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 %> 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

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

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？

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

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？

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

％ > 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

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： 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。

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 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

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（ 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

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（ 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

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 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

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

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 ）

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

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 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

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

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

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

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: a j1 j2 j3 … jN T 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 一个点或环探测器的通量 8 一个脉冲幅度探测器的通量

练习 以前面的问题为基础建立完整的模型

加入材料定义和栅元重要性 加入默认源 计算 100000 个粒子 对铍球外表通量计数

MCNP 几何总结 四种定义曲面的方法

方程， macrobodies ，一般平面，对称旋转 逻辑算符把曲面与栅元联系起来

逻辑算符：交，并，余 栅元说明还需要材料和重要性

macrobodies 是由“面”构成的 “ 面”类似其他曲面，但被内在描述

曲面可以任意进行坐标变换

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 源的定义 源的粒子特性 独立分布 体积源和曲面源 内嵌函数 非独立分布 源的检查

学习目标：源 知道粒子源必要的增殖特性 能够使用各种独立的样本分布 能够在笛卡尔坐标，柱坐标和球坐标下

定义体积源和球面源 懂得使用内嵌的 PDF函数 能够使用非独立样本分布 能够检查使源的产生正确

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

通用源卡基本语法 (1) SDEFvar1=spec1 var2=spec2 … (p3-50)

标量 向量 (x y z)位置 X, Y, Z POS时间 TME能量 ERG方向 DIR VEC权重 WGT类型 PAR几何约束 CEL, SUR

通用源卡基本语法 (2) 变量说明有三种形式

显值 ERG=2

能量为 2MeV

分布号 ERG=D1

能量由 1 号分布定义 相关分布

ERG FPOS D2 能量是位置的函数，且从分布 2抽取

源的粒子类型 只允许一种粒子 PAR= (必须清楚，且没有分布）

1 中子 2 质子 3 电子

MODE 卡（问题类型卡）必须支持粒子类型

默认值是 MODE 卡支持的最小数字

独立分布 四种概率分布

柱状图

独立分布 四种概率分布

柱状图

离散的

独立分布 四种概率分布

柱状图

离散的

分段线性

独立分布 四种概率分布

柱状图

离散的

分段线性

复合

源信息卡 SIn type I1 I2 … Ik

n 分布号 type(类型）

H: 柱状直方分布 L: 离散的源变量值 A: 线性分段值 S: 复合值

Ik 依赖于类型的源变量值或分布号 H: 直方图分布的箱边界 L: 离散的源变量值 A: 定义概率分布的点 S: 次分布号

源概率卡 SPn option P1 P2 … Pk

n 分布号 option( 说明）

空格 : H 或者 L 分布的箱概率， A 分布的概率密度 D: H 或者 L 分布的箱概率 C: H 或者 L 分布的积累箱概率 V: 对于栅元分布

概率与栅元体积成正比（乘以 Pi ）

Pi 源变量概率

直方分布 Ik 定义直方分布箱的边界

必须单调上升 Pk 定义下列任何一种

每一个箱的相对概率 每一个箱的积累概率 P1必须是 0

MCNP 将会对 {Pi} 重新归一

直方分布示例 在 (-1,1) 之间的均匀分布

SI1 -1 1SP1 0 1

五个箱且中间的概率最大SI1 H -1 -.6 -.2 .2 .6 1SP1 D 0 1 2 3 2 1

与上相同 , 使用累计概率SI1 -1 -.6 -.2 .2 .6 1SP1 C 0 1 3 6 8 9

离散分布 Ik 定义离散变量值

不需要单调上升 Pk 定义下列任何一种

每一个值的相对概率 每一个值的积累概率

MCNP 将会对 {Pk} 重新归一

离散分布示例 相同的边界分布

SI1 L -1 1SP1 -1 1

五个值且中间的概率最大SI1 L -1 -.5 0 .5 .1SP1 D 1 2 3 2 1

与上相同 , 使用累计概率SI1 L -1 -.5 0 .5 .1SP1 D 1 3 6 8 9

向量分布SI1 L 0 0 0 1 1 1 2 3 4 9 8 7SP1 1 2 1 3

分段线性分布 Ik 定义分段线性分布的点

必须单调上升 分段线性区间的最小值和最大值

Pk 定义分段线性区间每一点上的值 Pk 和 Pk 通常为 0 ，但不做要求 MCNP 将会对 {Pk} 重新归一

在点之间的概率分布是线性内插的

线性内插分布示例 从 0到 1 的倾斜分布

SI1 A 0 1

SP1 0 1

锯齿分布SI1 A -1 -.5 0 .5 1

SP1 0 1 0 1 0

余弦平方分布近似SI1 A 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1

SI1 1 0.90 0.65 0.35 0.10 0 0.10 0.35 0.65 0.90 1

定义源的位置 体积源可以在三种坐标系统内定义

直角坐标 ,柱坐标 ,球坐标 表面源可以定义为

简化的体积源 , 具有曲面特征 位置的取样以源的类型为基础 源的位置约束在特殊的栅元或曲面内

直角坐标下的体积源 提供 X,Y,Z 的分布 例子：

在 2×2×2 的箱内的均匀源SDEF X=D1 Y=D2 Z=D3SI1 -1 1SP1 0 1SI2 -1 1SP2 0 1SI3 -1 1SP3 0 1

直角坐标下的体积源 在 2×2×2 的箱内特殊的非自然分布

SDEF X=D1 Y=D2 Z=D3

SI1 -1 0 1

SP1 0 1 2

SI2 A -1 1

SP2 0 1

SI3 A -1 0 1

SP3 0 1 0

柱坐标下的体积源 SDEF 变量

POS ， AXS ， RAD ， EXT

圆柱的轴沿着 AXS 方向通过 POS 在一个以 RAD 的抽样值为半径的圆上均匀抽取粒子的位置

圆位于在离开 POS 的一定距离且垂直于 AXS 的一个平面上，这个距离是 EXT 的抽样值

柱坐标下的体积源 柱坐标下源的缺省取样

EXT 均匀取样 RAD 幂函数取样 正比于 r1

一般举例 均匀圆柱表面源

在 SIn 卡上填写两端离 POS 的距离 EXT 在 SIn 卡上填 RAD 的内半径和外半径

圆柱体积源 表面的内半径为 0

柱坐标下的体积源举例 2cm 长的燃料芯块均匀源，中心在原点，轴为 X轴，直径

1cmSDEF POS=0 0 0 AXS=1 0 0 EXT=D1 RAD=D2SI1 -1 1SP1 0 1SI2 0 0.5SP2 -21 1

上列燃料芯块外表面的均匀源SDEF POS=0 0 0 AXS=1 0 0 EXT=D1 RAD=D2SI1 -1 1SP1 0 1SI2 0.4 0.5SP2 -21 1

柱坐标下的体积源举例 仍为上列燃料芯块，中心 (2,3,4) ，沿 (1,1,1)

方向SDEF POS=2 3 4 AXS=1 1 1 EXT=D1 RAD=D2

SI1 -1 1

SP1 0 1

SI2 0 0.5

SP2 -21 1

球坐标下的体积源 SDEF 变量

POS ， RAD 不允许指定 AXS 和 X,Y,Z

球心在 POS RAD 为从球心到粒子均匀取样位置的距离

RAD 默认值为正比于 r2 的幂函数

球坐标下的体积源举例 球心在原点，直径 1cm 的均匀源

SDEF POS=0 0 0 RAD=D2SI2 0 0.5SP2 -21 2

上面均匀源的外壳SDEF POS=0 0 0 RAD=D2SI2 0.4 0.5SP2 -21 2

在三个不同位置的类似均匀源SDEF POS=D1 RAD=D2SI1 L 0 0 0 2 3 4 -5 –4 –3SP1 1 1 1SI2 0.4 0.5SP2 -21 2

曲面源 曲面源可以看作简化的体积源 曲面说明不是必需的，但是

注意：不要在几何曲面上创建曲面源而不进行说明，所以要指明几何曲面 SUR=n ，或者把曲面源定义在未说明的几何结构之外

对曲面说明后， MCNP 将不会再次检查是否从该曲面取样

平面曲面源 直角坐标下的源分布

X ， Y 和 Z ，必须定义平面曲面 SUR 上的点

应该定义源的方向 VEC

圆形的源分布 POS 定义分布的中心 RAD 定义分布半径 SUR 或 AXS 定义平面

平面曲面源举例 2×2 的箱均匀表面源

SDEF X=D1 Y=D2 Z=1 SUR=3.6SI1 -1 1SP1 0 1SI2 -1 1SP2 0 1

R=2 的圆柱侧面表面源SDEF SUR=4.3 POS=0 0 0 RAD=D1 SI1 1 $ 默认取样正比于 r

球表面源 没有表面说明时

RAD 为定值的简化的体积源 不允许指定 AXS 和 EXT 区域内均匀分布

有表面说明时 RAD 不需要 AXS 和 EXT 说明非均匀分布特点

柱表面源 只看作简化的体积源

指明 RAD 的定值 不能用 SUR=<cyl surf>

否则出现 致命错误

例子： 长 2cm ，半径 2cm ，中心在原点沿 X轴的圆柱测表面均匀

源SDEF POS=0 0 0 AXS=1 0 0 EXT=D1 RAD=2.01SI1 -1 1SP1 0 1

点源 两个方法说明点源的位置

X,Y,Z POS

对于多个点源 ,X,Y,Z 要求独立分布 此时推荐使用 POS

POS 分布：SI1 L 0 0 0 1 1 1 2 3 4 9 8 7SP1 1 2 1 3

内部函数 (Build-in PDFs) 对于一些源变量，可以使用内部函数 SPn f a b

n 分布号 f 内部函数识别符 a b 内部函数参数

只能用于特定的变量（见 p3-60, 表 3.4 ） 参见特殊的缺省值和快捷方式（ p3-61 ）

源的方向

DIR ： μ ＝ cosθ ，是 VEC 和粒子飞行 方向的夹角余弦

VEC ： DIR 的参考矢量

源的方向默认值 对于体积源（ SUR=0)

VEC ：缺省时产生各向同性分布 DIR ： μ由各向同性均匀抽取

对于曲面源（ SUR 不等于 0) VEC ：垂直于曲面，曲面用 NRM

表征 DIR ：在 0到 1 之间由余弦分布抽取 μ 的

线性样本

源方向举例 沿 X轴的激光束

SDEF VEC=1 0 0 DIR=1 …

沿 X轴方向上有向前的最大辐射的靶SDEF VEC=1 0 0 DIR=D1

SI1 0 1

SP1 -21 5

复合的独立分布 Ik 定义各级各个分布的离散变量值

Ik ＝ 0 ：使用变量的默认值

Pk 定义各级各个分布的概率 MCNP 将会对 {Pk} 重新归一

各个分布可以是独立的分布，也可以又是另外的复合分布，最高可以有 20级。

复合分布举例 辐射能谱通常既有离散能谱又有连续能谱。

复合分布举例 辐射能谱通常既有离散能谱又有连续能谱。

SI1 S D2 D3SP1 0.6 0.4SI2 A 0 0.5 1 1.9 2.0SP2 1 1 1.2 1.5 0SI2 L 0.6 0.89 1.32SP2 2 1 10

相关源分布 一个源变量可能与另一个源变量值的选取有关 DSn option J1 J2 … Jk

n 分布号 option( 说明）

省略或 H: 直方分布 L: 离散值 S: 复合值

Jk 依耐于类型的源变量值或分布号 H: 直方图分布的箱边界 L: 离散的源变量值 S: 次分布号

相关源分布 DSn T I1 J1 I2 J2… Ik Jk

n 分布号 Ik 独立变量的离散值 Jk 相关变量的离散值

如果找不到匹配的独立变量的抽样值，那么相关变量取它的缺省值

当相关变量取缺省值时，通常使用 T 选择

相关源分布 DSn Q V1 S1 V2 S2… Vk Sk

n 分布号 Vk 独立变量的箱边界

单调上升 Vk 的最大值必须不小于独立变量可能的最大值

Sk 相关变量的分布号 如果独立变量的样本抽取值在 Vk-1 和 Vk 之间时 ,

由 Sk 分布抽取相关变量的值 如果 Sk=0, 使用变量的缺省值 独立变量使用内部函数时必须采取 Q 选择

相关源分布举例 能量不同的两个点源

SDEF POS=D1 ERG=FPOS=D2SI1 L 5 0 0 -5 0 0SP1 1 1DS2 L 5 10

基于能量的不同角分布SDEF ERG=D1 DIR=FERG=D2SI1 H 0 2 6SP1 0 0.2 1DS2 S 3 4

栅元舍弃 怎样从不规则形状的栅元体中均匀抽样？

直角坐标下体积源： CEL=3

Cookie-cutter舍弃 怎样从不规则形状的表面区域均匀抽样？

定义一个特殊的栅元以适当的形状与曲面相交 CCC=n

关于源的舍弃 在取样以后 ( 使用 X,Y,Z 或

POS,RAD,EXT 确定位置） 如果 (x,y,z) 在栅元之外，舍弃并重新取样

源变量 EFF给定了取样效率的下限 如果粒子接受率小于 EFF, 问题放弃 默认值： 0.01

Cookie-cutter 栅元不能取为问题中描述的真的几何形状

源的检查 PRINT X1 X2 X3 数据卡

如果 PRINT 卡（输出打印卡）不给出 则产生最小的基本输出

如果 Xi 不给出 则产生最大输出

如果 Xi 大于 0 则产生最小基本输出和 {Xi} 列表

如果 Xi小于 0 则产生最大输出和 {Xi} 列表

见说明书 3-135 的表格 表 110给出了前 50 种源粒子

MCNP 源的总结 MCNP给出了大量的灵活的定义源的方法 不同方式的独立分布 复合分布 相关分布 内部函数 栅元舍弃和 Cookie-cutter舍弃

源的定义很复杂，必须经常检查

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 计数 基本计数 计数箱 计数分段 计数乘子 计数箱乘子 /归一化 计数标记 计数输出优化

学习目标 :MCNP 计数 知道怎样选择正确的计数类型 能定义计数箱 能在几何上对计数分段 知道使用计数乘子和找到乘子因子 知道使用计数标记 能够优化计数输出 能够在运行时输出计数

Fn 计数卡 计数标签给出了物理量的估值 Fn: a j1 (j2 j3) … jN T

n 计数号 ,其最后一位定义类型 a 计数粒子类型 n,p,e jN 计数区域 T 可选：所有计数区域的总数或平均数

括号内的项给出这些区域的总数或平均计数

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 一个点或环探测器的通量 8 一个脉冲幅度探测器的通量

计数单位计数类型 Fn 单位 *Fn 单位F1 ：曲面流量 粒子 MeV

F2 ：曲面通量 粒子 /cm2 MeV/cm2

F4 ：栅元通量 粒子 /cm2 MeV/cm2

F5 ：探测器通量 粒子 /cm2 MeV/cm2

F6 ：能量沉积 MeV/g Jerk/g

F7 ：裂变能量沉积 MeV/g Jerk/g

F8 ：脉冲幅度 pulse MeV

计数和 Macrobodies 不能在整个 macrobody 曲面上计数

必须使用单独的“面”或者面的集合 如果曲面 5 是 macrobody 的 RCC(直圆柱体）

F1: n 5 将是错误的 F1: n (5.1 5.2 5.3 ） 才是正确的

在某些情况下，消除的曲面（ eliminated surface)不能用来计数（或者描述源） 如果曲面 2.3因为与另一个曲面相同而被消除，那么

SUR=2.3 在 SDEF 卡中错误 F1: n 2.3 在计数中错误

定义计数箱 在缺省情况下，计数是对所有能量、时

间、角度、位置的平均积分 用户可以定义下列每个量的计数箱

能量箱——能谱 余弦 /角度箱——角度分布 时间箱——瞬时特性 分段箱——空间分布

能量、时间和余弦箱En E1 E2 … Ek

Cn C1 C2 … Ck

Tn T1 T2 … Tk n 计数号

n ＝ 0 时对于所有计数给出箱的缺省值 余弦箱只在类型 1 时有效

Ei 第 i 个能量箱的上限 Ci 第 i 个余弦箱的上限（ C1>-1 ）

Ti 第 i 个时间箱的上限 MCNP 将会自动给出时间箱和能量箱计数总和

在余弦卡末尾填写 T也可得到计数总和

计数分段 通过几何划分对计数进行空间分段 FSn S1 S2 … Sk T

n 计数号 Si 标记的几何曲面 T 可选的总的计数箱

应用于计数 n 的每一个栅元或曲面 可以要求 SDn 卡定义分段体积或面积

理解计数分段 FS （分段计数）卡上的 k 个曲面将会创建 k

＋ 1 个分段体积或曲面1. 相对于曲面 S1 的坐向与数符相同的部分2. 相对于曲面 S2 的坐向与数符相同的部分但在先前分段已记录

过的部分除外

k. 相对于曲面 Sk 的坐向与数符相同的部分，但在先前分段已记录过的部分除外

k+1 所有其余部分k+2 如果在 FSn 卡上有字符 T ，给出整个栅元或曲面的计数

计数分段的面积 /体积SDn (D11 D12 … D1m) (D21 D22 … D2m) … (Dk1 Dk2 … Dkm)

n 计数号 k 计数卡上的栅元或曲面数目 m 计数卡上的分段数目 Dij 第 I 个栅元或曲面上的第 j 个

分段的面积，体积或质量 在 MCNP 不能自动计算体积或面积时必须使用此卡

计数乘子 FMn (bin set1) (bin set2) … T

n 计数号 (bin set i):箱组 i,((乘子组 1)(乘子组 2)…衰减器组 )

T ：可选项，给出所有箱的总计数 用来计算以下列形式的通量函数表示的量

C∫φ(E)R(E)dE

在这里 R(E) 是一个算子，表示加或乘上一个响应函数（例如截面）

计数乘子组 乘子组 C m (reactor list 1) (reactor list 2) …

C 增殖常数 对于计数类型 4 且 C ＝ -1 ，则使用 C=ρa

m 在材料卡上标识的材料号 reactor list i ：反应表 i ，由空格（表示乘）和／或冒号（表示加）分开的反应号 乘在加之前运算，且反应表内不允许括号 (R1 R2:R3) = (R1*R2)+R3

(R1 R2:R1 R3) = (R1*R2)+(R1*R3) = R1*(R2+R3)

计数乘子是 C.R

一些计数乘子反应号中子 光子-1 总的截面 -1 非相干散射截面-2 吸收截面 -2 相干散射截面-3 弹性散射截面 -3 光电截面-4 平均加热数 -4 对生成截面-5 γ产生截面 -5 总截面-6 总裂变截面 -6 光子加热数-7 裂变 γ-8 裂变 Q 其它反应号见附录 G16 (n,2n) 的 ENDF反应号17 (n,3n)18 (n,f)

计数衰减器组 衰减器组 C -1 m1 px1 m2 px2 …

C 增殖常数 mi 材料号 pxi 密度乘以衰减材料厚度

正值表示原子密度 负值表示质量密度

用计数乘子 Ce-σ.px模拟粒子在衰减器中行为 只有衰减材料较薄，不考虑散射效应时这样考虑

特殊的计数乘子 特殊乘子组 c -k

c 增殖常数 k 特殊计数乘子

1 1/权重 给出径迹数

2 1/速度 给出中子总数

乘子箱Emn ME1 ME2 … MEk

CMn MC1 MC2 … MCk

TMn MT1 MT2 … MTk

n 计数号 n ＝ 0 时对于所有计数给出箱的缺省值 余弦箱只在类型 1 时有效

MEi ：适用于能量箱 i 的乘子 MCi ：适用于余弦箱 i 的乘子 (c1>-1) MTi ：适用于时间箱 i 的乘子

箱的归一化 乘子箱的一个主要用途是通过箱的宽度进行归

一化 标准箱对于每一个箱提供了全部的直方分布 通过箱的宽度进行划分可以产生下列结果：

每单位能量——能量箱 每单位立体角——余弦箱 每单位时间——时间箱

计数标记 CFn C1 C2 … Ck

SFn S1 S2 … Sk n 计数号

当 n=0 时对于所有计数使用默认标记 Ci 栅元标记编号 Si 曲面标记编号

当任何一个粒子离开栅元 Ci 或者穿过曲面 Si 时，把粒子轨迹打上标记

可以标记的光子是由带标记的中子产生的光子

修改计数输出（打印层次卡） FQn a1 a2 … ak

n 计数号 计数箱类型编码（按照默认顺序 )

F 栅元，曲面或探测器 D 直接或者带标记 U 用户 S 分片断 M 乘子 C 余弦 E 能量 T 时间

最后两项所对应的计数箱将做成一个表，分别对应表的竖向和横向。

修改计数输出 如果指定了计数箱类型编码的子集，子集将会被放置到卡的末尾，而在它前面按照缺省次序安排未指明的字母

FCn 计数注释卡 可在输出文件中打印注释信息 在计数被修改以后特别有用

交互式计数显示 MCNP 可以暂停以检查计数的中间状态（见附

录 B ） Tally n

将计数 n设为当前计数以测绘 Free q

设置变量 q{F D U S M C E T} 为 X轴 Fixed q n

测绘变量 q {F D U S M C E T} 的计数箱 n LINLIN 或者 LOGLIN ：切换 Y轴的对数坐标

关于计数的更多主题 环形探测器 探测器响应函数 微扰 计数涨落绘制 计数特殊处理

MCNP 计数总结 MCNP提供了一些物理量的计数 能量箱，时间箱和角度箱便于进行更细致的分析

计数分段允许存在简单的空间相关性 计数乘子可以计算更多的物理量 计数可以在计算过程中检测，而且其结

果可以以不同顺序输出

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 中的各种约简 各种约简的语法

截断 数目控制 调整取样 部分确定性

常见问题

能量和时间截断 CUT ： n T E WC1 WC2 SWTM

n 粒子类型： N 为中子， P 为光子， E 为电子

T 最高截断时间，以刹为单位 E 最低截断能量，以 MeV 为单位

当粒子的寿命超过 T 时就被杀死 当粒子的能量小于 E 时就被杀死 缺省值

中子： T 为无限大值， E ＝ 0.0MeV 光子： T 为中子寿命， E ＝ 0.001MeV 电子： T 为中子寿命， E ＝ 0.001MeV

权重截断 CUT ： n T E WC1 WC2 SWTM

n 粒子类型： N 为中子， P 为光子， E 为电子 WC1 WC2 权重截断 SWTM 源粒子最小权重

当粒子权重 WGT<WC2*R 时，则 粒子将以概率WGT ＝ WC1*R幸存 幸存权重 WC1*R R 为源栅元与当前栅元重要性之比

若 WC1 和 WC2 为负值 WC1 ＝ |WC1|*WS且 WC2 ＝ |WC2|*WS

WS 为源的最小权重

几何分离 /轮盘赌 基于几何栅元的重要性 MCNP 中的注释，技巧和原则

分离和轮盘赌总是同时进行 设置栅元重要性的原则是在源和探测器之

间 , 粒子数目从一个栅元到另一个栅元始终为常量

避免 N 出现非常大和非常小的值 当角度相关性极为明显时问题不可靠

数目控制 / 几何分离IMP

(权重）Tracks

( 粒子轨迹 )

New IMP

Source

( 源 )

1 300 1

2 200 3=(2/1)×(300/200)×1

4 100 12=(4/2)×(200/100)×3

Tally

（计数）8 25 96=(8/4)×(100/25)×12

能量分离 /轮盘赌 ESPLT: n N1 E1 N2 E2 … N5 E5

n 粒子类型 Ni 粒子分离后的分支数 Ei 粒子实行分离的能量限

当粒子的能量降到 Ei 之下时， Ni 定义分离或轮盘赌 可以不是整数 Ni>1 时实行分离 0<Ni<1 时按概率实行轮盘赌 最多五组

当粒子的能量上升到 Ei 之上时，执行与上相反的“过程”

权重窗 WWE: n E1 E2 … Ej (j<100)

WWNi: n Wi1 Wi2 … Wij (j<100) n 粒子类型 Ej 第 i 个能量窗的能量上限 i 能量窗编号 Wij 第 i 个能量窗和第 i 个问题栅

元的权重下限

权重窗参数 WWP: n WUPN WSURVN MXSPLN MWHERE SWITCHN MTIME

n 粒子类型 WUPN 权重上限与下限之比 [5] WSURVN 幸存权重与权重下限 [0.6×WUPN] 之

比 MXSPLN

粒子分离数的上限 [5] 1/MXSPLN 轮盘赌胜率的下限

MWHERE 检查权重窗的地点 [0] -1 仅在碰撞处 0 碰撞处和表面 1 仅在表面

权重窗参数 WWP: n WUPN WSURVN MXSPLN MWHERE SWITCHN MTIME

SWITCHN 在何处找到权重下限 [0] -1 从外部的 WWINP 文件 0 从 WWNi 卡 >0 为 SWITCHN除以粒子所在栅元的重要

性 通常使用 SWITCHN>0

MTIME WWE 卡上的权窗类型 [0] 0 能量 1 时间

权窗产生器 MCNP 自动产生优化后的权窗 权窗的产生是为了提供相对于特定栅元

（源栅元）的特定计数 产生的权窗可以基于栅元，也可以基于

几何形状重叠的网格 结果写入文件中以给WWP 卡作参考

[SWITCHN=-1]

权窗产生器 WWG It Ic Wg J J J J IE

It ：对于优化问题的计数号 Ic ：权窗的参照栅元

>0 问题栅元号 0 网格产生器

Wg ：参照栅元 Ic 的权窗下限值 0 取值为平均源权的一半

J ：不使用 IE ：切换能量（ 0 ）和时间（ 1 ）

网格产生器 MESH mesh variable=specification

GEOM xyz ， rec 直角坐标 rzt ， cyl 柱坐标

REF 参考点的 x ， y ， z坐标 ORIGIN MCNP 几何中多重网格的 x ， y ， z坐标 AXS 园柱网格的轴方向向量 VEC 定义的向量，沿AXS 方向， 平面角 θ ＝ 0

网格的边界应该在问题几何之外 详见 3-44

网格产生器 MESH mesh variable=specification

IMESH, JMESH, KMESH ：在 (x,y,z) 或者(r,θ,φ) 方向上的网格点的近似位置

IINTS, JINTS, KINTS ：在 (x,y,z) 或者(r,θ,φ) 方向上的网格点之间的精确距离

网格的边界应该在问题几何之外 详见 3-44

指数变换 EXT: n A1 A2 … Ai … AI

VECT Va Xa Ya Za … Vb Xb Yb Zb

n 粒子类型 Ai 第 I 个栅元的数据项，格式为 QVC

Q ＝ 0 ：不进行变换 Q ＝ p ： 0<p<1 ，固定的拉伸参数 Q ＝ S ： p ＝ Σa/Σt ， Σa 是俘获截面

I 问题的栅元数 a ， b 标记矢量 Va,Vb 的序号 Xa Ya Za 定义矢量 Va 的三个一组的坐标

强迫碰撞 FCL: n x1 x2 … xi … xI

n 粒子类型 xi 第 i 个栅元的强迫碰撞控制参数； |

xi|≤1 如果 | xi|<1 ，对碰撞粒子用幸存概率 | xi|做轮盘赌

I 问题的栅元总数 当粒子进入强迫碰撞的栅元时，在表面上将不做权窗处理 xi<0 ，只作一次强迫碰撞 xi>0 ，强迫碰撞重复进行直至粒子被杀死

源偏倚 SBn option B1 B2 … Bk

SBn f a b n 分布号 option 与 SPn 卡相同

空格 : H 或者 L 分布的箱概率， A 分布的概率密度 D: H 或者 L 分布的箱概率 C: H 或者 L 分布的积累箱概率 V: 对于栅元分布

概率与栅元体积成正比（乘以 Pi ） Bi 源变量概率 f 内部函数识别符 a ， b 内部函数输入参数

基本的源偏倚 能量偏倚

SDEF ERG ＝ D1SI1 0 1 2 3 4 5SP1 0 1 2 1 2 1SB1 0 1 1 1 1 10

方向偏倚 SDEF VEC ＝ 1 0 0 DIR ＝ D2

SI1 － 1 0 1 SP1 0 1 1SB1 0 1 5

偏倚内部函数 没有偏倚，通常不给出 SI 卡 SI 卡可以用来提供偏差 MCNP近似函数列出了高达 300 个等概率箱 SDEF ERG ＝ D1

SP1 － 5 a

SI1 0.005 0.1 20

SB1 C 0 0.5 1

点和环形探测器 Fn5 ： p x y z ±R0

Fn5a ： p a0 r ±R0 n5 以 5 结束的计数号 p 粒子类型 R0 探测点处邻域球半径，正号表示以 cm 为单

位，负号表示以平均自由程为单位 点探测器

X Y Z 点探测器的位置 环探测器

a 定义探测器轴的字母 x ， y 或 z a0 环平面在相应对称轴上的截距 r 环半径

DXTRAN球 DXT ： n x1 y1 z1 RI1 RO1 … x5 y5 z5 RI5

RO5 n 粒子类型 xi yi zi 第 I 个球心位置 RI1 第 I 个球壳内半径 RO1 第 I 个球壳外半径

内球应该包括所感兴趣或关心的区域 外球应该包括分散到感兴趣区域的相邻区 DXTRAN球必须不重叠

加快MCNP 运行 点探测器和 DXTRAN球增加了计算机对每一代粒子的计算时间 计算从每次碰撞到探测器或者球形区域的平均自由程

某些栅元的所有贡献可能都是不重要的 所有栅元的某些贡献可能都是不重要的

栅元的忽略 PDn P1 P2 … Pi … PL

DXCm ： q P1 P2 … Pi … PL

n 计数号 m DXTRAN球号 q 粒子类型 Pi 栅元 I对探测器贡献的概率

栅元 I给探测器 n 或者 DXTRAN 球 m 的贡献只由概率 Pi 来判断，作为计数时乘以权重 1/Pi

权重的忽略 DDn k1 m1 k2 m2 …

n 探测器或者球 1 用于中子的 DXTRAN球 2 用于光子的 DXTRAN球 其它 计数号 空白 对探测器和 DXTRAN球缺省处理

ki 用于判断轮盘赌（缺省值： 0.1) mi 用于控制对大贡献计数的诊断输出

（缺省值： 1000) 加速计算 指出大贡献的来源

DDn(探测器诊断 ) 卡的轮盘赌 如果 ki>0

前 200 个贡献不受影响 计算每个历史的平均贡献 如果每个历史的贡献小于 ki倍平均贡献，实施轮盘赌

如果 ki<0 如果贡献小于 |ki| ，实施轮盘赌

如果 ki=0 不作轮盘赌

DDn(探测器诊断 ) 卡的输出 如果 ki≥0

前 200 个贡献不受影响 计算每个历史的平均贡献 对于前 100 个历史，如果贡献大于mi倍平均贡献，打印诊断输出

如果 ki<0 对于前 100 个历史，如果贡献大于mi |ki| ，打印诊断输出

MCNP 中约简的策略 通过不同约简而获得最佳技巧和参数是

比较难的 用来计数的粒子有什么特殊性？

方向，能量，碰撞地点 什么技巧能够增加特殊粒子的数目？ 使用此技巧需要那些参数？

宁少勿多 通过短暂运行 MCNP 来判断约简的效率

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 处理临界问题 基本临界设置

理解临界问题的输出

实时绘图

调用临界模式 KCODE NSRCK RKK IKZ KCT

MSRK KNRM MRKP KC8 ALPHA NSRCK ：每次迭代的源大小 RKK ： keff 得初始尝试值 IKZ ：开始计数之前跳过的迭代次数 KCT ：总的迭代次数 MSRK ：提供储存的源点数 KNRM ：归一化计数的方法， 0代表按权重计数， 1代表按

粒子计数 MRKP ： keff 值的储存 KC8 ：总数和平均计数， 0代表全部， 1代表有源循环 ALPHA ： alpha 的强加值

定义初始裂变源 KSRC X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2 …

Xi Yi Zi 初始源点的位置 这个卡可以包含多达 NSRCK组源点

至少一个点在裂变材料区域中 将会按需要取样以产生 NSRCK 个中子

能量取样自 Watt裂变谱 可以用 SRCTP 文件或者 SDEF 通用源卡代替 KSRC 卡

临界输出 在运行过程中， MCNP允许你在每一代中子跟

踪 keff 的值 输出文件在每一代包含更详细的信息

3 个原始的 keff估计值 3 个成对（ pair-wise) 的 keff估计平均值 一个三种情况下 (three-way) 的 keff估计平均值 2 个原始 τr估计值 1 个成对方式（ pair-wise) 或三种情况 (three-way)

的 τr估计平均值

keff 的准确值 三种方式的 keff估计平均值是推荐的准确

值 如果有任何疑问， MCNP 将在输出文件

中用方框标注说明

输出：对结果进行改进的提示 图表给出了 keff 的值及置信区间与代的函

数关系 给出了前半部分与后半部分 keff 结果的比较

用图表和数据说明了在循环次数总数一定时，跳过不同迭代次数对计算结果的影响