模块化粒子输运程序包PHEN的开发与应用

朱金辉，陶应龙，卓 俊，谢红刚，左应红，商 鹏，韦 源，牛胜利

（西北核技术研究所，西安710024；强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，西安710024）

经过半个多世纪的发展，特别是近年来随着高性能计算技术的飞速提升，蒙特卡罗（MC）方法已成为解决粒子输运问题的首选工具［1］。目前，比较成熟的粒子输运大型MC计算程序主要有MCNP、EGS、PENELOPE 和 GEANT4等［2－4］。这些程序功能强大、通用性好，被广泛应用于核技术相关领域的模拟计算中，为核工程技术及辐射环境的研究与发展发挥了重要的支撑作用［5－6］。但是针对一些特定模拟计算问题，如粒子次级反应过程中的特定参数获取、物理过程之间的耦合计算等，这些程序皆无法满足需求，且由于这些程序结构复杂和庞大，在其基础上进行二次开发实现特定功能比较困难。

为此，本文采用模块化的程序设计方法，在前期开发的中子－光子输运程序TOPAN［7］的基础上，开发了能够模拟光子、质子、电子和中子与物质相互作用的主要过程，粒子在几何中输运及输运结果统计记录的模块化程序，形成了模块化程序包PHEN（the transportation program of photon，hadron，electron，and neutron）。该程序包中的各个程序模块能够较方便地被调用，可根据用户需要开发特定功能程序，也能够较方便地实现与其他物理过程的耦合计算。

1 PHEN程序包基本功能介绍

PHEN程序包采用FORTRAN语言编制，基于MC方法模拟各个要素［8］，能够模拟光子、质子、电子和中子与物质相互作用及其输运问题，包含粒子输运所需的各基本功能模块。与常见的MCNP及GEANT4程序相比，PHEN程序包具有3个特点：