آموزش تعریف سطوح ماکروبادی در MCNP
در درس قبلی با تعریف سطوح اولیه در MCNP آشنا شدیم. اکنون به سراغ قابلیت پیشرفته‌تری می‌رویم: سطوح ماکروبادی. این سطوح برای مدل‌سازی هندسه‌های پیچیده کاربرد داشته و درک صحیح از آنها برای شبیه‌سازی‌های واقع‌گرایانه ضروری است. برخلاف سطوح معمولی که هر کدام یک سطح نامتناهی را توصیف می‌کنند، ماکروبادی‌ها به‌طور ذاتی یک حجم بسته را تعریف می‌کنند که این ویژگی مزیت بزرگی در مدل‌سازی اجسام سه‌بعدی محسوب می‌شود.
1. BOX - متوازی‌السطوح با جهت‌گیری دلخواه
j 0 BOX x y z v1x v1y v1z v2x v2y v2z v3x v3y v3z
مثال: تعریف یک جعبه با رأس در (0,0,0) و بردارهای واحد در جهت محورها
10 0 BOX 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1
توضیحات: این ماکروبادی یک متوازی‌السطوح با جهت‌گیری دلخواه در فضا ایجاد می‌کند. نقطه (x,y,z) یک رأس جعبه است و سه بردار v1, v2, v3 جهت و طول سه یال متعامد emanating از این رأس را مشخص می‌کنند.
موارد استفاده: زمانی که نیاز به یک جعبه با زوایای غیرقائم داریم - برای مدل‌سازی محفظه‌های الکترونیکی - ساخت سازه‌های مورب در شتاب‌دهنده‌ها
2. RPP - مکعب مستطیل با اضلاع موازی محورها
j 0 RPP xmin xmax ymin ymax zmin zmax
مثال: تعریف یک مکعب از X=0 تا 5، Y=-2 تا 2، Z=1 تا 10
20 0 RPP 0 5 -2 2 1 10
توضیحات: ساده‌ترین ماکروبادی برای ایجاد یک مکعب مستطیل با اضلاع موازی با محورهای مختصات. تنها با تعیین حداقل و حداکثر مختصات در سه راستا تعریف می‌شود.
موارد استفاده: مدل‌سازی اتاق‌ها و ساختمان‌ها - تعریف محیط شبیه‌سازی - ایجاد محفظه‌های راکتوری ساده
3. SPH - کره
j 0 SPH x y z r
مثال: تعریف یک کره با مرکز (0,0,0) و شعاع 5
30 0 SPH 0 0 0 5
توضیحات: یک کره کامل با مرکز و شعاع مشخص ایجاد می‌کند. ساده‌ترین حجم برای محاسبات تشعشعی با تقارن کروی.
موارد استفاده: منبع‌های کروی - محاسبات دزیمتری با تقارن کروی - مدل‌سازی مخازن کروی
4. RCC - استوانه دایره‌ای قائم
j 0 RCC x y z vx vy vz r
مثال: استوانه با قاعده در (0,0,0)، محور موازی Z به طول 10 و شعاع 2
40 0 RCC 0 0 0 0 0 10 2
توضیحات: یک استوانه دایره‌ای مستقیم با ارتفاع محدود ایجاد می‌کند. نقطه (x,y,z) مرکز یک قاعده است و بردار (vx,vy,vz) جهت و ارتفاع استوانه را مشخص می‌کند.
موارد استفاده: مدل‌سازی لوله‌ها - میله‌های سوخت راکتور - ستون‌های استوانه‌ای
5. REC - استوانه بیضی‌گون قائم
j 0 REC x y z vx vy vz a b
مثال: استوانه بیضی‌گون با قاعده در (0,0,0)، محور موازی Z، شعاع‌های 3 و 1.5
50 0 REC 0 0 0 0 0 8 3 1.5
توضیحات: مشابه RCC اما با مقطع بیضی‌شکل. پارامترهای a و b به ترتیب شعاع‌های اصلی و فرعی مقطع بیضی هستند.
موارد استفاده: مدل‌سازی لوله‌های بیضی‌شکل - محفظه‌های غیردایره‌ای - قطعات بیضی‌گون در صنعت
6. ELL - بیضی‌وار
j 0 ELL x y z a b c
مثال: بیضی‌وار با مرکز (0,0,0) و شعاع‌های 4, 2, 3 در جهت X,Y,Z
60 0 ELL 0 0 0 4 2 3
توضیحات: یک بیضی‌وار کامل با سه شعاع مختلف در سه راستای مختصات. برای مدل‌سازی احجام بیضی‌شکل کشیده یا فشرده کاربرد دارد.
موارد استفاده: مدل‌سازی مخازن بیضی‌شکل - محاسبات دزیمتری با تقارن بیضوی - آنتن‌های بیضی‌گون
7. TRC - مخروط ناقص
j 0 TRC x y z vx vy vz r1 r2
مثال: مخروط ناقص با قاعده پایینی در (0,0,0)، ارتفاع 8 در جهت Z، شعاع پایینی 3، شعاع بالایی 1
70 0 TRC 0 0 0 0 0 8 3 1
توضیحات: یک مخروط ناقص (کله‌قندی) با دو قاعده دایره‌ای و شعاع‌های مختلف ایجاد می‌کند. r1 شعاع قاعده پایین و r2 شعاع قاعده بالاست.
موارد استفاده: مدل‌سازی نازل‌ها - قطعات مخروطی در سیستم‌های اپتیکی - انتقال‌دهنده‌های مخروطی
8. WED - گوِه (منشور سه‌ضلعی)
j 0 WED x1 y1 z1 x2 y2 z2 x3 y3 z3 h
مثال: گوِه با نقاط قاعده و ارتفاع مشخص
80 0 WED 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 5
توضیحات: یک منشور سه‌ضلعی (گوه) ایجاد می‌کند. سه نقطه اول مثلث قاعده را مشخص می‌کنند و بردار h جهت و ارتفاع گوه را تعیین می‌کند.
موارد استفاده: مدل‌سازی پره‌ها - قطعات زاویه‌دار - المان‌های مثلثی در سازه‌ها
9. ARB - چندوجهی دلخواه
j 0 ARB n x1 y1 z1 x2 y2 z2 ... xn yn zn
مثال: چهاروجهی با 4 رأس
90 0 ARB 4 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1
توضیحات: قدرتمندترین ماکروبادی که امکان ایجاد هر حجم چندوجهی دلخواه را فراهم می‌کند. n تعداد رئوس و سپس مختصات تمام رئوس ذکر می‌شود.
موارد استفاده: مدل‌سازی قطعات با هندسه پیچیده - سازه‌های غیرمتقارن - هنگامی که هیچ‌کدام از ماکروبادی‌های استاندارد پاسخگو نیست
10. HEX - منشور شش‌ضلعی منتظم (ساده‌شده)
j 0 HEX x y z h u v
مثال: منشور شش‌ضلعی با مرکز قاعده در (0,0,0)، ارتفاع 6، طول ضلع 2
100 0 HEX 0 0 0 6 2 2
توضیحات: یک منشور شش‌ضلعی منتظم با مقطع شش‌ضلعی متقارن ایجاد می‌کند. پارامترهای u و v برای تعریف بردارهای واحد صفحه قاعده استفاده می‌شوند.
موارد استفاده: مدل‌سازی میله‌های سوخت در راکتورهای آب سبک - سلول‌های شش‌ضلعی - ساختارهای لانه‌زنبوری
11. RHP - منشور شش‌ضلعی کلی
j 0 RHP x y z h u v w
مثال: منشور شش‌ضلومی عمومی با پارامترهای کامل
110 0 RHP 0 0 0 0 0 8 2 0 0 0 2 0
توضیحات: نسخه عمومی‌تر منشور شش‌ضلعی که امکان ایجاد شش‌ضلعی‌های غیرمنتظم را فراهم می‌کند. برخلاف HEX که برای شش‌ضلعی منتظم است.
موارد استفاده: مدل‌سازی شش‌ضلعی‌های غیرمنتظم - سلول‌های کانالی در راکتور - ساختارهای بلوری پیچیده
12. BOX (Infinite) - جعبه بی‌نهایت
j 0 BOX dir xmin xmax ymin ymax zmin zmax
مثال: جعبه بی‌نهایت در راستای محور X
120 0 BOX X -10 10 -5 5 -5 5
توضیحات: یک حجم بی‌نهایت در یکی از جهات ایجاد می‌کند. پارامتر dir جهت بی‌نهایت بودن را مشخص می‌کند (X, Y, یا Z).
موارد استفاده: ایجاد محیط بی‌نهایت در یک جهت - شبیه‌سازی صفحات نامتناهی - مدل‌سازی محیط‌های نیمه‌بی‌نهایت
راهنمای انتخاب ماکروبادی مناسب
| نوع هندسه | ماکروبادی پیشنهادی | جایگزین |
|---|---|---|
| جعبه ساده | RPP | BOX |
| جعبه مورب | BOX | ترکیب صفحات |
| استوانه دایره‌ای | RCC | استوانه بی‌نهایت + صفحات |
| استوانه بیضی‌گون | REC | ترکیب سطوح |
| کره | SPH | سطح کروی |
| مخروط ناقص | TRC | ترکیب مخروط و صفحات |
| شش‌ضلعی منتظم | HEX | RHP |
| شش‌ضلعی غیرمنتظم | RHP | ترکیب صفحات |
| حجم بسیار پیچیده | ARB | ترکیب چندین ماکروبادی |
نکات نهایی مهم
-
کارایی: ماکروبادی‌های ساده‌تر مانند RPP و SPH سریع‌تر پردازش می‌شوند
-
دقت: ARB برای هندسه‌های پیچیده دقیق است اما نیاز به محاسبات بیشتر دارد
-
اشکال‌زدایی: همیشه هندسه ایجاد شده را با سلول‌های ساده تست کنید
-
سلسله مراتب: از ساده به پیچیده پیش بروید - ابتدا با RPP و RCC شروع کنید
ماکروبادی‌ها ابزارهای قدرتمندی هستند که با تسلط بر آنها می‌توانید زمان مدل‌سازی را به شدت کاهش داده و دقت هندسی خود را افزایش دهید.
