MÉTODO DE MONTE CARLO Y SUS APLICACIONES ENREACTORES NUCLEARES Y FÍSICA MÉDICA

ININ

Arturo Delfín Loyahttp:

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Octubre, 2018

Qué es MCNPMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 2/31

Ï Código de transporte de radiaciónde Monte Carlo.

Ï Extiende MCNP4C a prácticamentetodas las partículas y energías

Ï 34 partículas (n,p,e, ...) + 2205iones pesados

Ï Energía continua (aproximadamente0-1 TeV/n)

Ï Librerias de datos por debajo de 150MeV (n, p, e, h) y otros modelos

Ï Geometría General en 3DÏ Superficies de 1º y 2º grado,toroides, 10 macrocuerpos(macrobodies), mallas

Ï Fuentes en general y talliesÏ Variables de origeninterdependientes, 7 tipos de tallies,además de modificadores

Ï Compatible con prácticamentetodas las plataformas informáticas

Ï Unix, Linux, Windows, OS X(paralelo a MPI)

Historia de MCNPMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 3/31

Primera Publicación de Métodos EstadísticosMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 4/31

Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon

Ï Nació el 7 de septiembre de 1707Montbard, Côte-d’Or

Ï Fallecido el 16 de abril de 1788 (80 años)Paris, Francia.

Ï Nacionalidad: francesaÏ Instituciones: Jardin du RoiÏ Influenciado: Jean-Baptiste LamarckÏ G. Compte de Buffon, “Essai d’arithmetiquemorale,” Supplement a la Naturelle, Vol. 4,1777: Jean-Baptiste Lamarck

Evaluación de π por Muestreo AleatorioMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 5/31

Pierre-Simon Laplace

Ï Nació el 23 de marzo de 1749Beaumont-en-Auge, Normandia, Francia

Ï Fallecido el 5 de marzo de 1827 (77 años).Paris, Francia.

Ï Nacionalidad: francesaÏ Campos: astrónomo y matemáticoÏ Instituciones: École Militaire (1769-1776)Ï Alma mater: University of CaenÏ Marquis Pierre-Simon de Laplace, TheorieAnalytique des Probabilities, Livre 2, pp.356-366 contained in Ouvres Completes deLaplace, de L’Academie des Sciences, Paris,Vol. 7 part2 1786

Teoría Cinética de los Gases - 5000 ColisionesMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 6/31

William Thomson, 1st Baron Kelvin de Largs

Ï Nacido el 26 de junio de 1824 en BelfastÏ Fallecido el 17 de diciembre de 1907 (83 añosde edad)

Ï Residencia: Cambridge, Glasgow, BelfastÏ Ciudadanía: Reino UnidoÏ Instituciones: University of GlasgowÏ Lord Kelvin, “Nineteenth Century Clouds Overthe Dynamical Theory of Heat and Light,”Philosophical Magazine, series 6, 2, 1 (1901)

Proyecto ManhattanMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 7/31

La primera detonación de ingeniería humana, elTrinity Test en Nuevo México

Ï Creado: 1942-1945Ï Aliados: Estados Unidos, Reino Unido y CanadáÏ Rama: Cuerpo de Ingenieros del Ejército de losEstados Unidos

Pioneros de Monte Carlo:

Ï Enrico FermiÏ Stanislaw UlamÏ John von NeumannÏ Robert RichtmeyerÏ Nicholas Metropolis

Papel de Monte CarloMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 8/31

El método de Monte CarloÏ Nicholas Metropolis; S. UlamÏ Journal of the American Statistical Association,Vol. 44, No. 247. (Sep., 1949), pp. 335-341

Monte Carlo y la Tecnología InformáticaMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 9/31

El desarrollo informático dictó el desa-rrollo de Monte Carlo

Ï Computadoras incompatibles, idiomasy software requerían códigos diferentesen cada instalación

El desarrollo de Monte Carlo impulsó eldesarrollo informático

Ï CRAY, CDC, IBM desarrollaronmejores computadoras para programasnucleares

Los principales códigos de Monte Carlosurgieron de los laboratorios nucleares

Ï USA, Reino Unido y Francia

ENIAC (1946)Monte Carlo y sus Aplicaciones C0 10/31

80 pies de largo, pesaba 30 toneladas y tenía más de 17000 tubos

MANIAC (1952)Monte Carlo y sus Aplicaciones C0 11/31

Metropolis construyó el analizador matemático, el integrador numérico y lacomputadora (LANL)

IBM System/360 Computer (abril de 1964)Monte Carlo y sus Aplicaciones C0 12/31

Esta fue la empresa más costosa y arriesgada de IBM desde su inicio

CDC 6600Monte Carlo y sus Aplicaciones C0 13/31

Seymour Cray inició Control Data Corporation. Nadie hizo tiempo compartidotan bien como CDC en la década de 1970

80 MHz Cray-1 (1975)Monte Carlo y sus Aplicaciones C0 14/31

US $8,86 million

Apple II (Apple Computer, 1977)Monte Carlo y sus Aplicaciones C0 15/31

Unidades estimadas vendidas: 5 millones a 6 millones (todas las versiones);precio original: $1298,00 USD

IBM PC (IBM, 1981)Monte Carlo y sus Aplicaciones C0 16/31

Unidades estimadas vendidas: cientos de miles; precio original: $1565,00 USD

Moderna Laptop)Monte Carlo y sus Aplicaciones C0 17/31

Hoy, una computadora portátil puede almacenar un millón de veces másinformación que ENIAC y es 50,000 veces más rápida

Monte Carlo en Nuestros TiemposMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 18/31

Ï Las computadoras son un millón de veces más rápidas y tienen mucha másmemoria.

Ï El método de Monte Carlo es un millón de veces más rápido.Ï Monte Carlo se utiliza en muchos camposÏ Monte Carlo se utiliza en muchas aplicaciones de radiaciónÏ Los códigos y datos de Monte Carlo son ahora el depósito del conocimiento de lafísica.

Monte Carlo se Utiliza en Muchos CamposMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 19/31

Solución estadística de ecuaciones inte-grales

Ï Problemas fáciles de desarrollar hastacomplicados, muchos problemasdimensionales

AplicacionesÏ Termodinámica - gasesÏ Física del estado sólidoÏ TráficoÏ Análisis del árbol de fallasÏ Teoría del juegoÏ BancarioÏ Biología

Aplicaciones de la Radiación con Monte CarloMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 20/31

Energía nuclearÏ DiseñoÏ BlindajeÏ SalvaguardiasÏ Residuos y transporte

Aplicaciones médicasÏ Terapia de radiaciónÏ Diagnóstico

Explotación de pozos de petrolerosExploración espacialSeguridad nacionalFísica nuclear

Códigos Modernos de Transporte de RadiaciónMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 21/31

Existen en el mundoÏ GEANT (CERN)Ï MCNP (LANL-USA)Ï SCALE/Morse/KENO (ORNL-USA)Ï TRIPOLI (Francia)Ï Answers/Monk/McBend (UK)Ï PHITS (Japón)Ï MCU (Rusia)Ï SHIELD (Rusia)Ï McCad (Alemania)Ï SuperMC (China)

Códigos Modernos de Transporte de RadiaciónMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 22/31

ElectronesÏ ITS (NBS/NIST/SNLA-USA)Ï EGS (SLAC/U Michigan-USA/NRC-Canada)Ï PENELOPE (España)

Física de alta energíaÏ Fluka (Italia)Ï CEM (Rusia/Moldava/USA)Ï INCL (Francia/Bélgica/Alemania)Ï ISABEL (Israel)Ï MARS (ANL-USA)

DataÏ NJOY (USA)Ï AMPEX (USA)Ï MCNP6.1 Liberado con ENDF/B-VII.1 (libreria)

Uso de MCNP en la Comisión Reguladora Nuclear (NRC)Monte Carlo y sus Aplicaciones C0 23/31

Seguridad en críticidadÏ Evaluar la seguridad crítica de lasinstalaciones autorizadas que manejanmateriales fisionables.

Blindaje contra la radiaciónÏ Comparar otros códigos y métodosinformáticos de blindaje y cálculo dedosis utilizados por el personal de NRC

Ï Verificación de licencias de blindajes ycálculos de dosimetría

Dosimetría de radiaciónÏ Evaluar las exposiciones a la radiaciónde los trabajadores y públicasplanificadas y no planificadas

Ï Evaluar la exposición pública de lasacciones de licencias planificadas

MédicasÏ Comprender las implicaciones deseguridad radiológica del uso de laradiación en el diagnóstico ytratamiento médico

MCNP = Benchmarks para los Códigos de Diseño de Reactores NuclearesMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 24/31

Diseño de Reactores Avanzados VHTR, HTGR, ...Monte Carlo y sus Aplicaciones C0 25/31

Cálculos RadiográficosMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 26/31

La radiografía de neutrones y fotones utiliza una cuadrícula de detectores de puntos(píxeles). Cada fuente y evento de colisión contribuye a todos los píxeles

Física Médica - Phantoms & Voxel ModelsMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 27/31

Física Médica - Planificación de TratamientoMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 28/31

MCNP6Ï Malla 3D no estructuradaÏ Embebido en geometría 3D MCNPÏ Muchas aplicaciones

Ï Planificación del tratamiento conradiación

Ï Enlace a Abaqus

En desarrollo

Investigación de Terapia de Cáncer de RadiaciónMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 29/31

MCNP6Ï El código es ideal para su uso enaplicaciones médicas debido a laprecisión de sus modelos físicos, elconjunto único de característicasclínicamente relevantes y el soporte derespuesta proporcionado por losdesarrolladores y la comunidad deusuarios.

Física médica - Cálculos de dosisMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 30/31

MCNP6Ï Paciente basado en TC modelo derodilla y final de acelerador

Ï Calculo de la dosis a lo largo de larodilla

Ï Estudio del impacto de la moderacióno atenuación / protección demateriales y concentraciòn de B-10 enla rodilla

DespedidaMonte Carlo y sus Aplicaciones C0 31/31

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