CN105138712A

CN105138712A - 分布式多温度ace库的制作方法

Info

Publication number: CN105138712A
Application number: CN201510697333.9A
Authority: CN
Inventors: 吴海成
Original assignee: China Institute of Atomic of Energy
Current assignee: China Institute of Atomic of Energy
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: CN105138712B

Abstract

本发明涉及一种针对ACE格式连续能量点截面库的制作方法。该方法的核心仍采用NJOY99程序完成ACE文档制作，解决了ACE库制作的NJOY99输入参数准备，分布式作业环境准备和作业提交，计算结果收集和多温度ACE库索引的生成以及各类文件的识别等问题。本发明克服了缺乏异常处理的串行方法带来的效率降低的缺陷，消除了制作中途的人工干预和代码改写，充分利用高性能计算集群带来提升计算能力，提高了ACE库制作的效率和便捷性。

Description

分布式多温度ACE库的制作方法

技术领域

本发明属于核数据技术，具体涉及一种针对ACE格式连续能量点截面库的制作方法。

背景技术

随着核工程设计技术的发展，中子输运过程的蒙卡模拟在核工程中应用越来越广泛。相应地，对与蒙卡程序MCNP配套的ACE格式连续能量点截面库(ACE库)的需求也不断增长，在包含核素的数量、数据的可靠性、温度数量和范围、数据库的适用范围等方面提出了越来越高的要求。

制作ACE库最基本的方法是采用美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)开发的核数据处理程序NJOY。该程序的目前广泛应用的版本是NJOY99(可参见R.E.MacFarlaneandD.W.Muir.NJOY99.0,CodeSystemforProducingPointwiseandMultigroupNeutronandPhotonCrossSectionsfromENDF/BData.LosAlamosNationalLaboratory,LA-12740-M,2000.)。以ENDF-6格式存储的全套中子评价核数据为输入，按照核数据处理流程调用NJOY99程序的多个模块对核数据进行多步处理，就能够计算得到单核素、单温度的ACE文档。不过，NJOY/ACER模块一次只能够加工制作一个温度、一个核素的ACE文档。在NJOY99运行过程中，模块的调用和大量运行参数的输入是通过输入卡(输入文件)来输入的。手工编写这些输入卡非常繁琐。当前国际上主要评价核数据库，如ENDF/B-VII.1、JENDL-4.0、JEFF-3.2等的规模大约为400个核素。采用手动编写输入卡的方式制作400个核素规模的全套中子评价核数据库的ACE库是一种低效的做法。

由于ACE库在制作过程中需要改变的参数很少，主要是核素的标识和温度，国内外都已经发展了一些比较便捷的方法来制作ACE库。

2008年，为了研制以ENDF/B-VII.0为基础的、包含5个温度点的ACE库ENDF70，美国LANL研发了Fortran程序PRENJOY。该程序运行于Linux系统，只要在命令行键入“prenjoyZZAAA”就可以调用NJOY程序制作单个核素的ACE文档。ZZAAA是核素的质子数Z*1000+质量数A。首先，需要手动新建一个目录，然后运行“prenjoyZZAAA”。PRENJOY程序会检索一个评价数据列表，找到该核素对应的评价数据文件，然后再生成一个cshell脚本RUNNJOY。该脚本包含了拷贝文件、根据预先编制在程序中的参数生成的NJOY程序输入卡、运行NJOY程序和检查程序CHECKACE.pl等命令。手动运行该命令，则可以完成单个核素、多个温度的ACE文档的制作。如果编制一个运行PRENJOY程序的列表，则可以实现以串行方式连续制作大量核素的ACE库，继而得到一个多温度或单温度的ACE库。如果想以并行方式运行PRENJOY(实际是集群上的分布式作业)，则需要手动改变cshell脚本的名称，并提交作业。

PRENJOY虽然能够实现批量制作大量核素的ACE文件，但也存在若干不足：prenjoy脚本的运行需要手动执行，降低了运行效率；温度参数需要预先在RUNNJOY程序中编制，缺乏灵活性；没有汇编生成ACE库索引的功能；缺乏异常处理功能，串行运行时如果评价数据有错，则可能造成运行中断，降低效率。

“十一五”期间，中国核数据中心建立了单温度快中子ACE库制作的技术方案，研制了在Windows系统下自动化制作单温度ACE库的程序系统genACE，流程如图1所示。在该程序系统中，PERL语言程序preACE.pl能够遍历ENDF.lst文件中评价核数据文档，自动生成制作单个核素、单温度ACE文档的NJOY输入卡，并生成处理所有核素的批处理脚本文件runNJOY.bat。接下来，手动运行runNJOY，则系统按图1中的加工流程调用NJOY程序，制作每个核素的ACE文档，得到的ACE文档和索引文件。最后，手动运行getXSD.pl程序，则可以生成包含所有核素的索引文件。在评价数据没有格式、物理错误的条件下，genACE系统能够完成单个温度标准ACE库的无人值守、自动化制作。与PRENJOY相比，genACE系统更加快捷，手工干预更少。将一套包含400个核素的评价核数据库加工成ACE库的时间约为7天。

但是，genACE也存在与PRENJOY相似的不足：制作多温度库需要更改preACEn脚本中的参数；ACE文档的制作也是顺序执行的，评价数据处理异常可能导致错误，从而中断执行，造成效率降低。另外，该系统运行在WINDOWS单机上，不支持分布式计算，无法利用集群计算的优势。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种分布式多温度ACE库的制作方法，从而克服缺乏异常处理的串行方法带来的效率降低的缺陷，消除制作中途的人工干预和代码改写，充分利用高性能计算集群带来计算能力提升，提高ACE库制作的效率和便捷性。

本发明的技术方案如下：一种分布式多温度ACE库的制作方法，包括如下步骤：

(1)准备待加工制作的评价核数据库，以及输入参数文件和评价数据文件路径列表；所述的评价核数据库存放在单个目录中，并在所述评价数据文件路径列表中给出包含相对于温度目录的路径和文件名称，所述的输入参数文件包含ACE库制作过程需要的温度及对应温度目录、库标识、每个温度的索引标识信息；

(2)准备作业管理系统SGE进行分布式作业所需的文件及目录，包括：温度目录、分布式作业编号脚本、SGE分布式作业脚本、所有温度和核素的单核素单温度NJOY99输入卡、以SGE_TASK_ID为后缀的输入卡符号链接文件；

(3)遍历各个温度目录，先执行分布式作业编号脚本，对已经生成的NJOY99输入卡进行编号；再提交每个目录中的SGE分布式作业脚本文件，开始多温度ACE库的分布式制作，待作业脚本正常结束后，生成的文件包括NJOY99运行输出文件、ACE库文件以及分布式作业运行志；

(4)待所有分布式作业完成后，遍历每个温度目录中的ACE库文件，并从中提取每个文件的索引信息，存储在各个温度目录下的索引文件中，之后，将多个目录中的索引文件与原子数表、热散射ACE库索引及光子原子数据索引、电子原子数据索引合并，生成完整的MCNP程序可用的索引文件。

进一步，如上所述的分布式多温度ACE库的制作方法，步骤(2)中，准备所述温度目录的方法如下：读取所述的输入参数文件，从中提取各个温度库拟存放的目录名称，按照目录名称新建与温度相对应的目录。

进一步，如上所述的分布式多温度ACE库的制作方法，步骤(2)中，所述的分布式作业编号脚本用于实现当前目录下的所有参加分布式作业的NJOY99输入卡的编号，并生成名为inp.SGE_TASK_ID的符号链接文件；作业管理系统SGE需要以等差数列形式的SGE_TASK_ID后缀来索引分布式作业中的各个任务，实现分布式作业的管理。

进一步，如上所述的分布式多温度ACE库的制作方法，步骤(2)中，所述的SGE分布式作业脚本具备7项功能：第一，根据评价数据文件的个数来确定每个温度目录中分布式作业的任务个数；第二，运用模式匹配分析每个以SGE_TASK_ID结尾的符号链接文件，获得实际的输入卡文件名，并通过模式匹配从中提取ACE库标识；第三，以SGE_TASK_ID为名称，为单个核素的单温度ACE文档制作建立单独的目录，以满足多个NJOY程序同时运行的要求；第四，将待加工的评价核数据文档放入SGE_TASK_ID目录；第五，进入该目录并执行NJOY99程序进行ACE库的加工制作；第六，待NJOY制作结束之后，将所需的输出文件按一定规则命名并转移到温度目录中；第七，删除SGE_TASK_ID目录。

进一步，如上所述的分布式多温度ACE库的制作方法，步骤(2)中，准备所述NJOY99输入卡的方法如下：扫描核反应数据库列表中给出的所有核素的评价核数据文件，从中提取生成ACE库所需的信息，并按照NJOY99程序制作ACE库的输入卡要求，在以“库标识+6位ZA值+1位亚稳态标识”命名的输入卡文件中打印NJOY99输入卡。

进一步，如上所述的分布式多温度ACE库的制作方法，其中，本方法对于不同类型的文件，用文件后缀加以区分，NJOY99输入卡后缀为“.nji”、输出文件后缀为“.njo”、ACE库文件后缀为“.ace”；对于同一类型的文件，采用“库标识+6位ZA值+1位亚稳态标识”作为文件名来进行区分；对于文件名相同的文件，则以目录进行区分。

本发明的有益效果如下：本发明所提供的分布式多温度ACE库的制作方法将温度相关参数和评价数据列表以文件的形式输入，分布式作业脚本生成、分布式作业编号、NJOY输入卡生成、分布式作业提交、ACE库索引文件生成等功能均实现的了自动化，消除了手工干预，极大地提高了ACE库制作的效率。由于采用分布式计算，个别核素ACE库制作的异常只影响自己，避免了缺乏异常处理带来的处理过程中断。基于中国核数据中心包含128核芯的ROCKS高性能计算集群，采用分布式ACE库制作系统genACE2，将包含400个核素的中子评价核数据库制作成多温度ACE库，效率比inteli7/3.4G核芯单机串行制作提高100多倍。

附图说明

图1为现有的制作单温度ACE库的genACE程序的流程示意图；

图2为本发明分布式多温度ACE库的制作流程图；

图3为本发明genXS程序的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

与串行或单个核素的ACE库制作方法相比，本发明所提供的分布式、并行化的ACE库制作方法与前者的物理处理方法是完全一样的，即核心仍是采用NJOY99程序制作ACE库，主要的区别在于作业方式。分布式作业需要解决ACE库所需核数据库和输入参数准备，分布式作业环境准备和作业提交，计算结果收集和多温度ACE库索引的生成等问题。另外，在整个分布式作业过程中还需要解决各类文件的识别问题。整个技术方案的流程如图2所示，包括如下主要步骤：

1.评价数据及输入数据准备

1)输入参数文件par.lst

以空格作为分隔符、按照“目录名、库标识、xsid、温度”的顺序，在par.lst文件中存储多温度ACE库制作所需的输入参数信息。其中，目录名称要符合Linux目录命名规范，库标识为3-4位字母和数字的组合，用于区别不同的评价数据库。xsid为以小数点开头的两位数字，每个温度需要唯一的xsid。温度以浮点数的形式给出，以K为单位。par.lst文件的每行只给出一个温度的信息。范例如下：

par.lst文件开始>>

“293KT00.00293.6”

“400KT04.04400.0”

<<文件结束

2)评价数据文件路径列表db.task

评价核数据列表以perl数组的形式存储在db.task文件中，数组名称为fn。评级数据库存放在单个目录中，评价数据文件路径列表中每个元素包含从温度目录出发的评价核数据库相对路径和文件名称。如下所示的范例中，由于温度目录与评价数据库目录同级，故需要以“..//ENDF”访问评价核数据库，其中“//”是perl语言中使用“/”的语法要求，第一个“/”为转意符号。评价核数据的文件命名规则为“Z-Sy-A.lib”，Z为3位数字表示的质子数，A为三位数字标识的质量数，Sy为1-2位字母的元素符号，lib为评价核数据库的名称。文件和目录名称的大小写需要与评价数据文件一致。

db.task文件开始>>

fn＝(

"..//ENDF//001-H-001.NP01",

"..//ENDF//001-H-002.NP01",

"..//ENDF//001-H-003.NP01",

)；

<<文件结束

2.作业管理系统SGE分布式作业准备

SGE分布式作业需要准备的文件主要包括目录文件、分布式作业编号脚本jobid.sh、SGE分布式作业脚本njoy.cmd、所有温度和核素的单核素单温度的NJOY99输入卡、以SGE_TASK_ID为后缀的输入卡符号链接文件。其中，SGE分布式作业脚本、NJOY99输入卡均与具体的核素有关，需要根据评价核数据及输入参数生成。另外，在准备过程中，还需生成管理分布式作业和收集结果所需的温度目录等。这些工作都可以通过一个perl语言脚本程序genACE-2.pl来实现。下面就该程序的主要功能和具体编写方法进行介绍。该程序的功能也可以通过其他语言来实现。

1)准备温度目录

主程序genACE-2读取输入参数文件，采用perl中的split函数提取每行中的温度库对应的目录名称$dir及其他信息$rest，并存储在以温度目录名为关键词的散列％all{$dir}中。新建一个该散列的循环，按照目录名称新建与温度相对应的目录，对于已经存在的目录，删除目录中所有文件，以保证程序运行出错时不会产生误动作。

2)生成分布式作业编号脚本jobid.sh

在genACE2程序中，新建一个名为jobid.sh的shell脚本，将jobid.sh的内容以打印字符串的方式存储到文件中。首先，初始化一个用于NJOY输入卡文件nji符号链接文件inp后缀的循环计数变量$j，初始值为1。然后，建立一个关于当前目录下所有nji文件的for循环，将每个nji符号链接到名为inp.$j的文件，并用shell中的expr命令累加$j。将jobid.sh拷入每个温度目录中，增加执行权限备用。

3)生成SGE分布式作业脚本njoy.cmd

在genACE2程序中，新建一个名为njoy.cmd的shell脚本，将njoy.cmd的内容同样以打印字符串的方式存储到文件中，并将njoy.cmd拷入每个温度目录备用。njoy.cmd的内容包含以下七个部分，附件1给出了njoy.cmd的一个详细范例。

首先，打印SGE作业文件的文件头。SGE_TASK_ID的范围在文件头的第5行中给出，在1-$n_endf之间，公差为1，其中$n_endf是评价数据文件名列表fn数组的元素个数。范例如下。

开始>>

#！/bin/bash

#\$-cwd

#\$-jy

#\$-S/bin/bash

#\$-t1-$n_endf:1

<<结束

第二，运用模式匹配分析每个以SGE_TASK_ID结尾的符号链接文件，获得实际的输入卡文件名basename.nji，并通过模式匹配从中提取ACE库标识lib。范例如下：

ls-linp.\$SGE_TASK_ID

basename＝`exprmatch\"\$line\"'.*\\s\\([0-9a-zA-Z]

INP＝`exprmatch\"\$line\"'.*\\s\$[0-9a-zA-Z]\\{9,10\\}\\.nji\$'`

lib＝`exprmatch\"\$INP\"'\$[0-9a-zA-Z]\\{3\\}\$'`

第三，以SGE_TASK_ID为名称，为单个核素的单温度ACE文档制作建立单独的目录。

第四，将待加工的评价核数据文档放入SGE_TASK_ID目录。命令为

mv\$basename.endf\$SGE_TASK_ID/tape30

上述命令中$basename.endf是待加工的评价数据文件，该文件是在preACEn-Lin中拷贝相应的评价数据并重新命名得到的。tape30是以tape加NJOY99输入卡中用户指定的评价数据文件通道号命名的评价数据文件。

第五，进入该目录并执行NJOY99程序进行ACE库的加工制作。

cd\$SGE_TASK_ID

～/bin/njoy99<../\$INP

第六，待NJOY制作结束之后，将用户需要的输出文件转移到温度目录中，包括NJOY99程序的运行输出记录文件output、ace库文件等。

第七，删除SGE_TASK_ID目录。

rm-rf\$SGE_TASK_ID

4)生成温度相关NJOY99输入卡

NJOY99输入卡通过主程序调用preACEn-Lin.pl程序来产生。preACEn-Lin.pl程序是在genACE程序系统preACEn.pl程序的基础上改编的。该程序在各个温度目录下串行制作每个核素ACE文档的NJOY99输入卡。

该程序扫描评价核数据列表db.conf(即db.task)中给出的所有核素的评价核数据文件，从中提取ENDF摘要信息，并按照NJOY99程序制作ACE库的输入卡要求；在以“库标识+6位ZA值+1位亚稳态标识”命名的文件中打印NJOY输入卡。制作某个温度的单核素ACE库信息包括：质子数、元素符号、质量数、亚稳态标识、评价库名称及版本、MAT号、裂变核标识等。加工单温度ACE文档所需的温度、库标识和索引标识xsid则作为命令行参数输入。评价数据的格式符合ENDF-6格式规范(可参见MembersoftheCrossSectionsEvaluationWorkingGroup.ENDF-6FormatsManual-DataformatsandproceduresfortheEvaluatedNuclearDataFileENDF/B-VIandENDF/B-VII.BrookhavenNationalLaboratory,BNL-XXXXX-2009,2009.)，ENDF摘要信息的提取利用substr函数和模式匹配就可以实现。

附件2给出了生成的NJOY输入卡范例。

3.分布式作业提交与执行

完成上述SGE分布式作业准备的各个步骤后，就具备了提交SGE分布式作业的条件。在genACE-2程序中，建立一个关于温度目录的循环，进入各个温度目录，先执行编号脚本jobid.sh，对已经生成的NJOY99输入卡进行编号，生成每个NJOY输入卡的符号连接文件inp.SGE_TASK_ID；再用qsub命令提交每个目录中的分布式作业脚本文件njoy.cmd。njoy.cmd必须在jobid.sh完成后执行，因此采用&&方式调用，perl语言范例如下。

system"./jobid.sh&&qsubnjoy.cmd"；

执行完作业提交后，genACE-2程序就已经完成其主要功能了，可以退出执行了。待SGE作业脚本正常结束后，生成的文件包括NJOY99运行输出文件、ACE库文件以及分布式作业运行志等。这些文件都存储在各自的温度目录中。

4.多温度ACE库索引产生

待所有分布式作业完成后，需要用户手动调用genXS程序来完成多温度ACE库索引的产生。genXS程序的主要流程如图3。

首先，genXS脚本程序从par.lst文件中获得各个温度目录的名称和库标识，并计算出温度的个数。

其次，建立一个温度个数的循环，进入每个温度目录，遍历其中的ACE文件，建立ACE文件列表ace.lst，调用外部的genXSD程序，从中提取每个ACE文件的索引信息，并存储在各个温度目录下的索引文件xs中。之前所有的ACE文件已经以“.ace”后缀命名，每个温度下的ACE文件列表可用glob函数获得。如：Arr_ace＝glob"*.ace"。生成的ACE文件列表逐行打印在ace.lst文件中作为getXSD程序的输入。ACE文件是格式文件，getXSD程序采用substr函数来根据ACE文件的格式提取索引信息。索引信息的具体内容见MCNP手册(X-5Monte-CarloTeam.MCNP-AGeneralMonteCarloN-ParticleTransportCode,Version5.LosAlamosNationalLaboratory,LA-UR-03-1987,2003)。

接下来，新建xsdir文件，将xs.awr文件中预先存储的原子数表拷贝到xsdir文件中。xs.awr的文件内容可以直接从MCNP5自带的xsdir文件中拷贝。再建立一个温度个数的循环，将getXSD提取并存储在xs文件中的的多温度库索引信息存储到xsdir文件中。之后，如果存在光子原子数据索引、电子原子数据索引、热散射ACE库索引等预先准备的信息，读取xs.p.e和xs.sab文件的内容，并拷贝到xsdir文件中。

至此，所有温度的ACE库索引就已经生成了。MCNP程序能够根据索引，从各个温度目录中找到相应的ACE文档。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

附件1njoy.cmd文件范例

附件2NJOY99输入卡范例

Claims

1.一种分布式多温度ACE库的制作方法，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的分布式多温度ACE库的制作方法，其特征在于：步骤(2)中，准备所述温度目录的方法如下：读取所述的输入参数文件，从中提取各个温度库拟存放的目录名称，按照目录名称新建与温度相对应的目录。

3.如权利要求1所述的分布式多温度ACE库的制作方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的分布式作业编号脚本用于实现当前目录下的所有参加分布式作业的NJOY99输入卡的编号，并生成名为inp.SGE_TASK_ID的符号链接文件；作业管理系统SGE需要以等差数列形式的SGE_TASK_ID后缀来索引分布式作业中的各个任务，实现分布式作业的管理。

4.如权利要求1所述的分布式多温度ACE库的制作方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的SGE分布式作业脚本具备7项功能：第一，根据评价数据文件的个数来确定每个温度目录中分布式作业的任务个数；第二，运用模式匹配分析每个以SGE_TASK_ID结尾的符号链接文件，获得实际的输入卡文件名，并通过模式匹配从中提取ACE库标识；第三，以SGE_TASK_ID为名称，为单个核素的单温度ACE文档制作建立单独的目录，以满足多个NJOY程序同时运行的要求；第四，将待加工的评价核数据文档放入SGE_TASK_ID目录；第五，进入该目录并执行NJOY99程序进行ACE库的加工制作；第六，待NJOY制作结束之后，将所需的输出文件按一定规则命名并转移到温度目录中；第七，删除SGE_TASK_ID目录。

5.如权利要求1所述的分布式多温度ACE库的制作方法，其特征在于：步骤(2)中，准备所述NJOY99输入卡的方法如下：扫描核反应数据库列表中给出的所有核素的评价核数据文件，从中提取生成ACE库所需的信息，并按照NJOY99程序制作ACE库的输入卡要求，在以“库标识+6位ZA值+1位亚稳态标识”命名的输入卡文件中打印NJOY99输入卡。

6.如权利要求1所述的分布式多温度ACE库的制作方法，其特征在于：本方法对于不同类型的文件，用文件后缀加以区分，NJOY99输入卡后缀为“.nji”、输出文件后缀为“.njo”、ACE库文件后缀为“.ace”；对于同一类型的文件，采用“库标识+6位ZA值+1位亚稳态标识”作为文件名来进行区分；对于文件名相同的文件，则以目录进行区分。