کارت PHYS:P در کد مونت‌کارلو MCNP و کاربردهای آن در فیزیک ذرات
چکیده
کارت PHYS:P در کد MCNP (ویرایش x2.6 و بالاتر) یکی از ابزارهای کلیدی برای کنترل فیزیک فوتون‌ها در شبیه‌سازی‌های مونت‌کارلو است. این کارت امکان تنظیم پارامترهای مختلف از جمله پراکندگی کوهرنت، تولید ذرات هسته‌ای فوتونی، پهن‌شدگی دوپلری و تولید الکترون‌های ثانویه را فراهم می‌کند. در این مقاله، به بررسی ساختار، پارامترهای ورودی و کاربردهای عملی این کارت در شبیه‌سازی‌های مرتبط با حفاظت پرتویی، پزشکی هسته‌ای و فیزیک پلاسما پرداخته می‌شود.
۱. مقدمه
کد MCNP به‌عنوان یک ابزار قدرتمند در شبیه‌سازی انتقال ذرات، از فوتون‌ها برای مدل‌سازی اثرات پرتویی استفاده می‌کند. کارت PHYS:P به کاربران اجازه می‌دهد تا با تنظیم پارامترهای فیزیکی، دقت و کارایی شبیه‌سازی را بهبود بخشند. این مقاله بر اساس مستندات رسمی MCNP (بخش 5.4.2.2) و تجربیات عملی نگارش شده است.
۲. ساختار کارت PHYS:P
کارت PHYS:P به شکل زیر تعریف می‌شود:
PHYS:P emcpf ides nocoh ispn nodop
پارامترهای ورودی و مقادیر پیش‌فرض
| پارامتر | مقدار پیش‌فرض | توضیحات |
|---|---|---|
emcpf |
emax |
حد بالای انرژی (بر حسب MeV) برای اعمال فیزیک دقیق فوتون. |
ides |
0 |
کنترل تولید الکترون/برم‌اشترالونگ (0: فعال، 1: غیرفعال). |
nocoh |
0 |
پراکندگی کوهرنت (تامسون) (0: فعال، 1: غیرفعال). |
ispn |
0 |
تولید ذرات هسته‌ای فوتونی (0: غیرفعال، 1: با بایاس، -۱: آنالوگ). |
nodop |
1 |
پهن‌شدگی دوپلری (0: فعال، 1: غیرفعال). |
۳. کاربردهای عملی
۳.۱. شبیه‌سازی حفاظت پرتویی
-
غیرفعال کردن پراکندگی کوهرنت (
nocoh=1) برای فوتون‌های پرانرژی (مثلاً >1 MeV) که تأثیر ناچیزی دارند. -
فعال کردن پهن‌شدگی دوپلری (
nodop=0) برای افزایش دقت در محاسبات جذب فوتون در مواد.
۳.۲. پزشکی هسته‌ای
-
تنظیم
emcpfبرای فوتون‌های 511 keV در مطالعات آنی‌هیلاسیون پوزیترون (PET). -
غیرفعال کردن تولید ذرات هسته‌ای (
ispn=0) برای کاهش زمان محاسبه در دوزیمتری.
۳.۳. فیزیک پلاسما
-
استفاده از
ispn=1برای شبیه‌سازی واکنش‌های فوتوهستری در توکامک.
۴. مثال‌های عملی در MCNP
۴.۱. مثال ۱: غیرفعال کردن پراکندگی کوهرنت
PHYS:P 0 0 1 0 1 $ nocoh=1, دیگر پارامترها پیش‌فرض
۴.۲. مثال ۲: فعال‌سازی فوتوهستری با بایاس
PHYS:P 0 0 0 1 1 $ ispn=1 (تولید ذرات با بایاس)
۴.۳. مثال ۳: شبیه‌سازی دقیق با پهن‌شدگی دوپلری
PHYS:P 10.0 0 0 0 0 $ emcpf=10 MeV, nodop=0 (دوپلر فعال)۵. نتیجه‌گیری
کارت PHYS:P در MCNP ابزاری انعطاف‌پذیر برای کنترل فیزیک فوتون‌ها است. با تنظیم پارامترهای آن، کاربران می‌توانند شبیه‌سازی‌های خود را برای کاربردهای خاص (مانند پزشکی، حفاظت پرتویی یا فیزیک پلاسما) بهینه‌سازی کنند. پیشنهاد می‌شود برای کاهش خطاها، از مقادیر پیش‌فرض تنها در صورت عدم نیاز به اثرات خاص استفاده شود.
