiàng)，則MCNP忽略致命錯(cuò)誤，照常運(yùn)行。 對(duì)于MCNP的警告信息，用戶不應(yīng)忽視，應(yīng)搞清楚它們的含義。,檢查幾何錯(cuò)誤 MCNP在處理輸入文件的數(shù)據(jù)時(shí)，不能檢查一種非常重要的輸入錯(cuò)誤。即MCNP無(wú)法查出各柵元之間的重疊和空隙，只有當(dāng)粒子丟失時(shí)，才會(huì)發(fā)現(xiàn)幾何錯(cuò)誤。即使如此，可能仍然無(wú)法準(zhǔn)確判斷錯(cuò)誤性質(zhì)。,柵元描述卡,在柵元的幾何說(shuō)明中，關(guān)于曲面的指向是一個(gè)很重要的概念。假定曲面 S 的曲面方程為 f (x,y,z)0，則對(duì)于f (x,y,z)0的區(qū)域?qū)τ谇?S 具有正的指向；而對(duì)于f (x,y,z)0的區(qū)域?qū)τ谇?S 具有負(fù)的指向。正指向的區(qū)域用+S表示，“+”號(hào)可不寫(xiě)；負(fù)指向的區(qū)域用-S表示。柵元用各相關(guān)曲面的布爾運(yùn)算表示，布爾算符包括交（用空格表示 ）、并（用冒號(hào):表示）和非（用#表示）。缺省的運(yùn)算順序是先非，其次是交，最后是并 ，使用括號(hào)可控制布爾運(yùn)算的次序。,非運(yùn)算有兩種形式： #n，n是某個(gè)柵元號(hào)， #n表示一個(gè)由不在柵元n內(nèi)的點(diǎn)組成的空間區(qū)域。 # ( -)，括號(hào)內(nèi)是對(duì)某一個(gè)柵元進(jìn)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(hào)內(nèi)描述區(qū)域的點(diǎn)組成的空間。 例如：3 0 -1 2 -4 $ 定義柵元3 #3 $ 與下行相同 #(-1 2 -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(biāo)識(shí)符的IMP、VOL、PWT、EXT、FCL、WWN、DXC、NONU、PD和TMP，以及關(guān)于重復(fù)結(jié)構(gòu)的4個(gè)柵元參數(shù)卡：U卡、TRCL卡、LAT卡和FILL卡。 在LIKE n BUT格式中，還有兩個(gè)關(guān)鍵詞MAT和RHO，分別表示柵元的介質(zhì)號(hào)和密度。,例如：10 16 -4.2 1 -2 3 IMP:N=4 IMP:P=8 表示柵元10由曲面1的正面、曲面2的負(fù)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(hào)材料。該柵元的中子重要性為4，光子重要性為8。 例如：2 3 -3.7 -1 IMP:N=2 IMP:P=4 3 LIKE 2 BUT TRCL=1 IMP:N=10,曲面描述卡 由方程定義曲面,用點(diǎn)定義軸對(duì)稱(chēng)曲面 類(lèi)型為X、Y或Z的曲面卡是用坐標(biāo)點(diǎn)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(duì)稱(chēng)的，并且如果該曲面是由多葉組成的，則指定的坐標(biāo)點(diǎn)必須全都在同一個(gè)葉上。,每一對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)定義這個(gè)曲面上的一個(gè)點(diǎn)。例如在一張Y卡上可以給出： j Y y1 r1 y2 r2 其中，( ) 是第 i 點(diǎn)的坐標(biāo)。給出的坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)數(shù)的不同，描述的曲面類(lèi)型也不同。 給出一對(duì)坐標(biāo)，則定義一個(gè)平面（PX、PY或PZ）。 給出二對(duì)坐標(biāo)，則定義的是線性曲面（PX、PY、PZ、CX、CY、CZ、KX、KY或KZ）。 給出三對(duì)坐標(biāo)，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(dāng)用兩點(diǎn)定義一個(gè)錐面時(shí)，只生成一個(gè)單葉錐面。 曲面的指向與方程指定曲面（SQ除外）是一樣的。 對(duì)于SQ，遠(yuǎn)離對(duì)稱(chēng)軸的點(diǎn)具有正指向。而方程定義的SQ可以自由選取指向。,由三個(gè)點(diǎn)定義一般平面 MCNP對(duì)用戶指定的 P 型曲面， 將檢查所給的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，若是 4項(xiàng)，則作一般斜置平面方程的系數(shù)理解，若多于 4 項(xiàng)時(shí)，便作為三維空間點(diǎn)的坐標(biāo)值理解。每三個(gè)數(shù)定義空間一個(gè)點(diǎn)，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+GZD0,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(lèi)： 問(wèn)題類(lèi)型 幾何卡 減方差 源描述 計(jì)數(shù)描述 材料及截面描述 能量及熱處理 問(wèn)題截?cái)鄺l件 用戶數(shù)據(jù)數(shù)組 外圍卡 數(shù)據(jù)卡中，標(biāo)識(shí)符必須從前5列開(kāi)始填寫(xiě)。,問(wèn)題類(lèi)型（MODE）卡 如果不給出MODE卡，則缺省形式是MODE N，即缺省值是中子輸運(yùn)問(wèn)題。,幾何卡 幾何卡有以下幾類(lèi)：,坐標(biāo)變換卡格式： TRn O1，O2，O3，B1，B2，B3，B4，B5，B6， B7，B8，B9，M n 變換號(hào)， 1 n 999 ，*TRn表示 Bi是角度而非角度的余弦。 O1，O2，O3 坐標(biāo)變換向量的位移。 B1至B9 坐標(biāo)變換的坐標(biāo)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(biāo)系原點(diǎn) 相對(duì)于基本坐標(biāo)系的位移。 1，表示位移是基本坐標(biāo)系原點(diǎn) 相對(duì)于輔助坐標(biāo)系的位移。,減方差 MCNP運(yùn)用以下卡片來(lái)減小方差：,源定義,通用源卡： 格式,計(jì)數(shù)描述 下列卡片用來(lái)記錄計(jì)算結(jié)果：,計(jì)數(shù)類(lèi)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： Mm ZAID1 fr1 ZAID2 fr2 keyword=value ZAIDi 材料中第 i 種成份的截面數(shù)據(jù)， ZZZAAA.nnX或ZZZAAA ZZZ是元素的原子序號(hào)，AAA是原子量， nn截面庫(kù)標(biāo)識(shí)號(hào)，X是數(shù)據(jù)分類(lèi)。 fri 材料中第 i 種成份的原子的分量 （負(fù)值表示重量比例）。 AAA000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(wèn)題截?cái)嗫?這組卡片在初始運(yùn)行或接續(xù)運(yùn)行的輸入文件中均可使用，用于終止粒子的歷史或中斷計(jì)算。,用戶數(shù)據(jù)數(shù)組卡 MCNP在其COMMON變量中定義了兩個(gè)數(shù)組IDUM（整數(shù)）和RDUM（浮點(diǎn)數(shù)）供用戶使用，