I. Mô tả tệp tin đầu vào

Tệp tin đầu vào của MCNP mô tả hình học của vấn đề được mô phỏng, chỉ rõ vật liệu cấu thành

các phần của hệ được mô phỏng và nguồn, đồng thời định nghĩa những kết quả mà bạn mong muốn từ

quá trình tính toán. Hình học được xây dựng bởi việc định nghĩa những ô mà được giáp bởi một hay

nhiều bề mặt. Những ô có thể được điền đầy bởi một vật chất xác định hoặc để trống (nghĩa là được

điền đầy bởi chân không).

Một tệp tin đầu vào của MCNP có bốn mục (khu vực) chính: Tiêu đề, định nghĩa ô, định nghĩa bề

mặt, và mô tả dữ liệu. Tiêu đề chỉ gồm một dòng được đặt trước phần thẻ ô. Mỗi phần bao gồm một

hay nhiều lệnh. Một lệnh được tạo bởi một hay nhiều thẻ. Từ “thẻ” được sử dụng trong suốt cả bài viết

này và trong tài liệu hướng dẫn về MCNP, nó dùng để mô tả một dòng đơn trong tệp tin đầu vào với

tối đa 80 ký tự (kể cả ký tự trắng). Bảng 3.1 sau sẽ cho ta thấy cấu trúc khái quát của tệp tin MCNP

đầu vào.

Tiêu đề

Các thẻ ô - Khối 1

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

Một dòng để trống duy nhất để giới hạn (bắt buộc)

Các thẻ bề mặt - Khối 2

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

Một dòng để trống duy nhất để giới hạn (bắt buộc)

Các thẻ dữ liệu - Khối 3

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

Một dòng để trống duy nhất (tùy ý, không bắt buộc)

Sau dòng để trống này ta có thể viết bất cứ điều gì nhằm chú thích thêm cho bài toán

mô phỏng, hay những điều ta cần ghi nhớ.

Bảng 3.1. Cấu trúc khái quát một tệp tin đầu vào của MCNP.

II. Những quy tắc đối với các tệp tin đầu vào

Những quy tắc chung về các tệp tin đầu vào.

1. Bên trong tệp tin:

Các kí tự có thể viết bằng chữ hoa, chữ thường hay lẫn lộn.

Các mục được tách biệt nhau bởi một dòng trắng duy nhất. (Không bao giờ để hai mục liền

nhau).

2. Bên trong mỗi mục (khu vực hay khối):

Các thẻ ô có thể xuất hiện theo bất kỳ thứ tự nào.

Các bề mặt có thể xuất hiện theo bất kỳ thứ tự nào.

Các thẻ dữ liệu có thể xuất hiện theo bất kỳ thứ tự nào.

52

3. Bên trong mỗi lệnh:

Mỗi lệnh bao gồm một hay nhiều thẻ.

Phần lớn các lệnh đều có tên.

Một vài lệnh không có tên (Ví dụ Dòng trắng duy nhất)

4. Bên trong mỗi thẻ

Mỗi thẻ không vượt quá 80 cột (80 ký tự, kể cả dấu cách).

Mỗi phần của thẻ được ngăn cách bởi một hay nhiều dấu cách.

Mọi điều trên dòng sau dấu $ là lời chú thích.

Ký tự C nằm trong các cột từ 1 đến 5 là lệnh chú thích. Ký tự C phải theo sau bởi dấu cách

cho đến hết 4 cột đầu tiên.

Ký tự & ở cuối thẻ có nghĩa là nội dung thẻ đó còn tiếp tới thẻ tiếp theo.

Các ký tự trắng liên tiếp từ cột 1 đến cột 5 cũng có ý nghĩa tiếp tục dòng lệnh ở trước nó.

* tuy nhiên ký tự & hoặc các dấu cách – không cần thiết xuất hiện đồng thời

III. Phân tích chi tiết các thành phần của tệp tin đầu vào

1. Tiêu đề

Tiêu đề là thẻ đầu tiên trong một tệp tin đầu vào MCNP và có thể dài tối đa 80 ký tự. Nó thường

chứa đựng thông tin về vấn đề được mô phỏng. Tiêu đề này được chép lại nhiều chỗ trong khắp (suốt)

đầu ra MCNP. Nó cũng đồng thời như là một nhãn để phân biệt các tệp tin đầu vào.

2. Mô hình hoá hình học

MCNP đề cập vấn đề mô hình chủ yếu dựa trên các mối quan hệ của vùng, miền hay khối được

bao bởi một hay 2 mức bề mặt. Các ô được định nghĩa bởi sự giao nhau, sự kết hợp và phần bù của các

vùng, miền và chứa phần bên trong của mỗi ô được điền đầy bởi 1 loại vật liệu duy nhất do người sử

dụng định nghĩa. Sự giao nhau và hợp nhau của hai vùng A và B được thể hiện trong hình 3.1 dưới

đây.

Hình 3.1. a) Hợp của hai miền A:B hay “A hoặc B”.

b) Giao của hai miền A B hay “A và B”.

Phép hợp của hai vùng có thể hiểu giống như toán tử logic “or”, trong đó hợp của hai vùng A và B

là một vùng mới chứa đựng tất cả không gian của cả vùng A lẫn vùng B. Khi viết mã chương trìn phép

hợp được định nghĩa bởi dấu “:”. Phép giao của hai vùng có thể hiểu giống như toán tử logic “and”,

trong đó giao của hai vùng A và B là một vùng mới thoả mãn điều kiện là nó thuộc A và đồng thời

cũng thuộc B. Phép giao được định nghĩa bởi dấu “space “ ngăn cách giữa hai vùng. Phép phủ định

được định nghĩa bởi dấu “#” có thể hiểu nó như toán tử logic “not”. Ví dụ # (A:B) định nghĩa toàn bộ

vùng không gian phía bên ngoài của vùng hợp bởi giữa vùng A và vùng B (xem hình 3.2)g.

53

Hình 3.2. Không gian phủ định của (A hợp B)

MCNP sử dụng hệ toạ độ Đềcác 3 chiều (x, y, z). Đơn vị sử dụng trên các chiều là centimet (cm).

Mọi vùng không gian đều được tiếp giáp trực tiếp với vùng không gian khác kề với nó. Mỗi khu vực

được bao bởi một bề mặt, hay nhiều bề mặt, hoặc cũng có thể là trải ra vô tận.

Khi viết mã chương trình tệp tin đầu vào, trong phần mô hình hoá các thẻ ô sẽ được viết trước, sau

đó đến các thẻ bề mặt. Tuy nhiên để cho dễ hiểu ta sẽ đề cấp đến phần thẻ bề mặt trước.

a. Các thẻ bề mặt

Khuôn mẫu đặc trưng cho thẻ bề mặt là:

Hình 3.3. Khuông mẫu thẻ bề mặt

Số bề mặt, j, là một số nguyên từ 1 đến 99999. Dùng để đặt tên cho bề mặt.

Định nghĩa mặt, a, là một từ khoá. Từ khoá là tập hợp của 1 hay nhiều ký tự đã được định nghĩa

từ trước bởi chương tình mô phỏng, dùng để chỉ ra loại loại của bề mặt j ví dụ (a ≡ P : mặt phẳng dạng

tổng quát, a ≡ PX : Mặt phẳng vuông góc với trục ox, a ≡ SO: mặt cầu có tâm là trùng với gốc toạ

độ…). Ứng với mỗi từ khoá này sẽ có một phương trình trong hệ toạ độ đề các ba chiều oxyz để định

nghĩa mặt đó cùng với các tham số.

Phần danh sách: Bao gồm các tham số được khai báo bằng một giá trị cụ thể nào đó khi viết tệp

tin đầu vào để có thể xác định được mặt j một cách cụ thể. Số lượng các tham số phụ thuộc vào từ

khoá khai báo trước đó. Các tham số này phải được khai báo theo một tuần tự nhất định.

Ví dụ, mặt trụ có bán kính R , song song với trục oz được định nghĩa bởi hàm sau

2 2 2( , , ) ( ) ( ) 0f x y z x x y y R , với trục của hình trụ song song với trục oz và đi qua điểm

( , ,0)x y . Thẻ input để định nghĩa mặt như vậy được chỉ rõ bởi từ khoá C/Z (hoặc c/z), cụ thể là:

1 C/Z 5 5 10

Thẻ trên định nghĩa mặt số 1 là một mặt trụ dài vô hạn, song song với trụ oz, có bán kính bằng 10cm

và trục của nó đi qua điểm (x = 5cm, y = 5cm, z = 0cm). Chú ý rằng độ dài của mặt trụ là vô hạn, và

lời chú thích của thẻ định nghĩa mặt trên được đánh giấu (giới thiệu) bởi dấu “$”.

Mọi bề mặt đều có một miền logic “dương” và một miền logic “âm”. Hai miền logic này được

ngăn cách bởi chính bề mặt đó. Để xác định được đâu là miền logic “dương”, đâu là miền logic “âm”

ta sử dụng phương pháp sau: mọi điểm mà ( , , ) 0f x y z thì thuộc miền logic “dương” của bề mặt

đó, và mọi điểm mà ( , , ) 0f x y z thì thuộc miền logic “âm” của bề mặt đó. Ví dụ đối với mặt trụ ở

54

trên miền không gian phía bên trong mặt trụ có giá trị logic “âm” và miền không gian phía bên ngoài

mặt trụ có giá trị logic “dương”.

Bảng 3.2 dưới đây được dẫn từ file hướng dẫn kèm theo phần mềm MCNP là danh sách định

nghĩa các bề mặt mà MCNP sử dụng để thiết lập hình học của vấn đề mô phỏng.

Bản 3.2. Các loại mặt trong MCNP

Ký hiệu

từ khoá Loại mặt Mô tả tính chất Phương trình

Danh sách

tham số

P

Mặt phẳng

Tổng quát Ax+By+Cz - D= 0 A B C D

PX Mặt phẳng ox x - D=0 D

PY Mặt phẳng oy y - D = 0 D

PZ Mặt phẳng oz z - D= 0 D

S

Mặt cầu

Tổng quát 2 2 2 2(x - x) +(y - y) +(z - z) - R = 0 x y z R

SX Tâm trục ox 2 2 2 2(x - x) + y + z - R = 0 x R

SY Tâm trục oy 2 2 2 2x +(y - y) + z - R = 0 y R

SZ Tâm trục oz 2 2 2 2x + y +(z - z) - R = 0 z R

SO Tâm gốc toạ độ 2 2 2 2x + y + z - R = 0 R

C/X

Mặt trụ

Trục ox 2 2 2(y - y) +(z - z) - R = 0 y z R

C/Y Trục oy 2 2 2(x - x) +(z - z) - R = 0 x z R

C/Z Trục oz 2 2 2(x - x) +(y - y) - R = 0 x y R

CX Trục ox 2 2 2y + z - R = 0 R

CY Trục oy 2 2 2x + z - R = 0 R

CZ Trục oz 2 2 2x + y - R = 0 R

K/X

Mặt nón

Trục ox 2 2(y - y) +(z - z) - t(x - x)= 0 2 1x y z t

K/Y Trục oy 2 2(x - x) +(z - z) - t(y - y)= 0 2 1x y z t

K/Z Trục oz 2 2(x - x) +(y - y) - t(z - z)= 0 2 1x y z t

KX Trục ox 2 2y + z - t(x - x )= 0 2 1x t

KY Trục oy 2 2x + z - t(y - y )= 0 2 1y t

KZ Trục oz 2 2x + y - t(z - z )= 0 2 1z t

±1 sử dụng để xác định hướng trục của mặt nón. Ví dụ nếu trục hình trụ K/X huớng theo chiều

dương của trục ox thì giá trị được khai báo sẽ là +1 và ngược lại.

55

SQ

Elipxoit,

hyperboloit,

paraboloit

Tổng quát, tuỳ khả

năng suy tham số

(tham số = 0).

2 2 2( ) ( ) ( )

2 ( ) 2 ( )

2 ( ) 0

A x x B y y C z z

D x x E y y

F z z G

A B C D E

F G x y z

Ở trên ta thấy chỉ có duy nhất một phương trình cho cả ba loại mặt hình học, tuỳ theo giá trị

được khai báo của các tham số mà ta ta sẽ có được các loại mặt hình học khác nhau khác nhau.

Khi tham số bằng 0 nhưng vẫn được khai báo gọi là suy tham số.

GQ

Mặt cầu,

trụ, nón,

elipxoit,

hyperboloit,

paraboloit.

Tổng quát, tuỳ khả

năng suy tham số

(tham số = 0).

2 2 2Ax + By +Cz + Dxy+ Eyz

+Fzx+Gz+ Hy+ Jx+ K = 0

A B C D E

F G H J K

TX

TY

TZ

Hình xuyến

có trục song

song với trục

ox, oy hoặc

oz

2 2 2 2 2 2

2 2 2 2 2 2

2 2 2 2 2 2

( ) / ( ( ) ( ) ) / 1 0

( ) / ( ( ) ( ) ) / 1 0

( ) / ( ( ) ( ) ) / 1 0

x x B y y z z A C

y y B x x z z A C

z z B x x y y A C

x y z A B C

x y z A B C

x y z A B C

XYZP Mặt được định nghĩa bằng các điểm

b. Các thẻ ô

Các thẻ ô là mục đầu tiên đứng sau tiêu đề. Không có dòng trắng nào phân cách giữa phần tiêu đề

và phần thẻ ô. Trong phần này các ô sẽ được định nghĩa về hình dạng của nó và vật liệu được điền

trong đó. Khuôn mẫu đặc trưng cho một thẻ ô như sau:

Hình 3.4. Khuôn mẫu thẻ ô

Số ô, j, là một số nguyên từ 1 tới 99999. Dùng để đặt tên cho ô.

Số vật liệu, m, cũng là một số nguyên từ 1 tới 99999 để xác định vật liệu gì được điền vào trong

ô. Sự hợp thành của một vật liệu nào đó được định nghĩa về sau trong mục thẻ dữ liệu. Trường hợp đặc

biệt duy nhất khi m = 0, khi đó có nghĩa là ô này được để trống (điền đầy bằng chân không) và giá trị

mật độ d sẽ không được ghi trong thẻ này nữa mà bị bỏ qua để ghi ngay tiếp sau số 0 là các tham số bề

mặt.

Mật độ, d, dùng khai báo mật độ vật liệu được điền vào ô. Nếu giá trị của d dương thì nó có ý

nghĩa chỉ mật độ nguyên tử với đơn vị tương ứng là 1024

nguyên tử / cm3. Nếu giá trị của d âm thì nó

có ý nghĩa chỉ mật độ khối lượng với đơn vị tương ứng là gam / cm3. Như trên ta đã biết trong trường

hợp ô được điền bởi chân không thì giá trị mật độ sẽ không được ghi nữa.

Phần hình học, mô tả hình học các bề mặt giới hạn để tạo nên ô. Nó gồm những mã số chỉ bề mặt

với một trong hai giá trị logic âm hoặc dương. Giá trị tuyệt đối của mã số cho ta biết đó là bề mặt nào

được khai báo sau đó trong mục thẻ bề mặt, dấu logic của nó dùng để xác định ô đang được định nghĩa

thuộc về phía bên nào của mặt giới hạn đó, hay nói cách khác là miền nào của không gian được giới

56

hạn bởi các bề mặt đó. Những bề mặt có hình học xác định cũng đồng thời được dùng để cấu thành lên

các mặt biên, các mặt biên đó giới hạn nơi bắt đầu hay kết thúc vùng không gian vận chuyển các hạt

bức xạ.

Trong phần này các tham số về bề mặt được liệt kê ra theo một thứ tự nào đó cùng với các phép

toán về phần giao của nhau, hợp của nhau, hay phần bù của nhau của các vùng không gian giới hạn bởi

các mặt.

Phần tham số của thẻ ô, chứa các tham số tuỳ chọn như: imp, u, trcl….Phần tham số này không

bắt buộc phải xuất hiện ở thẻ ô mà có thể được khai báo sau trong mục lệnh dữ liệu. Nếu có giá trị

trong phần tham số thì nó giúp bạn có thể khai báo với chương trình tính toán mô phỏng biết một tính

chất lựa chọn nào đó dành cho ô, thay vì xác định thuộc tính đó cho ô trong mục thẻ dữ liệu. Ví dụ, thẻ

quan trọng (imp:n) trong phần thẻ dữ liệu chỉ rõ sự quan trọng như thế nào của các ô theo sau nó đối

với nơtron, để chương trình có sự ghi nhận lại cho mỗi ô về sự kiện xuất hiện nơtron trong các ô đó.

Thẻ imp:n có thể được khai báo ở mục thẻ dữ liệu hoặc nó cũng có thể được đặt ở cuối danh sách bề

mặt hình học trong mục thẻ ô.

Ta sẽ minh hoạ cụ thể bằng cách nào các bề mặt và toán tử logic dùng để định nghĩa các ô bằng

cách xét một ví dụ đơn giản về một cái thùng hình trụ bao kín bằng sắt dày 1cm. Bên trong và bên

ngoài của thùng được điền đầy bởi chân không (Hình 3.5):

Hình 3.5: Hình học của một cái thùng đơn giản

Để khai báo về hình học của chiếc trùng trong phần mềm MCNP ta có thể dùng đoạn mã như sau:

C Cell cards

7 5 -7.86 -1 2 -3 (4:6:-5) IMP:N=0 IMP:P=1 $ iron cask shell

8 0 -4 5 -6 IMP:N=0 IMP:P=1 $ inner cask void

9 0 1:3:-2 IMP:N=0 IMP:P=0 $ graveyard

C Surface cards

1 C/Z 5 5 10 $ outer cylindrical surface

2 PZ 40 $ base of cask

57

3 PZ 60 $ top of cask

4 C/Z 5 5 9 $ inner cylindrical surface

5 PZ 41 $ base of inner cavity

6 PZ 59 $ top of inner cavity

3. Mô tả nguồn:

Dù mô phỏng một bài toán dựa trên thực tế hay chỉ là giả định thì một phần quan trọng không thể

thiếu đó là viết mã mô tả nguồn. Với MCNP chúng ta có thể định nghĩa nguồn với những tính chất sau:

Cho phép chỉ rõ giới hạn về không gian, năng lượng, hướng và loại hạt bức xạ từ nguồn phát ra.

Bao gồm nhiều loại nguồn phong phú cho phép người sử dụng định nghĩa để sao cho phù hợp nhất

với bài toán cần mô phỏng: Nguồn điểm; Nguồn bề mặt; Nguồn khối; Nguồn phức hợp; Nguồn

phụ thuộc; Nguồn thứ cấp; Nguồn di động

Cho phép định nghĩa rõ sự khác nhau về hướng phát ra của nguồn và năng lượng của nguồn.

Thẻ SDEF (cùng với thẻ SI và thẻ SP) cho phép định nghĩa một nguồn giới hạn một cách hoàn

thiện với cú pháp của thẻ như sau:

SDEF tham-biến-1 tham-biến-2 tham-biến-3 …

SI thông tin về các tham biến (mô tả giá trị, các số phân bố,…)

SP cung cấp các thông tin thực tế mô phỏng, hoặc sử dụng xây dựng chức năng.

Trong đó các tham biến nhằm:

- Định nghĩa loại hạt bức xạ mà nguồn phát ra và các trọng số

- Không gian nguồn và vị trí nguồn.

- Phổ năng lượng của nguồn

- Góc phân bố ban đầu (được mặc định là đẳng hướng đối với nguồn điểm và nguồn khối)

Mặc định là nguồn nơtron điểm, đẳng hướng với năng lượng 14MeV, tại vị trí 0, 0, 0 với trọng số

là 1.

Bảng 3.3. dưới đây cung cấp cho ta các tham biến nguồn, ý nghĩa và giá trị mặc định của nó.

Bảng 3.3: Các tham biến nguồn (Source Variable)

Variable Ý nghĩa Giá trị mặc định

ERG Năng lượng (MeV) 14 MeV

NRM Ký hiệu mặt thông thường + 1

POS Tâm nguồn 0,0,0

RAD

Khoảng cách giữa tâm nguồn đến mặt

bên (bán kính).

0

EXT Chiều cao của nguồn. 0

AXS Trục đối xứng đối với nguồn hình trụ,

hình nón… Không có trục đối xứng

WGT Trọng số hạt 1

58

PAR Loại hạt

1=nơtron đối với Mode N, NP hoặc

NPE

2=photon đối với Mode P hoặc PE

3=electron đối với Mode E

a) Định nghĩa năng lượng bức xạ nguồn

(1) Nguồn đơn năng

SDEF ERG = 10 $ Năng lượng bức xạ nguồn phát ra = 10MeV

Dòng mã trên định nghĩa một nguồn nơtron điểm tại gốc toạ độ Đề các (mặc định) và năng lượng bức

xạ mà nguồn phát ra bằng 10 MeV

(2) Nguồn có năng lượng rời rạc

Hình 3.6. Phổ năng lượng rời rạc

SDEF ERG=D1

SI1 L 0.3 0.5 1.0 2.5

SP1 0.2 0.1 0.3 0.4

Các mức năng lượng rời rạc nguồn phát ra là 0.3, 0.5, 1.0 và 2.5 MeV với tần số phát ứng với từng

mức năng lượng phát ra lần lượt là 0.2, 0.1, 0.3 và 0.4.

(3) Nguồn có năng lượng phát ra theo kiểu biểu đồ

Hình 3.7. Phổ năng lượng dạng biểu đồ

SDEF ERG=D1

SI1 H 0.1 0.3 0.5 1.0 2.5 $ giá trị mức NL trên mỗi khoảng

SP1 D 0.0 0.2 0.4 0.3 0.2 $ phân bố tần số phát BX mỗi khoảng

Biểu đồ phân bố:

0.0 – 0.1 (0.1 MeV ngưỡng cắt năng lượng bức xạ)

0.1 – 0.3

59

0.3 – 0.5

0.5 – 1.0

1.0 – 2.5

Giá trị điền vào thẻ SI1 xác định mức năng lượng cao nhất của mỗi khoảng năng lượng theo thứ tự

tăng dần.

Có hai cách để định nghĩa thẻ SP1 đó là hoặc theo giá trị phân bố hoặc theo giá trị tích luỹ.

sp1 D 0 0.2 0.4 0.3 0.2 $ “D” = theo giá trị phân bố.

sp1 C 0 0.2 0.6 0.7 0.9 $ “C” = theo giá trị tích luỹ.

(4) Định nghĩa năng lượng nguồn có dạng phổ bức xạ tuân theo hàm phân bố Maxwell

Hình 3.8. Phổ năng lượng phân bố theo hàm Maxwell

SDEF POS 0 0 0 PAR=2 ERG=d1 $Vị trí, loại hạt bức xạ, năng lượng

SP1 -2 0.5 $Phổ phân bố năng lượng Maxwell (2) với nhiệt độ a=0.5

MeV

Bảng dưới đây sẽ nêu cho chúng ta rõ những hàm phân bố năng lượng mà phần mềm MCNP cho

phép định nghĩa:

Bảng 3.3: Các hàm phân bố năng lượng dùng định nghĩa nguồn

Biến số

nguồn

Dạng đầu

vào Mô tả Mặc định

ERG -2 a Phổ phân hạch dạng Maxwell

p(E)=CE1/2

exp(-E/a) a = 1,2895 MeV

ERG -3 a b Phổ phân hạch dạng Watt

p(E)=Cexp(-E/a)sinh(bE)1/2

a = 0,965 MeV

b = 2.29 MeV-1

ERG -4 a b Phổ phân hạch dạng Gauss

p(E) = Cexp[-((E-b)/a)2]

a = -0,01 MeV

b = -1

ERG -5 a Phổ năng lượng ...

p(E) = C E exp(-E/a) a = 1,2895 MeV

ERG -6 a b p(E) = Cexp[-((E1/2

-b1/2

)/a)2]

a = -0.01 MeV

b = -1

DIR, RAD,

EXT -21 a

Hàm luỹ thừa

p(x) = a

xC

a = 1 đối với DIR

a = 1 hoặc 2 đối với

RAD

a = 0 đối với EXT

60

DIR, EXT -31 a Hàm mũ : /)( aCep a = 0

TME -41 a b p(t) = C exp[-(1,6651092(t-b)/a)2] b = 0

b) Định nghĩa loại bức xạ phát ra từ nguồn

Với phần tham biến “PAR” trong thẻ SDEF ta có thể định nghĩa loại hạt bức xạ được phát ra từ

nguồn với quy tắc sau:

PAR = 1 n – Nơtron

PAR = 2 γ – Gamma

PAR = 3 β – Bêta

Nếu tham biến PAR không được đề cập đến trong thẻ SDEF thì chương trình sẽ lấy giá trị mặc

định là PAR = 1.

c) Hình dạng không gian nguồn và vị trí nguồn

(1) Nguồn điểm:

Hình 3.9. Nguồn điểm tại vị trí 10, 0, 0

SDEF POS 10 0 0 ERG=D1 PAR=2

SI1 L 0.3 0.5 1.0 2.5

SP1 0.2 0.1 0.3 0.4

Đoạn mã trên định nghĩa một nguồn điểm γ, tại ví trí 10, 0, 0 và có phổ năng lượng rời rạc giống

như trên hình 3.6.

(2) Nguồn phân bố dạng đoạn thẳng (nguồn dây):

Hình 3.10. Ví dụ nguồn dây

SDEF PAR=2 ERG=1.0 X=D1 Y=5 Z=10

SI1 H 5 10

61

SP1 D 0 1

Nguồn dây ở trên phát tia γ đơn năng bằng 1.0 MeV phân bố đều trên đoạn thẳng dài 5cm như hình

3.10.

(3) Nguồn bề mặt dạng đĩa:

Hình 3.11. Ví dụ về nguồn đĩa

sdef sur=5 pos = x y z rad = d1

si1 h 0 r

sp1 -21 1

Nguồn phẳng được giới hạn trong hình tròn có toạ độ tâm (x, y, z) với bán kính là r, trên bề mặt số

5.

(4) Nguồn khối dạng trụ:

Hình 3.12. Ví dụ về nguồn hình trụ

SDEF POS = 5 10 20 RAD = D1

AXS = 0 1 0 EXT = d2

SI1 0 R

SP1 -21 1

SI2 0 50

SP2 -21 0

POS = Vị trí gốc của nguồn

RAD = khoảng cách từ mặt trụ tới vị trí pos

EXT = độ dài của hình trụ

AXS = véc tơ xác định hướng cho trục của nguồn trụ.

Nếu EXT = 0, nguồn sẽ trở thành một nguồn suy biến, hay có tác dụng như một nguồn bề mặt dạng đĩa

tròn.

(5) Nguồn đa điểm:

62

Hình 3.12. Hình học mô phỏng nguồn đa điểm

Chú ý: Giá trị điền vào cho thẻ sp1 ở trên không nhất thiết phải theo đúng quy tắc là tổng các giá

trị trong thẻ sp phải bằng 1. Ta hoàn toàn có thể điền vào đó hệ số bức xạ của nguồn. Ví dụ giả sử các

nguồn trên là nguồn điểm γ, tỷ số bức xạ γ của 3 nguồn trong 1 giây là 2:8:10 ta có thể viết là:

SDEF POS = D1

SI1 L x1 y1 z1 x2 y2 z2 x3 y3 z3

SP1 D 2 8 10

Khi đó chương trình sẽ tự động tính toán lại tỷ số về dạng bình thường là: 0.1:0.4:0.5 và kết quả

này sẽ được in ra trong tệp tin output.

Ví dụ: ở trong hình 3.13 dưới đây mô tả cho chúng ta một nguồn điểm γ với phân bố năng lượng

của 2 nguồn khác nhau:

Hình 3.13. Hai nguồn điểm với phân bố năng lượng khác nhau

SDEF PAR=2 POS=d1 ERG FPOS d2

SI1 L -10 0 0 10 0 0

SP1 0.4 0.6

DS2 S 3 4

SI3 H 0.1 0.3 0.5 1.0 2.5

SP3 D 0.0 0.2 0.4 0.3 0.2

SI4 L 0.3 0.5 0.9 1.25

SP4 0.2 0.1 0.3 0.4

Đoạn mã trên mô tả hai nguồn γ điểm. Nguồn thứ nhất có toạ độ tại vị trí -10, 0, 0 và phát bức xạ

với phổ giống như hình 3.7; nguồn thứ 2 có toạ độ tại vị trí 10, 0, 0 và phát bức xạ giống như trên hình

3.6.

63

d) Định nghĩa hướng bức xạ

(1) Đối với nguồn điểm và nguồn khối, giá trị mặc định sẽ được coi là nguồn phân bố đẳng hướng.

(2) Khai báo hướng dùng để chỉ rõ hướng và được quy cho µ là cosine của góc hợp bởi phương

bức xạ và véctơ VEC

(3) Đối với nguồn bề mặt, giá trị mặc định là cosine của góc phân bố. Tuy nhiên, cũng có thể định

nghĩa phân bố đẳng hướng cho nguồn.

Giá trị cosine của nguồn đĩa trên mặt m:

Để thay đổi góc trở thành đẳng hướng:

(a) Đầu

tiên phải định nghĩa véc tơ xác định VEC. Mọi hướng bức xạ của hạt đều có mối quan hệ tương đối

với vectơ VEC. Đây là véctơ hợp phần của các véc tơ đơn vị trên các trục x, y và z.

Ví dụ1: VEC = 0 0 1 là véctơ đơn vị chỉ theo chiều dương của trục z.

Ví dụ2: VEC = 0.707 0.707 0 là véctơ đơn vị nằm trên mặt phẳng x-y, hợp với trục x và trục y một góc

bằng 45 độ.

(b) Chỉ rõ hướng góc phân bố (như dir = d2), các giá trị được khai báo trong thẻ d2 là cosine của góc

hợp bởi các phương phân bố với véctơ VEC.

64

4. Tally – Định nghĩa giá trị lấy ra.

Được hiểu là kết quả của quá trình tính toán, nó cho phép chúng ta nêu ra mong muốn mà mình cần

thu được sau khi việc chạy chương trình mô phỏng hoàn tất.

Với MCNP5 ta có thể yêu cầu chương trình trả về các dạng kết quả khác nhau liên quan tới dòng

hạt, thông lượng hạt, phân bố năng lượng, liều hấp thụ…Các kết quả này được chuẩn hoá cho từng hạt.

Những dòng lệnh này không đòi hỏi, nhưng nếu chúng không được cung cấp thì sẽ không có các

đánh giá được in ra khi bài toán chạy.

MCNP cung cấp bảy cách đánh giá nơtron chuẩn, sáu cách đánh giá photon chuẩn và bốn cách

đánh giá electron chuẩn (Bảng 3.3).

Bảng 3.4. Các cách tính toán nơtron, photon, electron trong MCNP

a. Đánh giá thông lượng mặt và ô mạng

Đánh giá này dùng cho F1, F2, F4, F6 hoặc F7.

Ký hiệu Mô tả Đơn vị

F1 Dòng mặt hạt

F2 Thông lượng mặt trung bình hạt/cm2

F4 Thông lượng ô mạng trung bình hạt/cm2

F5 Thông lượng điểm hay đầu dò hạt/cm2

F6 Năng lượng tích lũy trung bình trong ô mạng MeV/g

F7 Năng lượng phân hạch tích luỹ trung bình trong ô mạng MeV/g

F8 Phân bố năng lượng của xung hình thành trong đầu dò Xung

65

Cấu trúc lệnh:

Fn:pl S1 … Sk

trong đó:

n - số tally

pl - hạt N (nơtron), P (photon), NP (nơtron và photon) hoặc E (electron)

Si - số thứ tự của ô mạng (đối với F4, F6 hoặc F7) hoặc mặt (đối với F1, F2)

b. Đánh giá thông lượng điểm hay đầu dò (F5)

Cấu trúc lệnh:

Fn:pl X Y Z Ro

trong đó:

n - số tally

pl – hạt N (nơtron) hoặc hạt P (photon)

X Y Z – tọa độ của đầu dò điểm

Ro – bán kính hình cầu bao quanh đầu dò điểm, nếu +Ro đơn vị là centimet, –Ro đơn vị là quãng

chạy tự do.

c. Độ cao xung (F8)

Cấu trúc lệnh:

Fn8:q k

En8: j1 j2 j3…jm

trong đó:

n8 là số taly

q là loại bức xạ n, p hoặc e)

k là cell được khai báo làm đầu dò.

j1 j2 j3…jm là các giá trị năng lượng cần đánh giá độ cao xung.

Tally F8 dùng để đánh giá độ cao của xung ứng với các mức năng lượng của xung khác nhau được

hình thành trong đầu dò.

d. En (Tally Energy Card)

Lệnh này dùng để chia ra các khoảng năng lượng sau khi khai báo kiểu đánh giá. Chương trình sẽ

đếm các hạt rơi vào trong các khoảng năng lượng đã chia. Khoảng năng lượng ban đầu luôn bắt đầu từ

0 MeV.

Cấu trúc lệnh

En E1 … Ek

trong đó:

n - số tally

Ei – giới hạn năng lượng cao hơn ở khoảng năng lượng thứ i (bin)

5. Thông số vào

a) Lệnh vật liệu.

Sử dụng thẻ vật liệu để đưa vật liệu vào mô hình của bạn. Ví dụ, tạo không khí từ Oxy, Nitơ,

Agong v.v…Mỗi nguyên tố cùng với thành phần của nó được cộng lẫn lại với nhau một cách lần lượt.

Khuôn mẫu đặc trưng của lệnh vật liệu là:

66

Hình 3.14. Khuôn mẫu đặc trưng thẻ vật liệu

mn = Bắt đầu với ký tự “m” và theo sau bởi một số, như thể là m1 hoặc m15. Zaid = Số

protrôn và số khối, ví dụ như 06012 cho cácbon. Số khối có độ dài mặc định phải là 3 chữ số và nó

đúng bằng số khối của đồng vị cần mô tả, còn số protrôn có thể có độ dài là 1 hoặc 2 chữ số. Nếu ta để

3 chữ số của phần số khối là 3 chữ số không “000” thì sẽ không ghi thành phần tương ứng với nó nữa,

mà khi đó chương trình MCNP sẽ tự hiểu là ta khai báo một nguyên tố với thành phần đồng vị có trong

tự nhiên, thành phần này sẽ được tự động lấy ra trong thư viện của chương trình. Thành phần = (-)

thành phần khối lượng, hoặc (+) thành phần nguyên tử. Không sử dụng lẫn hai loại thành phần này

trong việc khai báo cùng một loại vật liệu.

b) Lệnh MODE

Lệnh MODE dùng để lựa chọn loại hạt vận chuyển. MCNP có thể được chạy theo một số mode

khác nhau như là:

MODE N - Hạt nơtron

MODE P - Hạt photon

MODE E - Hạt electron

MODE NP - Hạt nơtron và photon

MODE PE - Hạt photon và electron

MODE NPE - Vận chuyển hạt nơtron, photon, electron

c) Lệnh giới hạn quá trình tính toán mô phỏng

Có hai cách để ta giới hạn quá trình tính toán mô phỏng. Đó là giới hạn bằng số lần chạy quá trình

phát bức xạ (NPS) và giới hạn bằng thời gian chạy máy tính (CTME).

NPS (History Cutoff Card):

Cấu trúc lệnh:

NPS n

Trong đó: n - số lần chạy quy trình Montecarlo (được gọi là history)

CTME (Computer Time Cutoff card)

Cấu trúc lệnh:

CTME x

Trong đó: x - thời gian tối đa để máy chạy chương trình MCNP.

Trong một cùng một tệp tin đầu vào ta có thể khai báo đồng thời cả hai lệnh giới hạn trên (NPS n

và CTME x) và khi chương trình chạy thoả mãn 1 trong 2 lệnh giới hạn thì máy tính sẽ ngừng quá

trình tính toán.

Sau khi chương trình chạy hết số history n hoặc hết thời gian x thì sẽ dừng lại và đưa ra kết quả.

67

d) Lệnh IMP (Cell Importance Card)

Lệnh IMP dùng để lựa chọn tầm quan trọng của ô mạng. Mỗi ô mạng đều phải có tầm quan trọng

riêng đối với loại hạt mà ta lựa chọn. Lệnh này giúp chương trình kết thúc history của hạt nếu hạt rơi

vào ô mạng mà có tầm quan trọng bằng 0.

Cấu trúc lệnh:

IMP:n x1 x2 … xi … xI

Trong đó: n – là loại hạt, với các ký hiệu N đối với hạt nơtron, P đối với hạt photon, E đối với hạt

electron. N,P hoặc P,E hoặc N,P,E cho phép tầm quan trọng của các ô mạng đối với các hạt là giống

nhau. xi – tầm quan trọng của ô mạng thứ i.

IV. Tệp tin đầu ra – Output file

Phần quan trọng đầu tiên trong output file mà ta quan tâm đó chính là các kết quả của quá trình

tính toán đã được định nghĩa thông qua các thẻ tally trong input file.

Ví dụ:

nps mean error vov slope fom

1000 1.1272E+00 0.0020 0.0273 10.0 0.0E+00

2000 1.1279E+00 0.0014 0.0175 10.0 1.5E+09

3000 1.1283E+00 0.0011 0.0132 10.0 1.5E+09

4000 1.1275E+00 0.0009 0.0088 10.0 1.3E+09

5000 1.1276E+00 0.0008 0.0069 7.2 1.7E+09

6000 1.1275E+00 0.0008 0.0059 7.2 1.7E+09

7000 1.1273E+00 0.0007 0.0047 7.2 1.5E+09

8000 1.1271E+00 0.0007 0.0048 7.2 1.3E+09

9000 1.1271E+00 0.0006 0.0045 7.2 1.3E+09

10000 1.1274E+00 0.0006 0.0038 7.2 1.3E+09

Trong đó cột "mean" là giá trị tính toán mà bạn mong đợi, cột "error" là sai số của giá trị tính toán

đó.

Ngoài ra trong "output file" MCNP còn cung cấp cho bạn rất nhiều các thông số khác như thành

phần vật liệu, thể tích và khối lượng các cell, diện tích các bề mặt giới hạn, các hằng số vật lý, bảng

tiết diện, bảng tóm tắt vấn đề mô phỏng, 10 thông số kiểm tra....

Các thông tin này sẽ giúp cho chúng ta hiểu rõ hơn về bài toán đã chạy ra sao và hiểu thấu đáo vật

lý của bài toán, sự tích hợp của mô phỏng Monte-Carlo.