نحوه محاسبه مقدار فیزیکی از خروجی نرمالیزه شده MCNP و ضرورت ضرب در NPS
سوال کاربر:
با سلام و احترام. در مورد نحوه استفاده از خروجیهای نرمالیزه شده MCNP (مانند تالی یا دز) سوالی دارم. همانطور که میدانید، خروجی استاندارد MCNP (مثلاً در کارت F6 برای محاسبه دز) به ازای هر ذره منبع (per source particle) محاسبه میشود. حال سوال این است که آیا برای بهدست آوردن مقدار فیزیکی کل، باید این خروجی نرمالیزه شده را در تعداد ذرات شبیهسازی شده (NPS) ضرب کنیم؟
به عنوان مثال، اگر خروجی کارت F6 برای دز در یک سلول خاص، عدد 5.66E-12 Gy باشد و شبیهسازی را با NPS=1e8 ذره انجام داده باشم، آیا مقدار نهایی دز 5.66E-12 * 1e8 = 5.66E-4 Gy خواهد بود؟ همچنین، اگر چشمه ما دارای شدت (Strength) مشخصی باشد (مثلاً تعداد ذرات در ثانیه)، آیا باید در آن شدت نیز ضرب کنیم؟
لطفاً راهنمایی کامل و دقیقی در این زمینه ارائه فرمایید.
پاسخ دقیق و کامل:
با سلام و احترام،
سوال بسیار مهم و اساسی را مطرح کردهاید. پاسخ به صورت خلاصه "بله" است، اما برای درک کامل، موضوع را در چند بخش توضیح میدهم.
۱. مفهوم پایه: نرمالیزه شدن بر اساس هر ذره منبع (Per Source Particle)
-
MCNP به طور پیشفرض تمامی نتایج (تالی، دز، شار و غیره) را به ازای یک ذره منبع گزارش میکند. این کار باعث میشود نتایج شبیهسازی مستقل از تعداد ذرات (NPS) باشد و قابلیت مقایسه و تکرارپذیری داشته باشد.
-
بنابراین، خروجی
5.66E-12 Gyکه مشاهده کردهاید، به این معنی است: "اگر فقط یک ذره از چشمه شما شلیک شود، میانگین دز جذبی در آن سلول5.66E-12 Gyخواهد بود."
۲. تبدیل به مقدار فیزیکی کل در شبیهسازی
برای بهدست آوردن مقدار کل مربوط به کل شبیهسازی، باید خروجی نرمالیزه شده را در تعداد ذرات شبیهسازی شده (NPS) ضرب کنید.
رابطه کلی:مقدار فیزیکی کل = خروجی MCNP × NPS
مثال شما:
-
خروجی MCNP (به ازای هر ذره):
5.66E-12 Gy -
تعداد ذرات (NPS):
100,000,000 = 10^8 -
دز کل شبیهسازی:
(5.66E-12) × (1E8) = 5.66E-4 Gy
این مقدار (5.66E-4 Gy)، کل انرژی توزیع شده در جرم سلول بر اثر عبور 100 میلیون ذره از چشمه شماست.
۳. در نظرگیری شدت چشمه (Source Strength) برای محاسبات نرخ دز
اگر هدف شما محاسبه نرخ دز (مثلاً بر حسب Gy/s) در یک سامانه واقعی باشد، باید شدت چشمه (تعداد ذرات در ثانیه) را نیز در محاسبات وارد کنید. در این حالت، خروجی MCNP که به ازای هر ذره است، باید در نرخ ذرات چشمه ضرب شود.
رابطه برای نرخ دز:نرخ دز (Gy/s) = (خروجی MCNP) × (شدت چشمه بر حسب ذره بر ثانیه)
مثال فرضی:
-
فرض کنید چشمه شما در دنیای واقعی شدتی معادل
1E6ذره در ثانیه دارد. -
خروجی MCNP (به ازای هر ذره):
5.66E-12 Gy -
نرخ دز:
(5.66E-12) × (1E6) = 5.66E-6 Gy/s
جمعبندی نهایی و خلاصه مراحل
-
خروجی خام MCNP: یک مقدار نرمالیزه شده بر اساس "هر ذره منبع" است (مثلاً
5.66E-12 Gy). -
ضرب در NPS: برای بهدست آوردن کل کمیت در طول شبیهسازی، این خروجی را در
NPSضرب کنید. این کار معمولاً به صورت خودکار توسط کد انجام میشود و در سطر نتیجه نهایی (مثلاً5.66E-4 Gy) نمایش داده میشود. -
ضرب در شدت چشمه: اگر قصد دارید نتایج شبیهسازی را به یک سامانه واقعی با نرخ تولید ذره مشخص تعمیم دهید، باید خروجی نرمالیزه MCNP (مربوط به هر ذره) را در شدت چشمه واقعی (ذره بر ثانیه) ضرب کنید تا نرخ دز (Gy/s) بهدست آید.
پیشنهاد میکنم همیشه واحدهای خروجی کارت F8 (تالی) یا F6 (دز) را در فایل خروجی MCNP با دقت بررسی کنید. این واحدها به وضوح نشان میدهند که نتیجه به ازای هر ذره است (particle) یا نتیجه نهایی پس از ضرب در NPS.
امیدوارم این توضیحات کامل بوده باشد. در صورت وجود هرگونه ابهام دیگر، خوشحال خواهم شد که کمک کنم.
