【正文】 11 2121122122x 111?????????????????????????????????????????????NxxxxNxSRNiiNii MCNP 建議 R＜ 5%的結(jié)果才是可靠的。 MCNP 程序運(yùn)行的結(jié)構(gòu) 在計算機(jī)上，蒙特卡羅方法解粒子輸運(yùn)問題的程序，一般都可分為：源抽樣、空間輸運(yùn)過程、碰撞過程、記錄過程和結(jié)果的處理和輸出等部分，一個 MCNP 計算程序流程圖示于圖 。至于粒子歷史終止條件，根據(jù)問題的幾何條件、物理假定，處理方法，可歸納為以下幾種 : 1）粒子從系統(tǒng)逃脫； 2）粒子經(jīng)碰撞被吸收； 3） 經(jīng)俄國輪盤賭后，歷史被終止； 4） 粒子能量低于給定能量（閾能） ； 5）粒子位置越過某一界面； 6）粒子飛行時間超過給定時間； 7）粒子 權(quán)重小于某個小量。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 蒙特卡羅方法 12 開 始數(shù) 據(jù) 預(yù) 處 理 ， 各 記 錄 單 元 清 零聚 一 個 粒 子 歷 史源 分 布 抽 樣輸 運(yùn) 過 程碰 撞 過 程歷 史 終 止 否 ？統(tǒng) 計 處 理做 完 給 定 歷 史 數(shù) 否 ？結(jié) 果 的 處 理 與 輸 出終 止記 錄 過 程記 錄 過 程記 錄 過 程記 錄 過 程 圖 程序運(yùn)行結(jié)構(gòu) MCNP 應(yīng)用 由于 MCNP 的通用性、靈活性以及強(qiáng)大的功能，使其在世界上有 廣泛 的應(yīng)用，僅國內(nèi)的用戶就在百家之上，應(yīng)用領(lǐng)域也從過去主要的核領(lǐng)域，逐漸推廣到石油，醫(yī)學(xué)在內(nèi)的許多領(lǐng)域。 從 20 世紀(jì) 90 年代開始，國外已經(jīng)有研究人員開始研究 MCNP 輸入文件制作的簡化和計算結(jié)果的圖形顯示。特別是隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，在近幾年取得了東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 蒙特卡羅方法 13 一些有價值的研 究成果。所開發(fā)的 MCNP 可視化軟件能夠 將 應(yīng)用場景的二維 DXF 格式文件和三維 SAT 格式的圖形文件轉(zhuǎn)換成 MCNP 的輸入文件。同時在場景的某些界面將 MCNP 的計算結(jié)果繪制成二維圖形，實現(xiàn)了計算機(jī)結(jié)果的可視化。為便于計算結(jié)果的分析、存儲和共享，有的后處理軟件能夠?qū)?MCNP 計算機(jī)結(jié)果輸出到電子表格等數(shù)據(jù)庫中。 近幾年，國內(nèi)在 MCNP 前處理與后處理技術(shù)領(lǐng)域的研究也取得了長足的進(jìn)步，主要有以下幾個方面： （ 1）在 MCNP 的計算效率、局限性和二維交互繪圖等方面進(jìn)行了有益的探索。 （ 2） 為了簡化 MCNP 輸入文件的制作、顯示 MCNP 的計算進(jìn)程和計算的抽取與顯示，研究開發(fā)了專用的 MCNP 程序可視化運(yùn)行平臺，并能以圖形化的方式顯示MCNP 的計算機(jī)和運(yùn)行時間的相關(guān)信息。 （ 3） 為了簡化 MCNP 的幾何建模，提高 MCNP 計算機(jī)輸入文件的編寫效率，研究將有關(guān) CAD 文件中的幾何模型轉(zhuǎn)化為 MCNP 仿真模型的算法問題，通過對目前商用圖形軟件包進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)出專用的 MCNP 輔助建模工具。 另外，可視化技術(shù)已經(jīng)在自然科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前在規(guī)則數(shù)據(jù)場的體繪制和面繪制算法等已經(jīng)趨于成熟。國內(nèi)外的一些研究機(jī)構(gòu)相繼推出了一系列可視化軟件工具及專用 可視化軟件。但在三維數(shù)據(jù)實時動態(tài)顯示、非規(guī)則數(shù)據(jù)場和矢量 場的可視化計算以及基于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)計算可視化理論等方面有待進(jìn)一步的研究完善。 MCNP 是目前世界上比較成熟的 MC 軟件包之一，在許多領(lǐng)域得到了廣泛。本課題便是采用 MCNP4C 對電離室的能量響應(yīng)進(jìn)行 模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果指導(dǎo)實際的 電離室 設(shè)計 。隨著核科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 以及其它相應(yīng)技術(shù)如計算機(jī)可視化的發(fā)展， MCNP會越來越受到重視，其應(yīng)用領(lǐng)域也必將在目前的基礎(chǔ)上向其它的相關(guān)領(lǐng)域擴(kuò)展。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 實驗?zāi)M 14 3 實驗?zāi)M 建立蒙特卡羅模型 利用 MCNP程序?qū)崿F(xiàn)模擬標(biāo)準(zhǔn)γ射線源輻照 HPGe 探測器的過程如下： 建立γ射線照射高純鍺探測器的幾何模型，對源、探頭的位置等信息 進(jìn)行了幾何描述。 建立物理模型，包括填充于探頭中的各種物質(zhì)的組成和密度等 ,γ射 線源的發(fā)射位置和能量分布，模擬結(jié)果記錄的空間位置 ,物理內(nèi)容等。 將上述模型轉(zhuǎn)化為 MCNP 程序。 試模擬粒子輸運(yùn)過程，通過使用和調(diào)整減小方差的技巧，盡量使得 在一定時間內(nèi)，減小計算結(jié)果的統(tǒng)計誤差。 從計算結(jié)果中提取有用的信息，即對計算結(jié)果后續(xù)處理。 根據(jù)上述步驟，下面建立模擬模型。 [14] 下圖是高純鍺探測器的幾何結(jié)構(gòu)圖： 圖 根據(jù) HPGe 探測器的幾何結(jié)構(gòu)圖，可以建立坐標(biāo)圖，如圖 所示。其中鍺晶體的尺寸如表所示。 Z軸經(jīng)過探測器的軸心，原點(diǎn)在探測器最外層 Al殼的中心位置，原點(diǎn)距離點(diǎn)源距離 10cm， 整個系統(tǒng)由一個半徑為 150cm 的圓球包圍，球內(nèi)除了源和東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 實驗?zāi)M 15 探測器外，其余由空氣充填，空氣密度為 ，球體外為真空。 ZXY1 5探 測 器點(diǎn) 源（ 0 , 0 , 0 ) 圖 輸入文件 針對上圖的幾何模 型用蒙特卡羅光子和電子耦合輸運(yùn)程序?qū)?HPGe 探測器探測效率測量實驗進(jìn)行模擬計算，在計算中對光子和電子的所有次級過程都進(jìn)行模擬跟蹤，采用 F8電子脈沖計數(shù)卡來計算點(diǎn)源γ射線在 HPGe 晶體中的脈沖高度能譜分布。 根據(jù)上一小節(jié)的高純鍺探測器的幾何結(jié)構(gòu)圖和坐標(biāo)圖，該實驗?zāi)M的出 MCNP輸入文件 INP，詳細(xì)輸入文件見附錄。 設(shè)置好程序參數(shù)，利用 MCNP 程序進(jìn)行模擬。就會得到單位時間內(nèi)（ S1）每個粒子的脈沖。 表 探測器結(jié)構(gòu)和尺寸 探測器結(jié)構(gòu) 尺寸（ cm） 材料 Cu的直徑 Cu Ge死層厚度 Ge Al殼（內(nèi)）厚度 Al Al殼（外）厚度 Al Al殼間厚度 真空 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 實驗?zāi)M 16 模擬不同規(guī)格的高純鍺探測器 因為課題是研究不同規(guī)格的 HPGe 探測器，所以通過改變探測器的 Ge晶體 半徑 和長度 的大小進(jìn)行 MCNP 模擬，所以 一共模擬了三種 不一樣的 Ge 晶體，如下表 ： 表 探測器的晶體半徑 、 體積 和長度 晶體的厚度 r∕ cm 晶體長度/cm 晶體體積V/ cm3 經(jīng)過 MCNP 模擬的出來的數(shù)據(jù)，運(yùn)用畫圖工具繪制出能譜圖： 圖 晶體半徑 r=，長度為： 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 實驗?zāi)M 17 圖 晶體半徑 r=，長度為： 圖 晶體半徑 r=，長度為： 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 實驗?zāi)M 18 圖 r=，長度為： 圖 r=，長度為： 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 實驗?zāi)M 19 圖 r=，長度為： 圖 r=，長度為： 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 數(shù)據(jù)分析 20 4 數(shù)據(jù)分析 處理數(shù)據(jù) 能量分辯 率 探測器測量能量為 0E 的帶電粒子，設(shè)全能峰的半寬度處得全寬度 FWHM= E? ,所以求能量分辨率的公式為 : 0EE??? （ ） 通過 MCNP 模擬出來的數(shù)據(jù)，運(yùn)用公式 進(jìn)行計算，得到結(jié)果如下表： 表 探測器的半徑、 能量分辨率 晶體半徑r/cm 晶體長度/cm 能量分辨率 根據(jù)表 的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，得出晶體半徑與能量分辨率的關(guān)系圖和晶體長度與能量分辨率的關(guān)系圖。 圖 r與能量分辨率的關(guān)系