Phương pháp Monte Carlo đã được áp dụng rộng rãi trong việc mô phỏng các cấu trúc phức tạp nhằm giải các bài toán tương tác trong vật lý hạt nhân. Hiện nay đã có một số chương trình máy tính dựa trên cơ sở phương pháp Monte Carlo dùng để mô phỏng quá trình hạt và bức xạ truyền qua môi trường vật chất và đang được sử dụng phổ biến là MCNP, CYLTRAN, DETEFF, GEANT, GESPECOR...
MCNP là phần mềm vận chuyển bức xạ đa năng dựa trên phương pháp Monte-Carlo đã được xây dựng ở phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, Mỹ. Đây là một công cụ tính toán rất mạnh, có thể mô phỏng số vận chuyển neutron, photon và electron, giải các bài toán vận chuyển bức xạ 3 chiều phụ thuộc thời gian năng lượng liên tục trong các lĩnh vực từ thiết kế lò phản ứng đến bảo vệ bức xạ và vật lý học trong miền năng lượng neutron từ 10P
-11P P
MeV đến 20 MeV và các miền năng lượng photon và electron từ 1 keV đến 1000 MeV [11].
MCNP sử dụng các thư viện dữ liệu của các quá trình hạt nhân, các quy luật phân bố thống kê, số ngẫu nhiên ghi lại các sự kiện của một hạt trong suốt quá trình kể từ khi phát ra từ nguồn đến hết thời gian sống của nó.
Chương trình MCNP4C2 trải qua nhiều giai đoạn phát triển trong hơn 50 năm qua và hiện nay đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học hạt nhân như tính toán che chắn, đánh giá an toàn, thiết kế detector, thăm dò dầu khí, y học hạt nhân...Trải qua mỗi giai đoạn chương trình được bổ sung và hoàn thiện hơn. Cụ thể:
Năm 1947, chương trình đầu tiên ra đời được mô tả trong bức thư của John von Neumann gửi Richmyer. Chương trình gồm 19 bước và các đoạn chương trình viết bằng ngôn ngữ máy (ngôn ngữ nhị phân tự nhiên biểu hiện bằng các số 0, 1) và mỗi đoạn chương trình chỉ giải quyết một bài toán cụ thể [10].
Năm 1963, chương trình MCS có nhiều ứng dụng được tích hợp và có thể giải quyết bài toán ở mức độ vừa phải.
Năm 1965, chương trình MCN giải quyết được bài toán tương tác của neutron với vật chất trong không gian ba chiều, dữ liệu vật lý được lưu trữ riêng và thư viện số liệu phong phú hơn.
Năm 1973, chương trình MCN kết hợp với chương trình MCG (chương trình Monte Carlo gamma xử lý các photon năng lượng cao) để tạo ra MCNG – chương trình ghép cặp neutron-gamma.
Năm 1977, chương trình MCNG kết hợp với chương trình MCP (chương trình Monte-Carlo photon với xử lý vật lý chi tiết đến năng lượng 1keV) để tạo thành chương trình MCNP viết tắt của “Monte Carlo Neutron Photon” và hiện nay là “Monte Carlo N-Particle”. Ở đây hạt N có thể là neutron, photon hoặc electron.
Kể từ đó cứ mỗi hai hoặc ba năm một phiên bản mới được phát hành, tận dụng những ưu thế về cấu trúc máy tính ngày càng cao, những cải thiện về phương pháp Monte Carlo và các mô hình vật lý chính xác hơn.
MCNP3 được viết lại hoàn toàn và công bố năm 1983 là phiên bản đầu tiên được phân phối quốc tế. Các phiên bản tiếp theo MCNP3A và 3B lần lượt được ra đời tại phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos trong suốt thập niên 1980.
MCNP4 được công bố năm 1990 cho phép việc mô phỏng được thực hiện trên các cấu trúc của máy tính song song. MCNP4 cũng đã bổ sung vận chuyển electron. MCNP4A được công bố năm 1993 với các điểm nổi bật là phân tích thống kê được nâng cao, nhiều tải đặt bộ xử lý được phân phối để chạy song song trên cụm các trạm (workstation).
MCNP4B được công bố năm 1997 với việc tăng cường các quá trình vật lý của photon và đưa vào các toán tử vi phân nhiễu loạn.
MCNP4C được công bố năm 2000 với các tính năng của electron được cập nhật, xử lý cộng hưởng không phân giải.
MCNP4C2 có bổ sung thêm các đặc trưng mới như hiệu ứng quang hạt nhân và các cải tiến của sổ trọng số được công bố năm 2001.
MCNP5 được công bố năm 2003 cùng với việc cập nhật các quá trình tương tác mới chẳng hạn như các hiện tượng va chạm quang hạt nhân, hiệu ứng giãn nở Doppler.
Ngoài ra còn có thêm phiên bản MCNPX với các mức năng lượng và chủng loại hạt được mở rộng.
Hiện nay có khoảng 250 người sử dụng tích cực MCNP ở Los Alamos. Trên thế giới, có khoảng 3000 người sử dụng tích cực ở khoảng 200 thiết bị. Trong vài năm gần đây, các tính toán bằng phần mềm mô phỏng MCNP được triển khai ở trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành phố Hồ Chí Minh, Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, Trung tâm Nghiên cứu & Triển khai Công nghệ Bức xạ Thành phố Hồ Chí Minh, Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam...chủ yếu là trong các tính toán tới hạn lò phản ứng và các phân bố liều bức xạ.