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评MCNP程序在核测井模拟中的应用 一一…—…一……● 裴鹿成 中国原子能科学研究院 摘要MCNf，是世界上最著名的解决qI予一光r一电于辐射输运问题的超级蒙精卡罗方法程序，其几何能 力与截面能力之强，应用范围之广．台蒙特号罗技巧之多，足任何其他蒙特 罗方法程序所无法比拟的。 ML；NP程序广泛应用十许多科学与1业领域，核涮井模拟是其虽重要的应用领域之一。对于有的核测井问 题用MCNP程序可以很好地直接得到解决，有的则需要用户在MCNP程市的基础上适等地加入针对性强 的蒙特乍罗技巧予以解决。本文的目的是．评述MCNP程宁在核 则井方面的应用中，应采用哪些技巧，尚 存在哪肚问题，还有哪些核测井问题直接用MCN3a程序解决有困难．小适当地加入针对性强的蒙特g-罗技 巧难以很好解决，共事根本无法解决。 弓 包括许多后继者Kahn、Cashwdl和Evef ．,ll等做出的重要贡献， MCNP程序可以处理任意二维材料结构的粒f输运问题，几何Ⅸ域的界面可以是平面、 任意二次曲面和椭圆旋转环面，几何区域中的材料可以由任意多种元素组成。 MCNP程序所采用的截面形式，按能量区分可以是连续方式的．也a』以是多群方式的。 考虑了ENDF截面库给出的所有中子反应类型，对F热中子，可以选用自由气体或S 。， 口 ，两种模型中的任意一种。对于光子，考虑了襁于与非相干散射，并处理了光电吸收之 后可能有的荧光发射及电子对产生后的就地韧致辐射光。对于电r的考虑也是非常全面的。 MCNP程序凝聚了作者”J所掌握的几乎全部重要的蒙特卡罗技巧，其中包括计算点通 计算体通鼍的径迹长度技巧；解一般问题的指数变换技巧．DXI、RAN技巧，分裂与赌技巧； 解截面微扰问题的相关抽样技巧，等等。 MCNP程序除r为美国政府的核武器计划做出丁蕈要贡献外，还广泛应用于许多科学 与工业部门，在核测井模拟中的应用则是其最再要的领域之 。本文的目的是，评述MC— NP程序在核测井问题的应用中，应采用哪些技巧，尚存住哪衅问题，还有哪些核测井问题 直接用MCNP程序解决有幽难，不适当地加入针刘性强的蒙特卡罗技巧难以很好解决；甚 至根本无法解决。 核测井模g．Lee普遍存在的深穿透问题：1—4] 在核测井问题中，除自然粒子测井外，大体上都属于用人工制造粒子源，粒子由源出发 13 后经过在地层中的输运到达探测器，通过探渊器对到达粒子的响应了解地层情况。由于粒于 由源出发后到达探测器安在地层中经过漫长的输运方能到达，因此，属于“# 穿透问题’。 蒙特卡罗方法解深穿透问题所遇到的最大困难是，当j!!l达探测器的粒子所占份额太少时计算 结果比实际结果偏低，所占份额越少情况越是如此． 考虑如下简单积分的计算削题： rl 也5 xf】 一舀z 唧 一j：1 卜z 出 1 J。舀e 其中舀与∑l为任意正实数，该积分的计算实际 ．相当于这样一个简单的平板屏蔽计算问 题：屏蔽的厚度为1，粒子垂直入射，在驿蔽内碰撞前后的总截面分别为舀和矗，发生碰 ； 撞时全部散射，方向不变，第二次发，#碰撞时全部被吸收，粒子穿过屏蔽的通量正好等 。积 分 1 。 ， 根据统计估计方法的一般原理，对于垂的蒙特卡罗估计是： 击^2可1。≤。一p 一∑l‘、1～l-n 2 式中 N——粒子的抽样数； n，——粒子首次碰撞位置的第”次抽样值。． 为了表明蒙特 罗方法解深穿透问题时存在计算结果偏低的情况，按式：2 进行f‘具 体计算，积分的实际结果与计算结果同时被列于表1巾。由于这里的屏蔽厚度为1，所以若 以粒子平均自由程个数为单位，则毛实际上就是屏蔽层的厚度。由表l中的结果看出，当 屏蔽较厚时 即深穿透问题 计算结果确实比实际结果明显偏低，屏蔽越厚这种情况越明 显。 表1 禺 吕 中 虮 2 22 0135—1 0135—1 22 0．930—3 09243 10 22 03784 0237—4 14 22 0．145—5 0552—6 —— 18 22 0673—7 O2287 为r解决深穿透的蒙特卡罗计算结果比实际结鼹偏低的问题，MCNP程序把希望三要 寄托在几何分裂与赌技巧上。几何分裂与赌技巧的一般原理是，确定与几何区域 可任意划 分 有关的重要性，川I，表示几何区域m的重要性，使得J。大的区域多抽样，』。小的区 域少抽样。具体的做法是，当粒子由儿何区域121进入到几何区域”时，如果』。／』。 1，则 进行一次成功概率为』，／』。的赌，存活下来的粒子扳蕈由原来的w变成w·，。／I。；如果 ，。／I。 1，则进行分裂，分裂个数的数学期望为』。／，，，并对每一分裂的粒子分别进行跟 踪，它们的权重均变为w吖。／，。，其他过程与一般蒙特卡罗过程完全相同。几