MCNP 4B教程 - 图文

MCNP 4B 教程

（F）材料和截面描述 （G）能量及热处理 （H）问题截断条件 （I）用户数据组 （J）外围卡

这些卡随后会被描述。只有在3-3页被列出的卡才能在继续运行的输入文件中使用。在一个输入文件中，同号的或一个粒子类型标识符的数据卡至多使用一次。例如M1及M2卡是可以同时接受的，CUT：N及CUT：P也可以接受，但两个M1卡或二个CUT：N卡都是不允许的。

十二类数据卡将分述如下：

A. 问题类型（MODE）卡

格式：MODE X1----Xi

?N,中子输运?Xi??P,光子输运

?E,电子输运?缺省：如果MODE卡缺省则假定是中子输运。

使用：除非是中子输运，否则，MODE不能缺省，输入项由空格隔开。

B. 几何卡

助记名（1-5列） 卡类型 VOL 栅元体积 AREA 曲面面积 U 整体 TRCL 栅元变换 LAT 网格 FILL 填充卡 TR 坐标变换

1. 栅元体积卡

格式：VOL n X1 X2??Xi 或者：VOL NO x1 x2 ……xi

Xi：栅元i的体积，i=1，2，??m；m为栅元总数。 NO：不计算体积或者面积。

如果没有VOL卡，MCNP将试图计算全部栅元的体积。当VOL卡上填写NO时，表示不计算体积。如果在VOL卡上没有填写的栅元体积将使用计算的体积。VOL卡是输入栅元体积的选择卡。

使用VOL卡时，如果VOL卡上的数据项数不等于问题的栅元总数，将出现致命错。可使用nJ特点跳过不想填写体积的栅元。在VOL卡上输入NO将完全跳过体积计算，跟着NO后输入Xi是可选择的，如果Xi输入体积值，则卡将使用此量值。在许多问题中，NO选择将会节省大量的计算机时间。

某些计数要求栅元的体积或质量。MCNP能够计算关于任意轴旋转对称的全部栅元的体积，既使轴是斜置的也没有关系，它也能计算多面体栅元的体积。在计算体积的同时，也可以计算面积和质量。在输出文件OUTP中输出这些体积、面积及质量。用户可在VOL卡

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上填写计数所要求的任何栅元的体积以代替计算的体积。如果程序对一个计数所要求的体积不能计算并且在VOL卡上或者SDn卡上也不能填写，则出现致命错误。

VOL卡是输入记录所需的栅元体积的一个选择卡，通常是使用SDn卡，VOL卡仅提供一些栅元的体积，而SDn卡可供栅元及其某部分的体积及质量。

MCNP或者用户都不能够计算的栅元或其某部分的体积可在单独运行MCNP中使用射线跟踪技巧得到。

2. 曲面面积卡

格式：AREA X1??Xi??Xn

Xi：曲面i的面积，i=1，2，??n，n为问题中曲面的总数。

如果没有此卡，MCNP计算所有曲面的面积，在AREA卡上没有填写的曲面面积，将使用计算的面积。

该卡是输入曲面面积的选择卡。

这卡类似于VOL卡，MCNP在计算体积的同时也计算曲面的面积，如果能够计算这个曲面的任何一侧的所有栅元的体积，则该曲面的面积也将被计算。否则该曲面的面积不被计算。如果对一个记数所要求的面积程序中不能计算，AREA、SDn卡上又没有填写，则引起致命错误。

AREA卡是提供填写计算所要求面积的一个选择卡，通常是使用SDn卡，AREA卡仅提供一些曲面的面积，而SDn卡可提供曲面及分割部分曲面的面积。

3. 重复结构卡

重复结构能力的最主要目的是在多次出现的任意几何结构中只描述一次栅元和曲面成为可能。这样，有许多重复几何的问题，用户所必须输入的数据卡和处理问题所需要的计算机存储空间就会相应的减少。那些因为设置了大量不合理工作或占用太多存储空间，运行问题就不切实际。有许多完全相同的燃料棒的核反应堆就是这样问题的一个例子。另一个例子是包含许多复杂但相同而不一定有序物体的空间。这个特性减少处理问题所需要的工作和使用的存储空间，但并不比由其他描述处理更快。

重复结构能力扩展了MCNP栅元的概念。用户可以指定栅元被一种叫Universe的填充，Universe是一个网格或一批栅元集合，单独一个Universe，只被描述一次，可被指定填充集合中的任意栅元，一个Universe中的一些或所有栅元可能它们自己就是被Universe所填充的。

为了使用这个功能几个概念或卡被按序合并。 1）记住栅元参量能被定义在栅元卡上。 2）“LIKE m BUT”是一个缩写，这个缩写使一个栅元等价于一个除了相关属性被关键词=某个数描述的输入成为可能。

3）Universe卡，即U卡，被用来指定栅元属于哪个Universe。 4）填充卡用来指定栅元被那一个Universe填充。

5）TRCL卡使得只需要一次描述界定几个栅元的曲面，它们在形状和尺寸一样只是在几何位置不同的几个栅元的曲面，它遵守TR卡建立的坐标变换规则。

6）网格卡即LAT卡，用来定义无限多的六面体或六棱柱，栅格的曲面描述顺序与每个曲面前的网格元素顺序相同。

7）通用源描述可以在几何的重复结构部分定义，曲面源对应的曲面必须是MCNP的规范曲面，不能是重复结构部分几何相关的曲面，MCNP4B对此错误不作检查，用户必须牢记这一点且只有这里的这一个警告。

8）在一个Universe中的栅源的重要性被理解为一个被填充栅源重要性的倍数。权重窗的下界用同样的办法处理。

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第四章有几个重复结构输入例子和逻辑图解，读者通过那些例子可以更加熟悉，并可把这些例子作为教学辅助材料来理解下列这些卡的描述。

4. Universe和U卡

如前所述，Universe是一个栅格或者是一批普通的单元的集合，U卡的非零项是对应单元所属的Univorse号，没有U卡或者U卡的零项意味着这个单元不属于任何Universe。Universe号是由用户任意选定的整数。FILL卡指明一个单元被U卡上相应整数对应的全部单元去填充。一个Universe中的单元可以是有限的或者是无限的，但是他们必须填满要填充的任何单元里面U卡指明要填充的全部空间。

考虑被填充单元和用来填充单元的Universe之间关系的一种方式是被填充的单元是一个往里面窥视第二级的窗口，就像墙上的一个窗户提供户外景象一样。在第二级的单元可以是无限的，因为当它们碰到“窗口”的曲面或与“窗口”的曲面相交时将被截止。第二级在基本坐标系下可有自己的原点，于上一级原点无关。然而，如果被填充单元和用来填充单元的Universe的全部曲面在同一个坐标系统。则用一个TRCL卡来定以被填充单元和用来填充单元这二者的坐标系统，第四章的第一个重复结构的例子就解释了这个事实。

一个Universe中的栅元可用另一个Universe填充，在这种情况下第三级出现，最大有20级，大大超过大部分问题需要的级数，最高级到最低给予数值的顺序相反，也就是最高级是零级，其次是一级，再低一级是第二等级。

在4B版本中，被填充栅元曲面和填充栅元的Universe中的面可以是一致的。换句话说，一个Universe中的栅元正好装进被填充的栅元。下列这些栅元和曲面卡说明了这一点，它们描述了一个被10*10*10cm的立方体所填充的50*20*10的箱子，而每个立方体由由一个小球填充。

在一个不被任何高级栅元的边界所截的栅元的U卡向前面加一个减号，这样问题会运行的快一些，这个减号指的是忽略到高级栅元边界距离的计算。在下边的问题中，栅元3有一个负的Universe号，它是一个不被其他栅元截断的有限栅元，栅元4不能有负的Universe号，因为它是一个被栅元2截断的无限区域。

注意：小心使用这些功能，MCNP不能检查出这项功能中的错误，因为逻辑上能够发现错误的能力被当前存在的负Universe忽略，而且错误答案也可被计算，要极其谨慎的使用这个功能，分几个视角对几何进行绘图或运行VOID卡来检查错误。

1 0 1 -2 -3 4 -5 6 FILL=1

2 0 -7 1 -3 8 U=1 FILL=2 LAT=1 3 0 –11 U= –2 4 0 11 U=2 5 0 -1:2:3:-4:5:-6

1 PX 0 2 PX 50 3 PY 10 4 PY -10 5 PZ 5 6 PZ -5 7 PX 10 8 PY 0 10 PY 10

11 S 5 5 0 4

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一个问题中的每个栅元或者是问题的实际领域（0级Universe）的一部分或者是某个Universe的一部分，但是一个问题中的曲面限制较小，可用一个曲面描述多个Universe中的栅元。重合曲面不能是周期曲面、反射面或计数面，如果这个曲面用来记数，则在不做记数的地方的曲面为复制曲面但具有另一个名字。通常，材料都放进最低级的Universe的那些栅元，而不放在较高级，但在一个栅格的情况下例外。

5．栅元变换卡

TRCL卡使得界定在形状和尺寸是等同的只是在几何位置上不同的几个栅元的曲面只需一次描述。当用一个Universe填充这些栅元时，TRCL卡是特别有用的。如果这些被填充栅元的曲面和填充它们的Universe中那些栅元的曲面都是在同一个辅助坐标系下描述的，那么，一个单独的变换就能完全定义所有这些被填充栅元的内部，因为该Universe中的栅元将继承它们填充那些栅元的变换。

TRCL卡有两种形式，一种形式是TRCL=某个整数，这个整数是TR卡的号，TR卡含有这个栅元所有曲面的一个变换，TR卡在输入文件INP的数据卡部分。没有TRCL卡或者TRCL=0意味着没有变换，这是缺省值。另一种形式是在TRCL助记符后面的括号里填写这个变换，填写变换的规定同TR卡。如果使用* TRCL符号，转换矩阵项是角度（以度为单位）而不是余弦，这和*TR卡一样。

如果一个栅元有一个变换，则由这个栅元的原有曲面产生一组新的唯一名字的曲面，这个曲面的名字为原有曲面的名字加上1000倍这个栅元的名字，这样给出产生曲面的名字是可预知的，并且可在其它栅元卡上及计数卡上使用它，这个方法限制栅元的名字和原曲面名字不能大于三位数；然而，这些产生的曲面仅仅是界定已变换的栅元曲面，不是填充它的任何Universe的曲面。对每一个Universe不管它在这个问题中标记多少次，都只要求一次完整地描述。

6．栅格和LAT卡

LAT=1意味着这个栅格是一个六面体，LAT=2意味着栅格是一个六棱柱。LAT卡的非零项意味着相应栅元是一个（0，0，0）栅格元素。一个栅格栅元的栅元描述有两个主要用途。一是这个描述是标准的MCNP栅元描述，二是这个栅元曲面描述的顺序确定位于这个栅元每个曲面外边的栅格元素的顺序。

当确定栅格以后，就要决定（0，0，0）栅格元素，并且决定这个栅格的三个栅格指标在哪些方向上增加，在六棱柱栅格的情况下有两个限制：第一和第二指标必须沿着横的相邻曲面的方向增加，第三个指标必须沿着棱柱长度的一个方向或者另一个方向增加，然后按照顺序的规定在栅元卡上填写界定（0，0，0）元素的曲面。对一个六面体栅格栅元，在第一个列的曲面的外面是（1，0，0）元素，在第二个列的曲面的外面是（-1，0，0）元素，然后按顺序依次为（0，1，0）元素、（0，-1，0）元素、（0，0，1）元素、及（0，0，-1）元素。这个方法提供栅格排列的顺序，因此当你指定元素（7，9，3）时，程序就会知道这个元素是哪一个。对六棱柱栅格栅元，在第一个列的曲面的反面是（1，0，0）元素，在第二个列的曲面的反面是（-1，0，0）元素，然后依次是（0，1，0）、（0，-1，0）、（0，0，1）、（0，0，-1），描述（0，0，0）元素的最后两个曲面必须是棱柱的上下底面。

六面体不需要是直角的，六棱柱也不需要是规则的，但是由它们构成的一些栅格必须正好填满空间，这意味着栅格的对边必须相等并平行。六面体栅格栅元可以在一个或两个方向上是无限的。六棱柱栅格栅元可以沿着棱柱的长度方向无限。横截面必须是凸的。这个栅格是左旋或右旋都可以。一个栅格必须在它的Universe里。一个问题的实际领域本身可以是一个栅格。如果一个粒子离开实际领域的最后一个栅元（限制栅格的范围），这个粒子死亡。

7．FILL卡

FILL卡上的非零项指明用来填充相应栅元的Universe号。在U卡上相同号标记组成这

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