核工程课程设计(MCNP物理计算)资料下载.pdf

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构造或描述概率过程；

实现从已知概率分布抽样；

建立各种估计量。

蒙特卡罗解题三个主要步骤：

1）构造或描述概率过程：

对于本身就具有随机性质的问题，如粒子输运问题，主要是正确描述和模拟这个概率过程，对于本来不是随机性质的确定性MCNP核工程课程设计核工程课程设计4/30问题，比如计算定积分，就必须事先构造一个人为的概率过程，它的某些参量正好是所要求问题的解。

即要将不具有随机性质的问题转化为随机性质的问题。

2）实现从已知概率分布抽样：

构造了概率模型以后，由于各种概率模型都可以看作是由各种各样的概率分布构成的，因此产生已知概率分布的随机变量（或随机向量），就成为实现蒙特卡罗方法模拟实验的基本手段，这也是蒙特卡罗方法被称为随机抽样的原因。

最简单、最基本、最重要的一个概率分布是（0,1）上的均匀分布（或称矩形分布）。

随机数就是具有这种均匀分布的随机变量。

随机数序列就是具有这种分布的总体的一个简单子样，也就是一个具有这种分布的相互独立的随机变数序列。

产生随机数的问题，就是从这个分布的抽样问题。

在计算机上，可以用物理方法产生随机数，但价格昂贵，不能重复，使用不便。

另一种方法是用数学递推公式产生。

这样产生的序列，与真正的随机数序列不同，所以称为伪随机数，或伪随机数序列。

不过，经过多种统计检验表明，它与真正的随机数，或随机数序列具有相近的性质，因此可把它作为真正的随机数来使用。

由已知分布随机抽样有各种方法，与从（0,1）上均匀分布抽样不同，这些方法都是借助于随机序列来实现的，也就是说，都是以产生随机数为前提的。

由此可见，随机数是我们实现蒙特卡罗模拟的基本工具。

3）建立各种估计量：

MCNP核工程课程设计核工程课程设计5/30一般说来，构造了概率模型并能从中抽样后，即实现模拟实验后，我们就要确定一个随机变量，作为所要求的问题的解，我们称它为无偏估计。

建立各种估计量，相当于对模拟实验的结果进行考察和登记，从中得到问题的解。

蒙特卡罗方法与一般计算方法有很大区别，一般计算方法对于解决多维或因素复杂的问题非常困难，而蒙特卡罗方法对于解决这方面的问题却比较简单。

其特点如下：

1）直接追踪粒子，物理思路清晰，易于理解。

2）采用随机抽样的方法，较真切的模拟粒子输运的过程，反映了统计涨落的规律。

3）不受系统多维、多因素等复杂性的限制，是解决复杂系统粒子输运问题的好方法。

4）MC程序结构清晰简单。

5）研究人员采用MC方法编写程序来解决粒子输运问题，比较容易得到自己想得到的任意中间结果，应用灵活性强。

6）MC方法主要弱点是收敛速度较慢和误差的概率性质，其概率误差正比于，如果单纯以增大抽样粒子个数N来减小误差，就要增加很大的计算量。

近十年来，蒙特卡罗方法发展很快，从1983年到1988年期刊论文数量增长了五倍，有几本好书是关于电子、光子的蒙特卡罗问题，蒙特卡罗方法的代码被认为是黑匣子，它已成为计算数学中不可缺少的组成部分，这主要是因为以下原因：

MCNP核工程课程设计核工程课程设计6/301）传统的分析方法受到了问题复杂性的限制。

2）MC方法直观，对实验者很有吸引力。

3）计算机变得更快更便宜。

4）量子理论的发展为我们提供了辐射与物质相互作用的截面数据。

2.MCNP程序包程序包MCNP是一个通用的MonteCarlo粒子输运程序。

可用于中子、光子、电子，或耦合中子、光子、电子输运。

可以计算临界系统的特征值。

该程序可以处理材料的任意三维构型，栅元的边界可以是一阶和二阶曲面以及四阶椭圆环面。

使用逐点的截面数据。

对于中子，可以计算指定的截面库中的所有的反应。

热中子由自由气体和S两种模型描述。

对于光子，考虑了相干和非相干散射，光电子吸收后的荧光发射，正负电子对湮灭辐射，以及轫致辐射。

对于电子，使用连续的“slowingdown”模型，包括正电子、kx射线、轫致辐射，但不考虑外部或自身的感应场。

MCNP可以使用强大的通用源、临界源和曲面源；

可以为空间几何结构和输出数据作图；

有丰富的方差衰减技术；

方便的记数结构；

广泛的截面数据库。

二、二、热态不同富集度的栅元计算热态不同富集度的栅元计算1.几何描述：

几何描述：

MCNP核工程课程设计核工程课程设计7/30栅元图形如上，具体的几何尺寸为：

栅距：

13.3mm；

燃料棒外径：

8.43mm；

锆合金包壳内径：

8.6mm；

锆合金包壳外径：

10mm.边界条件为：

栅元边界全反射条件，相当于无限栅元排布。

2.材料描述：

材料描述：

a.燃料棒材料为2UO，在不同富集度下的原子密度比为：

原子密度比2UO富集度（%）U235U238O161.80.01823397720.981766022822.40.02431383230.975686167723.10.03140817430.96859182572b.锆合金包壳材料：

Sn（锡）1.5%，Fe（铁）0.2%，Cr（铬）0.1%，O（氧）0.1%，MCNP核工程课程设计核工程课程设计8/30Zr（锆）98.1%。

（均为质量百分比）c.冷却剂材料：

含硼水，硼浓度为1000ppm。

其原子密度比为：

H：

2，O：

1，B10：

0.0003300248，B11：

0.0013367669温度定义为290，其质量密度为30.7457121551g/cm。

3.卡片代码填写：

卡片代码填写：

TheCalculateofKinfindifferentU235/U2381.8%11-10.4-1-910imp:

n=1201-2-910imp:

n=132-6.552-3-910imp:

n=143-0.745712155134-56-7-910imp:

n=1$T-29050-4:

5:

-6:

7:

9:

-10imp:

n=01cz0.42152cz0.43003cz0.5000*4px-0.6650*5px0.6650*6py-0.6650*7py0.6650*9pz1.0*10pz-1.0m1922350.0182339772922380.981766022880162m250000-0.01526000-0.00224000-0.0018016-0.00140000-0.981m3100128016150110.001336766950100.0003300248$B-1000ppmkcode50001.050100ksrc000print4.计算结果及分析：

UO2富集度（%）Kinf1.81.066392.41.160423.11.23444分析：

由结果可以看出，随着富集度的增大，栅元的反应性越来越大,在此改变U238的富集度在此改变U238的富集度MCNP核工程课程设计核工程课程设计9/30与理论分析相一致。

三、热态不同水铀比、硼浓度的栅元计算三、热态不同水铀比、硼浓度的栅元计算1.几何描述：

燃料棒及包壳尺寸同上节，但栅距随水铀比的不同而改变，其具体数值如下：

水铀比栅距（mm）水铀比栅距（mm）0.510.31730315.68380111.591103.516.549601.512.73820417.372301.762（秦山）13.3518.91060213.79020620.332902.514.76740721.66190822.914102.材料描述：

冷却剂温度为290，密度为30.74571215511g/cm。

燃料富集度固定为3.1%。

硼浓度及其相应的B10，B11的原子密度列表如下：

B（ppm）B10（H:

2,O:

1）B11（H:

1）00.00000000000.00000000002000.00006595210.00026713953000.00009893810.00040074934000.00013193070.00053438585000.00016492980.00066804917000.00023094800.000935455910000.00033002480.001336766913000.00042916110.001738319020000.00066071090.0026762127MCNP核工程课程设计核工程课程设计10/303.卡片代码填写：

TheCalculateofKinfinH2O/U:

0.511-10.4-1-910imp:

n=150-4:

n=01cz0.42152cz0.43003cz0.5000*4px-0.515865*5px0.515865*6py-0.515865*7py0.515865*9pz1.0*10pz-1.0m1922350.0314081743922380.968591825780162m250000-0.01526000-0.00224000-0.0018016-0.00140000-0.981m3100128016150100.000065952150110.0002671395$B-200ppmkcode50001.050100ksrc000print4.结果分析：

结果分析：

effk的计算结果如下表：

水铀比栅距（mm）硼浓度/ppm02003004005007001000130020000.510.31731.074641.068191.066331.065451.061891.055131.048871.043081.024271