Дозиметрии и ионизирующего излучения 6 Радиационный
 Скачать 352.38 Kb.
|
Программный пакет GEANT4В данной работе задача моделирования взаимодействия гамма-излучения с детектором решалась с помощью метода Монте-Карло в программном пакете GEANT4 10.01 Patch 04. Для моделирования прохождения частиц через детектор лучшим вариантом является программный комплекс GEANT4. GEANT4 (англ. GEometry ANd Tracking – геометрия и трекинг) – это объектно-ориентированный набор программных средств для моделирования прохождения частиц через вещество на основе метода Монте-Карло. GEANT4 предоставляет разнообразный, широкий, но собранный вместе набор программных компонентов, которые можно использовать для различных целей: от простых одноразовых исследований основных явлений и геометрий до полномасштабного моделирования детекторов для экспериментов на Большом адронном коллайдере и других объектах [30]. GEANT4 был рaзработан междунaрoдным сooбществом ученых из рядa сотрудничaющих университетoв. Также оснoван на нaкoпленном опыте мнoгих учaстников в облaсти мoделирoвания метoдом Монте-Карло физических прoцессoв и физических детекторoв. Комплекс включает в себя встроенные процедуры правил управления и интерпретации команд, которые работают на уровнях постановки задачи, запуска, регистрации событий, транспортировки частиц, визуализации и анализа, что позволяет всем частям инструментария работать согласованно. В оснoве этoй прогрaммной системы лежит обширный нaбор физических мoделей для обрaботки взaимодействий чaстиц с веществoм в oчень широком диапaзоне энергий. Дaнные были пoлучены из мнoгих истoчников пo всему миру, и в этoм отнoшении GEANT4 выступaет в качестве хрaнилища, котoрoе включает в себя бoльшую чaсть всегo, чтo известнo о взaимодействиях чaстиц. В GEANT4 учитываются следующие физические процессы [31]: Электромагнитные взаимодействия: процессы с участием гамма-квантов: фотоэффект (G4PhotoElectricEffect), комптоновское рассеяние (G4ComptonScaterring), образование электрон-позитронных пар (G4GammaConversation), образование мюонных пар (G4GammaConversationToMuons), комптоновское рассеяние линейно поляризованных гамма-квантов (G4PolarizedCompton), рэлеевское рассеяние); процессы, общие для всех заряженных частиц: многократное рассеяние (G4MultipleScaterring), переходное излучение (G4TransitionRadiation, сцинтилляционный эффект (G4Scintillation), эффект Черенкова (G4Cerenkov), фотоабсорбционная ионизационная модель (G4PAIModel); процессы с участием электронов и позитронов: ионизация (G4eIonization), тормозное излучение (G4eBremsstrahlung), аннигиляция позитронов в гамма-кванты (G4eplusAnnihilation), аннигиляция в мюоны (G4eplusAnnihiToMuPair), синхротронное излучение (G4SynchrotronRadiation); процессы с участием мюонов: ионизация (G4MuIonization), тормозное излучение (G4MuBremsstrahlung), мюонные фотоядерные взаимодействия, образование электрон-позитронных пар (G4MuPairProduction); процессы с участием заряженных адронов: ионизация (G4hIonisation). Процессы с участием адронов, сильное взаимодействие (лептонадронные взаимодействия, сечения фотоядерных и др.), а также множество узкоспециализированных моделей специфических физических процессов. Также GEANT4 является набором библиотек и классов, при помощи которых можно описать следующие аспекты компьютерного моделирования [32]: Тип и свойства используемых частиц. К примеру, с помощью класса G4ParticleDefinition возможно задать такие свойства частицы как масса, спин, моды распада и т.д., а класс G4DynamicParticle реализует такие динамические характеристики частиц, как энергия, момент количества движения, поляризация и т.д. Генерация первичных частиц. За генерацию первичных частиц отвечает класс G4PrimaryGeneratorAction, в котором существует можно задавать тип, свойства, а также форму пучка. Физические процессы, обуславливающие взаимодействие частиц. В классе G4PhysicsList создаются все частицы, а также процессы, которые могут с ними происходить. Так как создание такого пакета является очень сложной процедурой, где нужно учитывать массу деталей, то обычно используют готовые пакеты, специализированные для определенных целей. Получение информации о каждом событии, треках и ее хранение. В классе G4Event содержится информация о каждом событии в процессе моделирования. А класс G4Step отвечает за информацию о каждом шаге моделирования. Задание геометрии системы. Основной класс, который отвечает за геометрию системы – это G4DetectorConstruction. Он позволяет создавать компьютерную модель реального объекта, со всеми присущими ему свойствами: размер, материал, относительное расположение частей и т.д. Материалы, из которых состоит геометрия системы. Для пользователя предоставлен широкий простор для реализации нужных ему материалов, так как в GEANT4 возможно создавать материалы, начиная с создания элементов (класс G4Element). А из созданных элементов создается сам материал. Материал можно создавать несколькими способами, например, из элементов создать молекулы или смесь нескольких элементов с определенным весовым коэффициентом. Чувствительные области геометрии, при попадании частиц в которые будет происходить анализ их движения. Эти операции определяются посредством класса G4SensitiveDetector. Визуализация. В GEANT4 возможно визуализировать геометрию и треки частиц в процессе моделирования с помощью следующих графических систем OpenGL, OpenInventor, HepRep, DAWN, VRML, RayTracer, ASCIITree. Выше приведены лишь основные аспекты компьютерного моделирования и соответствующие им классы. Все классы программы осуществляют запрограммированную в них начальную функциональность. Это позволяет разработчику, использующему комплекс GEANT4, вносить изменения лишь в те классы, которые не подходят своей начальной функциональностью решаемой задаче. На практике это значит, что практически всегда нужно изменять классы отвечающие за геометрию системы, применяемые материалы, описание задействованных частиц и их взаимодействий, сбор данных моделирования, но не требуется изменять классы, реализующие самый сложный (в плане программирования) процесс – непосредственный процесс прохождения частиц и их взаимодействие с веществом [30]. |