MCNPX
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.
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포트란 소프트웨어 -
CHARMM
CHARMM은 분자 시뮬레이션에서 원자 간 상호작용을 기술하는 힘장이자 분자 동역학 프로그램으로, 펩타이드, 단백질, 핵산, 지질 등 다양한 생체 분자 연구에 사용되며 여러 버전과 수정본, 일반적인 포텐셜 함수 및 분극화 가능한 포텐셜 함수를 포함하고 다양한 계산 도구와 기능을 제공한다. -
몬테카를로 소프트웨어 -
오픈벅스
오픈벅스는 WinBUGS의 후속 버전으로 개발된 베이지안 통계 모델링 소프트웨어로, 다양한 운영체제를 지원하며 대용량 데이터 처리, 전문가 시스템을 통한 최적화된 업데이트 알고리즘 선택, R 프로그래밍 언어와의 연동 등의 기능을 제공한다. -
물리학 소프트웨어 -
VASP
VASP는 풀트뮐러와 크레스가 개발한 재료 시뮬레이션 소프트웨어로, PAW 기반 유사 퍼텐셜법과 평면파를 사용하여 DFT 기반 양자역학적 계산을 수행하며, 재료 과학 등 다양한 분야에서 활용되고 유료로 제공된다. -
물리학 소프트웨어 -
메이플 (소프트웨어)
메이플은 Maplesoft에서 개발한 컴퓨터 대수 시스템 소프트웨어로, 기호 및 수치 계산, 시각화, 프로그래밍 기능을 제공하며 수학적 모델링, 시뮬레이션, 데이터 분석 등에 활용되어 교육 및 연구 개발 분야에서 널리 사용된다.
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. 스타니슬라프 울람, 존 폰 노이만 등이 초기 개발에 기여했으며, 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, 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. 이 방법의 개발자는 스타니슬라프 울람, 존 폰 노이만, 로버트 리히트마이어, 그리고 니컬러스 메트로폴리스였다.
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. 그의 편지에는 81단계의 유사 코드가 포함되어 있었으며, 이는 전자 계산기를 위한 몬테카를로 계산의 최초 형태였다. 폰 노이만은 각 100개의 중성자를 100번의 충돌 동안 실행하고 ENIAC에서 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 FERMIAC이라는 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. 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. 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 100 이상을 받은 것으로 알려졌다.
한편, MCNP6는 MCNP5와 MCNPX의 기능을 통합하여 개발된 후속 버전이다.