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中子输运相关软件

我的专业是核能科学与工程,这个专业做实验代价很高,而且现在也有一些比较可靠的模拟计算工具。因此很多时候都要用到模拟计算,不论是单独计算还是作为实验的预分析。

很多模拟计算的核心,是计算中子通量。这个需要进行中子输运计算。中子输运计算分两类,一类是确定论的计算,就是通过解方程的方法计算,另一类是蒙特卡罗方法计算。

两种计算方法各有优缺点。我接触比较多的聚变领域,由于几何模型非常复杂,用确定论方法计算不够准确,一般都是用蒙特卡罗方法计算。

蒙特卡罗中子输运软件中,最出名的就是MCNP了。不过这个软件对中国是封锁的,中国人是没法使用的。(当然也有特例,原子能院可以合法使用MNCP4C,不过MCNP现在的版本是MCNP6了,4C是非常旧的版本了)

我作为一个平时主要做核分析模拟计算的研究生,非常尴尬,我的博士研究可以受限制很严重。如果不能用其他的可靠的工具代替MCNP,现在我的方向就是一条没有前途的路。国内的确需要这方面的人来做相应的工作,但这些工作难发文章,难以升迁。我现在是博士第三年,现在改变自己的课题或是方向,代价太高。现在在脚镣下跳舞是不得已而为之。但当我博士毕业之后,如果还继续读个博后之类的继续走科研道路的话,绝对不能再在这条路上一条道走到黑了。

那么,我就需要了解一下现在的一些中子输运软件了。Quora上有一个问题已经给出了非常简洁明了的答案。搬运过来并做一些补充:

  • Probabilistic codes
    • OpenMC - An MIT developed open source Monte Carlo code. It is a constructive solid geometry, continuous-energy transport code that uses HDF5 format cross sections.
    • MCNP - A LANL developed Monte Carlo code for general radiation transport
    • KENO - An ORNL developed Monte Carlo code for criticality analysis
    • MCBEND - An ANSWERS Software Service developed Monte Carlo code for general radiation transport
    • Serpent - A Finnish developed Monte Carlo neutron transport code
    • TRIPOLI - 3D general purpose continuous energy Monte Carlo Transport code developed at CEA, France. TRIPOLI-4 solves fixed source as well as eigenvalue problems.
  • Deterministic codes
    • Attila - A commercial transport code
    • DRAGON - An open-source lattice physics code
    • PHOENIX/ANC - A proprietary lattice-physics and global diffusion code suite from Westinghouse Electric
    • PARTISN - A LANL developed transport code based on the discrete ordinates method
    • NEWT - An ORNL developed 2-D SN code
    • DIF3D/VARIANT - An Argonne National Laboratory developed 3-D code originally developed for fast reactors
    • DENOVO - A massively parallel transport code under development by ORNL
    • DANTSYS
    • RAMA - A proprietary 3D method of characteristics code with arbitrary geometry modeling, developed for EPRI byTransWare Enterprises Inc.
    • RAPTOR-M3G - A proprietary parallel radiation transport code developed by Westinghouse Electric Company
    • OpenMOC - An MIT developed open source parallel method of characteristics code
    • MPACT - A parallel 3D method of characteristics code under development by the University of Michigan
    • DORT - Discrete Ordinates Transport

替代软件不一定要计算最准确,但一定要是中国人可以免费下载后者收费购买获取的软件,最好是开源软件。

MCNP是肯定没戏的了,对中国人限制摆在这里。

目前SERPENT的中国获取单位中显示有北京和成都的几家单位,可以尝试通过这个渠道获取。

另外,OpenMC是开源软件,现在还在开发完善过程中。这篇文章介绍了OpenMC的总体情况

  1. 已经支持中子输运计算,支持光子输运计算。
  2. 现在只支持固定源和k-value计算模式,不支持次临界源计算
  3. 现在只支持2阶曲面,不支持4阶曲面(聚变需要4阶曲面)

但是OpenMC还是在不断更新发展中,而且是开源的,现在已经添加了DAG-OpenMC支持,是一个非常好的选择。