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MCNP4c3 说明

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.

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Presentation Transcript


  1. MCNP4c3说明 堆工所21室 何涛 (翻译自UW-Madison教程)

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. 运行MCNP • %> mcnp i=<filename> o=<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

  6. 运行MCNP • %> mcnp i=<文件名> o=<文件名> [选项] • 默认文件名 inp 输入文件 outp ASCII输出文件 runtpe 二进制重启文件 • 通过命令行改变默认值 %> mcnp inp=exl oupt= exlo run=exlr %> mcnp name=exl

  7. 练习1a • 运行一次 %> mcnp i=demo1 -什么文件被创建? • 再运行一次 %> mcnp i=demo1 -这时候什么文件被创建?

  8. 不要使用默认文件名 • 始终清楚地定义文件名 -或者 i=inName o=outName r=runName n=baseName i=inname n=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

  9. 练习1b • 运行一次 %> mcnp n=demo1 -什么文件被创建? • 再运行一次 %> mcnp i=demo1 n=demo1_ -这时候什么文件被创建?

  10. 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

  11. 练习2a • 绘制图象 %> mcnp i=demo1 n= 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

  12. 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

  13. 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)

  14. 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

  15. 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

  16. 输入简写 • nR:表示将它前面的一个数据重复n遍 例如:2 4R => 2 2 2 2 2 • 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:1 5I 7 => 1 2 3 4 5 6 7 • xM:表示它前面的数据与x之积 例如:5 4M => 4 20 • 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。

  17. 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。

  18. 输入文件

  19. 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

  20. MCNP几何 • 几何基础 • 快速开始 • 曲面 • 组合曲面 • Macrobodies • 栅元特性 • 例子

  21. 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

  22. 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

  23. 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 j so R • 平行于y轴半径为R的圆柱 j c/y x z R • 垂直于z轴的平面 j pz z

  24. 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)

  25. 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。

  26. 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

  27. 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

  28. 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 栅元的复合曲面:余 • 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。

  29. 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

  30. 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。

  31. 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

  32. MCNP曲面:方程定义 • 基本格式 (Chapter 3, section III.A, Table 3.1, p 3-12) • j n a list j:曲面号:1—9999 n: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

  33. 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

  34. MCNP曲面:Macrobodies • 有限的“模块”构成的曲面(Chapter 3, Section III.D, Table 3.1, p 3-12) • 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

  35. 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

  36. Macrobody 的“面” • 面是按顺序编号的(见说明书page 3-21) • 参考使用Macrobody编号和“面”编号 • Macrobody RCC的圆柱侧面 j=5 • 5.1 • Macrobody RPP的ymax平面 j=10 • 10.3

  37. MCNP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

  38. 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

  39. 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

  40. 曲面坐标变换 • TRn坐标变换卡(见page3-30) • TRn Ox Oy Oz Bxx’ Byx’ Bzx’ Bxy’ Byy’ Bzy’ Bxz’ Byz’ Bzz’ M • n:变换号,与曲面匹配 • Ox Oy Oz,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

  41. 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

  42. 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。

  43. 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

  44. MCNP栅元:材料定义 • Mn材料卡—在输入文件的数据卡部分(见pg 3-108) • 提供了材料所含元素或同位素的原子比例或重量百分比 • Mn zaid1 frac1 zaid2 frac2 … zaidn fracn • 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

  45. MCNP栅元:材料定义示例 • M1 92235 –4.5 92238 –95.5 8016 –13.5 • 含丰度为4.5%的铀235的氧化铀(核燃料) • M25 7000 78 8000 21 • 空气的近似 • M1 1001 0.5 8016 0.25 6012 0.25 • 少量的杂质一般是不重要的 • 钢含有23种不同的元素 • M4 26000 88.8 24000 9 74000 2 25000 0.5 14000 0.25 6000 0.1

  46. MCNP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0

  47. MCNP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 • 1 3 -8 -1 2 # (-3 –5) IMP: n=1 • 4 0 1 : -4 –5 IMP: n=0 • 作为数据卡,每个栅元对应一个数字 • IMP: n 1 1 1 0 $ For 4 cells

  48. 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

  49. 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

  50. 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

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