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MCNPX

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목차

1. 개요

MCNPX는 로스 알라모스 국립 연구소에서 개발된 몬테카를로 기반의 방사선 입자 수송 코드이다. 1977년 MCNP가 개발되었고, MCNPX는 MCNP에서 시뮬레이션하는 것을 포함하여 다양한 입자 상호 작용을 시뮬레이션할 수 있도록 확장되었다. MCNP6는 MCNP5와 MCNPX를 병합한 버전이며, 핵 시스템의 임계 상태 판단 및 방사선 선량 결정에 사용된다. MCNPX는 핵무기 개발에 사용될 수 있는 기술의 확산과 관련하여 논란이 된 바 있다.

2. 역사

몬테카를로 방법은 핵무기 개발과 관련하여 1940년대 미국 로스 알라모스 국립 연구소(LANL)에서 핵분열 장치 내부의 중성자 수송 문제를 해결하기 위해 처음 적용되었다.[3][5] 스타니슬라프 울람, 존 폰 노이만 등이 초기 개발에 기여했으며[4], 이 방법론은 컴퓨터 기술의 발달과 함께 꾸준히 발전했다. 1950년대와 1960년대에는 중성자와 광자 수송을 위한 여러 특수 목적 코드들이 개발되었다. 1977년, 이러한 코드들을 통합하여 범용 몬테카를로 방법 방사선 입자 수송 코드인 MCNP가 처음 만들어졌고[8][9], 1983년에는 MCNP 버전 3이 방사선 안전 정보 전산 센터를 통해 공식적으로 배포되기 시작했다.

2. 1. 초기 개발 (1940년대 ~ 1960년대)

몬테카를로 방법은 방사선 입자 수송과 관련하여 1946년 로스 알라모스 국립 연구소(LANL)에서 시작되었다.[3] 이 방법의 개발자는 스타니슬라프 울람, 존 폰 노이만, 로버트 리히트마이어, 그리고 니컬러스 메트로폴리스였다.[4]

방사선 수송을 위한 몬테카를로 방법은 스타니슬라프 울람이 병에서 회복하면서 솔리테어를 하던 중인 1946년에 고안되었다. 그는 당시 상황에 대해 "''조합 계산으로 성공을 추정하는 데 많은 시간을 보낸 후, 더 실용적인 방법... 이를 100번 정도 해보고 성공적인 플레이 수를 관찰하고 세는 것이 어떨까 하는 생각이 들었다''."고 회고했다.

1947년, 존 폰 노이만은 로버트 리히트마이어에게 핵분열 장치에서 중성자 확산 및 증식 문제를 해결하기 위해 통계적 방법을 사용할 것을 제안하는 편지를 보냈다.[5] 그의 편지에는 81단계의 유사 코드가 포함되어 있었으며, 이는 전자 계산기를 위한 몬테카를로 계산의 최초 형태였다. 폰 노이만은 각 100개의 중성자를 100번의 충돌 동안 실행하고 ENIAC[6]에서 계산 시간을 5시간으로 예상했다. 리히트마이어는 여러 핵분열성 물질을 허용하고, 핵분열 스펙트럼 에너지 의존성이 없으며, 단일 중성자 다중성을 가지며, 충돌 횟수가 아닌 컴퓨터 시간 동안 계산을 실행하도록 제안했다. 코드는 1947년 12월에 완성되었고, 최초의 계산은 1948년 4월과 5월 사이에 ENIAC에서 실행되었다.

ENIAC의 물리적 이전을 기다리는 동안, 엔리코 페르미는 몬테카를로 방법으로 핵분열성 물질을 통과하는 중성자 움직임을 추적하기 위해 FERMIAC[7]이라는 기계 장치를 발명했다. 입자 수송을 위한 몬테카를로 방법은 현대 컴퓨터가 등장한 이후 계산 기술 개발을 이끌어 왔으며, 이러한 경향은 오늘날까지 이어지고 있다.

1950년대와 1960년대에 이러한 새로운 방법은 MCS, MCN, MCP 및 MCG를 포함한 일련의 특수 목적 몬테카를로 코드로 정리되었다. 이러한 코드들은 특화된 로스 알라모스 국립 연구소(LANL) 응용 분야를 위해 중성자와 광자를 수송할 수 있었다.

2. 2. MCNP의 탄생 (1970년대 이후)

1950년대와 1960년대에는 MCS, MCN, MCP, MCG와 같은 특수한 목적을 가진 여러 몬테카를로 방법 코드들이 개발되었다. 이 코드들은 로스 알라모스 국립 연구소(LANL)에서 특정 응용 분야를 위해 중성자와 광자를 수송하는 데 사용되었다.

1977년, 이러한 개별 코드들 중 MCNG와 MCP가 통합되어 최초의 일반화된 몬테카를로 방사선 입자 수송 코드인 MCNP가 탄생했다.[8][9] MCNP 코드의 첫 번째 공식 배포 버전인 버전 3은 1983년에 출시되었다. 이 코드는 미국 테네시주 오크리지에 위치한 방사선 안전 정보 전산 센터(Radiation Safety Information Computational Center, RSICC)를 통해 배포한다.

3. MCNPX (Monte Carlo N-Particle eXtended)

몬테카를로 N-입자 eXtended(MCNPX)는 로스 알라모스 국립 연구소에서 개발한 시뮬레이션 코드이다. 이 코드는 MCNP에서 시뮬레이션하는 기능을 포함하며, 거의 모든 에너지 영역에서 34가지 유형의 입자(핵자 및 이온)와 2000개 이상의 중이온의 상호 작용을 계산할 수 있다.[10] MCNPX는 핵 시스템이 임계 상태인지 여부를 판단하거나, 방사선원으로부터 발생하는 선량을 결정하는 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.

2011년 8월 24일, 독일 일간지 쥐트도이체차이퉁은 북한이 2011년 초 이란에 MCNPX 2.6.0 버전을 이전했다는 의혹을 보도했다. 해당 보도에 따르면 북한은 이란 측에 3개월 이상 소프트웨어 사용법을 교육했으며, 그 대가로 1억달러 이상을 받은 것으로 알려졌다.[18]

한편, ''MCNP6''는 MCNP5와 MCNPX의 기능을 통합하여 개발된 후속 버전이다.[10]

4. MCNP6

MCNP6는 MCNP5와 MCNPX를 병합한 버전이다.[10]

5. 다른 코드와의 비교

MCNP6는 MCNPX보다 정확도가 낮은 경향이 있다.[11][12] Geant4는 MCNPX와 비교했을 때 정확도가 낮으며,[11][12][13][14][15] MCNP5보다도 정확도가 낮다.[12][16] 속도 측면에서도 Geant4는 MCNPX보다 느리다.[12][13][17]

6. 북한의 MCNPX 획득 및 이란 이전 의혹

2011년 8월 24일, 독일 일간지 쥐트도이체차이퉁은 북한이 2011년 초 이란에 MCNPX 2.6.0 버전을 넘겼다고 보도했다. 보도에 따르면 북한은 3개월 이상 이 소프트웨어의 사용법을 교육했으며, 그 대가로 1억달러 이상을 받은 것으로 알려졌다.[18]

참조

[1] 웹사이트 MCNP6.3 Release notes https://mcnp.lanl.go[...] LANL 2023-01-10
[2] 웹사이트 MCNP Website https://mcnp.lanl.go[...]
[3] 웹사이트 The Monte Carlo Method and MCNP –A Brief Review of Our 40 Year History 2017-07
[4] 웹사이트 Stan Ulam, John Von Neumann, and the Monte Carlo Method https://laws.lanl.go[...] 1987
[5] 웹사이트 Statistical Methods in Neutron Diffusion https://laws.lanl.go[...] 1947
[6] 웹사이트 ENIAC https://en.wikipedia[...]
[7] 간행물 FERMIAC https://en.wikipedia[...] 2019-08-28
[8] 웹사이트 Monte Carlo Code Development in Los Alamos https://laws.lanl.go[...] 1975-03
[9] 웹사이트 Proceedings of the NEACRP Meeting Of A Monte Carlo Study Group https://www.oecd-nea[...] 1974-07
[10] 웹사이트 MCNPX 2.7.x - New Features Being Developed https://laws.lanl.go[...]
[11] 논문 Benchmarking Geant4 for Simulating Galactic Cosmic Ray Interactions Within Planetary Bodies https://agupubs.onli[...]
[12] 논문 Comment on "Gamma-ray spectroscopy using angular distribution of Compton scattering" [Nucl. Instr. and Meth. A 1031 (2022) 166502] https://authors.else[...]
[13] 논문 Comparison between codes MCNPX and Gate/Geant4 in volume fraction studies https://www.scienced[...]
[14] 논문 Use of GEANT4 vs. MCNPX for the characterization of a boron-lined neutron detector
[15] arXiv Po-production in lead: A benchmark between Geant4, FLUKA and MCNPX
[16] 논문 Comparison between MCNP5, Geant4 and experimental data for gamma rays attenuation of PbO-BaO-B2O3 glasses
[17] 논문 Intercomparision of Monte Carlo Radiation Transport Codes MCNPX, GEANT4, and FLUKA for Simulating Proton Radiotherapy of the Eye https://doi.org/10.1[...]
[18] 뉴스 http://www.newdaily.[...]


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