Các bảng dữ liệu

31



CHƯƠNG 3. CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH MCNP



Từ khóa DATAPATH phải bắt đầu trong vòng 5 kí tự đầu tiên của dòng. Khi thực thi, chương

trình MCNP sẽ tìm kiếm file xsdir và các thư viện dữ liệu tương tác lần lượt theo thứ tự các

khai báo sau

– Khai báo XSDIR = <đường dẫn thư mục> trong câu lệnh thực thi chương trình.

– Khai báo DATAPATH = <đường dẫn thư mục> ở dòng thông tin (message block ) của

input file.

– Thư mục hiện hành.

– Khai báo DATAPATH trong file xsdir.

– Biến môi trường DATAPATH.

– Thông tin của từng dòng khai báo báo bảng dữ liệu trong file xsdir.

– Thư viện được khai báo trong thủ tục BLOCK_DATA khi biên dịch MCNP.

• Phần thứ hai: khối lượng tương đối của nguyên tử (atomic weight ratio)2 , phần này được bắt

đầu bằng cụm từ “atomic weight ratios” trong vòng 5 kí tự đầu tiên của dòng. Các dòng

tiếp theo khai báo khối lượng nguyên tử theo cú pháp

ZAID AWR

với ZAID là kí hiệu của nguyên tử có dạng ZZAAA và AWR là khối lượng tương đối của nguyên

tử tương ứng với kí hiệu.

• Phần cuối: danh sách các bảng dữ liệu tương tác, phần này được bắt đầu với từ khóa directory trong vòng 5 kí tự đầu tiên của dòng. Các dòng tiếp theo cung cấp thông tin của các

bảng thương tác (7-11 thông tin). Kí hiệu ZAID luôn là thông tin đầu tiên được cung cấp

ở mỗi dòng. Nếu bảng dữ liệu cần nhiều hơn 1 dòng để mô tả, ta cần thêm kí tự ‘+’ ở cuối

dòng để tiếp tục ở dòng mới. Số 0 để chỉ thông tin không hữu dụng. Các thông tin của bảng

được cung cấp trong xsdir bao gồm

Tên của bảng

Khối lượng tương đối nguyên tử

Tên file3

Đường dẫn truy cập

Kiểu file4

Địa chỉ5

Độ dài bảng6

Độ dài bản ghi7

Số dữ liệu mỗi bản ghi

Nhiệt độ8

Thông tin flag9

2



character*10

real

character*8

character*70

integer

integer

integer

integer

integer

real

character*6



Đây là tỉ số của khối lượng nguyên tử chia cho khối lượng neutron

Là tên của thư viện chứa bảng dữ liệu.

4

Mang hai giá trị 1 hoặc 2, kiểu 1 tương ứng với bảng có định dạng chuỗi (tối đa 80 kí tự mỗi dòng), kiểu 2 tương

ứng với định dạng nhị phân (binary). Kiểu 2 thường được sử dụng hơn kiểu 1 do gọn nhẹ và tốc độ truy cập nhanh,

việc chuyển đối từ kiểu 1 sang kiểu 2 được thực hiện thông qua chương trình MAKXSF.

5

Đối với file kiểu 1 thì địa chỉ là vị trí dòng trong file thư viện mà bảng dữ liệu bắt đầu, đối với kiểu 2 thì đó là

record number của bản ghi đầu tiên của bảng.

6

Một bảng dữ liệu thông thường chứa hai khối thông tin, khối đầu tiên là thông tin đặc trưng của bảng, khối thứ

hai là một chuỗi các số. Độ dài bảng là độ dài (tính theo kí tự) của khối thông tin thứ hai.

7

Đối với kiểu 1 độ dài này là 0, đối với kiểu 2 thì có phụ thuộc vào đặc trưng của bộ xử lý, nó là tổng độ dài (tính

theo bit) của tất cả dữ liệu (entry) ứng với 1 bản ghi (record ), thông thường số dữ liệu là 512 cho mỗi bản ghi.

8

Chỉ sử dụng cho dữ liệu neutron, tính theo đơn vị MeV.

9

Từ khóa ptable dùng để báo rằng đây là bảng dữ liệu năng lượng liên tục cho neutron có vùng cộng hưởng gần

(unresolved resonance)

3



3.2. Dữ liệu hạt nhân và phản ứng của MCNP



32



Các bảng dữ liệu cho neutron cung cấp các quá trình tương tác của neutron với vật chất. Các

ID của bảng tiết diện tương tác cho neutron có dạng ZZZAAA.nnC cho tương tác với năng lượng

liên tục và ZZZAAA.nnD cho phản ứng rời rạc (xem Bảng G.2, MCNP Manual).

Người dùng nên chú ý phân biệt sự khác nhau giữa các bảng có đuôi .50C và .51C, mặc dù cả hai

đều xây dựng từ thư viện ENDF/B-V, các bảng .50C là các bảng được xây dựng hoàn toàn từ dữ

liệu thực nghiệm, còn các bảng .51C có sử dụng “thinned” data khi mô phỏng cho các vùng cộng

hưởng.

Các bảng dữ liệu cho photon cung cấp các quá trình tương tác photon với vật chất, nguyên

tố có Z từ 1 đến 94 như tán xạ kết hợp, tán xạ không kết hợp, hấp thụ quang điện với khả năng

phát bức xạ huỳnh quang và quá trình tạo cặp. Các phân bố góc tán xạ được điều chỉnh bằng các

thừa số dạng nguyên tử và các hàm tán xạ không đàn hồi.

Các dữ liệu tương tác cho photon được lưu trong các thư viện mcplib[nn] dưới dạng ACE (A

Compact ENDF ) và có ID dạng ZZZ000.nnP10 với nn mang các giá trị 01 (dữ liệu tính đến năm

1982), 02 (dữ liệu tính đến năm 1993), 03 (dữ liệu tính đến năm 2002) và 04 (dữ liệu tính đến năm

2002 từ thư viện ENDF/B-VI.8) (xem Bảng G.4, MCNP Manual). Các dữ liệu quang hạt nhân

(photonucleear data) được lưu trong các bảng có ID ZZZAAA.nnU (xem Bảng G.5, MCNP Manual).

Các bảng dữ liệu cho electron được sử dụng cho cả mô phỏng vận chuyển electron lẫn vận

chuyển photon có sử dụng mô hình xấp xỉ phát bức xạ hãm (thick-target bremsstrahlung model −

TTB). Các bảng dữ liệu cho tương tác electron có dạng ZZZ000.nnE với hai thư viện el (.01E) và

el03 (.03E).

Các tương tác của electron với vật chất có Z từ 1 đến 94 được xây dựng gồm có: các tham số năng

suất hãm bức xạ (radiative stopping power parameters), tiết diện phát bức xạ hãm, phổ năng lượng

bức xạ hãm, năng lượng đỉnh K (K-edge), năng lượng electron Auger, các tham số của mô hình

Goudsmit-Saunderson cho xấp xỉ tán xạ nhiều lần (multiple scattering),... Ngoài ra thư viện el03

còn được bổ sung thêm dữ liệu cho việc tính hiệu ứng mật độ electron (density effect calculation).

Các bảng dữ liệu liều neutron chứa các tiết diện của gần 2000 phản ứng kích hoạt và liều

lượng học cho hơn 400 hạt nhân bia ở các mức kích thích và cơ bản. Các tiết diện này không được

sử dụng cho việc mô phỏng vận chuyển hạt mà được sử dụng như các hàm phụ thuộc năng lượng

trong MCNP cho việc tính toán các thông số chẳng hạn như tốc độ phản ứng,... Các bảng dữ

liệu được xây dựng từ các thư viện ENDF/B-V dos531 (Dosimetry Tape 531 ), dos532 (Activation

Tape 532 ) và ACTL (activation cross-section library), với ID có dạng ZZZAAA.nnY ZZZAAA.nnC

(xem Bảng G.6, MCNP Manual).

Các bảng dữ liệu nhiệt neutron chứa các số liệu nhiệt được dùng để hiệu chỉnh tán xạ S(α, β).

Các số liệu này bao gồm liên kết hóa học (phân tử) và hiệu ứng tinh thể mà chúng rất quan trọng

khi năng lượng nơtron đủ thấp (từ khoảng 4 eV trở xuống). Đối với nước nhẹ và nước nặng, kim

loại berillium, oxit berillium, benzene, graphite, polyethylene, zirconium và hydrogen trong hydride

zirconium có các số liệu ở nhiệt độ khác nhau. Các bảng dữ liệu có dạng XXXXXX.nnT với XXXXXX

là chuỗi kí tự (vd: LWTR.01T) (xem Bảng G.1, MCNP Manual).

Các bảng dữ liệu multigroup các dữ liệu này chỉ được dùng cho các bài toán mô phỏng vận

chuyển nhóm hay kết hợp (multigroup/adjoint). Dù cho các dữ liệu năng lượng liên tục có độ chính

xác cao hơn, nhưng các dữ liệu multigroup cũng rất hữu dụng cho các bài toán mà phương pháp

vận chuyển nhóm hiệu quả hơn phương pháp Monte Carlo (vd: tốc độ nhanh hơn) hay các bài toán

mà không có dữ liệu năng lượng lên tục, các bài toán mô phỏng hạt mang điện giả neutron với

thuật toán Boltzmann-Fokker-Planck,... Ngoài ra, các bảng multigroup cũng có dữ liệu hiệu ứng

10



Tương tác của photon với vật chất, ngoại trừ các tương tác quang hạt nhân, chủ yếu là với electron nguyên tử

nên giá trị của số khối A là không quan trọng.



33



CHƯƠNG 3. CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH MCNP



nhiệt riêng nên ta không cần dùng đến các dữ liệu nhiệt S(α, β). Các bảng này có dạng ZZZAAA.nnM

cho neutron và ZZZAAA.nnG cho photon (bao gồm cả electron) (xem Bảng G.3, MCNP Manual).



3.3



Input file



Để tiến hành mô phỏng bằng chương trình MCNP, trước tiên người dùng cần phải tạo ra một input

file có chứa các thông tin cần thiết của bài toán chẳng hạn như: mô tả hình học, vật liệu, các kết

quả cần ghi nhận, các quá trình vật lý,... Input file của MCNP có thể ở hai dạng: chạy lần đầu

(initiate-run) hoặc chạy tiếp tục (continue-run).



3.3.1



Cấu trúc input file



Initiate-run

Cấu trúc của một file input initiate-run cho MCNP như sau

Tiêu đề và thông tin về input file (nếu cần)

Cell Cards (định nghĩa các ô mạng)

. . .

dòng trống

Surface Cards (định nghĩa các mặt)

. . .

dòng trống

Data Cards (Mode Cards,Material Cards,Source Cards,Tally Cards,...)

. . .



Continue-run

Cấu trúc của một file input continue-run cho MCNP như sau

Tiêu đề và thông tin về input file (nếu cần)

CONTINUE

Data Cards (Mode Cards,Material Cards,Source Cards,Tally Cards,...)

. . .

Lưu ý: để chạy được continue-run cần phải có hai file chính: file khởi động (tên mặc định RUNTPE)

và file input (tên mặc định INP).



3.3.2



Ví dụ cấu trúc input file



Hình 3.1 trình bày ví dụ cấu trúc một file input của MCNP, dòng đầu tiên trong input file chính là

dòng tiêu đề (có thể bỏ trống dòng này), tiếp theo sau đó là các thành phần chính của file input.

Trong Hình 3.1 có 3 khối (block ) lớn, đó là các khối mô tả cell, surface và data, các khối này được

cách nhau bởi chính xác 1 dòng trắng (chương trình sẽ báo lỗi nếu nhiều hơn 1 dòng trắng).

Cell cards Cell là một vùng không gian được hình thành bởi các mặt biên (được định nghĩa

trong phần Surface cards). Khi một cell được xác định, vấn đề quan trọng là xác định được giá trị

của tất cả những điểm nằm trong cell tương ứng với một mặt biên.

Khi mặt (surface) được định nghĩa, nó chia không gian thành hai vùng với các giá trị dương và âm

tương ứng (xem Phần 4.1.1). Cell được hình thành bằng cách thực hiện các toán tử giao (khoảng

trắng), hội (:) và bù (#) các vùng không gian tạo bởi các mặt. Khi mô tả một cell, cần phải chắc

chắn rằng cell đó được bao kín bởi các mặt, nếu không chương trình sẽ báo lỗi sai hình học.



34



3.3. Input file



Hình 3.1: Ví dụ cấu trúc input file



Trong Hình 3.2, cột đầu tiên là chỉ số (tên) của cell ; cột thứ hai là loại vật liệu (material ) được lấp

đầy trong cell đó; cột thứ ba là mật độ của vật liệu, trong trường hợp vật liệu là 0 (chân không) thì

không cần khai báo mật độ. Cột thứ tư là định nghĩa vùng không gian hình thành nên cell thông

qua việc kết hợp các vùng không gian tạo nên bởi các mặt, và cột cuối cùng là khai báo độ quan

trọng (importance) của cell.

Chi tiết về Cell cards có thể được xem trong Phần 4.2.



Hình 3.2: Ví dụ cell cards



Surface cards được sử dụng để khai báo tất cả các mặt được sử dụng để tạo nên cell. Cách thức

khai báo mặt được mô tả trong Hình 3.3, cột đầu tiên là chỉ số mặt (tương ứng với các chỉ số được

sử dụng trong cột thứ tư ở Cell cards); cột thứ hai định nghĩa loại mặt (mặt phẳng, mặt cầu, trụ,

ellip,...); cột cuối cùng là các tham số khai báo tương ứng với loại mặt đó.

Chi tiết về Surface cards có thể được xem trong Phần 4.1.

Data cards bao gồm nhiều loại khai báo khác nhau (vật liệu, nguồn phát, chủng loại hạt, năng

lượng,...), chi tiết về các khai báo này sẽ được trình bày trong các chương sau. Hình 3.4 trình bày

một ví dụ cho Data cards, trong đó có khai báo về loại vật liệu sử dụng trong Cell cards (có hai

loại vật liệu là m1 và m2 tương ứng với các chỉ số 1 và 2 trong cột thứ hai của Cell cards), và khai

báo về nguồn phát cũng như phương thức ghi nhận kết quả trong quá trình mô phỏng.