多用途蒙卡程序FLUKA新功能及未來展望 |
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| 發(fā)布者：admin 發(fā)布時間：[2022-11-9 15:13:52] [返回上一頁] |
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FLUKA是一種通用的蒙特卡羅代碼，能夠描述任何粒子和原子核類型在復雜幾何形狀中的傳遞和相互作用，能量范圍從熱中子延伸到超相對論強子碰撞。它在加速器設計、探測器研究、劑量學、輻射防護、醫(yī)學物理學和航天器空間粒子效應等研究方面有許多應用。第四代FLUKA在醫(yī)學物理方面做了很大改進。 2019年，歐洲核子研究中心CERN和意大利國家核物理研究所INFN作為FLUKA版權所有者，結束了正式的合作框架，以滿足FLUKA用戶社區(qū)不斷變化的需求，并確保代碼的長期可持續(xù)性。為此，歐洲核子研究中心成立了FLUKA合作組。 本文說明了FLUKA4代碼中新發(fā)布或當前已經(jīng)實現(xiàn)的物理過程：探測器晶體的相干效應及帶電粒子在電場中的運動。圖1對比電場對粒子的偏轉。在CERN新的許可條件下，進一步促進更多用戶對代碼的訪問，以及相互比較。圖1. FLUKA(點)和分析計算(固體曲線)電子(紅色)和正電子(藍色)軌跡之間的比較，從坐標原點開始沿著各自箭頭指示的方向，在沿Y軸的511 kV/cm電場中，能量范圍為0.1~20 MeV FLUKA廣泛用于評估放射性生物效應和臨床應用，在Flair圖形界面的強大支持下，其新一代(http://flair.cern提供)現(xiàn)在提供了額外的功能，例如，具有照片級真實感渲染的高級3D可視化功能以及對醫(yī)療影像標準體積可視化的支持。 FLUKA合作組投入了大量精力，使Flair v3成為一個獨立的工作環(huán)境，可在醫(yī)學物理應用中使用FLUKA。最近的發(fā)展包括DICOM 處理器的改進，通過內置從HU單元到材料成分的自動轉換，促進體素幾何形狀的生成。例如，現(xiàn)在可以將布爾運算應用于預定義的感興趣區(qū)域(ROI)，自定義仿真中的材料分配。此外，F(xiàn)lair現(xiàn)在包括一個DICOM編輯器，用于執(zhí)行常見任務，例如匿名患者信息以及日常編輯DICOM標簽。嵌入式RTViewer可幫助用戶將治療計劃系統(tǒng)的計劃劑量與FLUKA的模擬劑量進行比較。包括一個自動劑量—體積—直方圖發(fā)生器(DVH)�？梢詫隦TPLAN模態(tài)DICOM文件，以便為FLUKA生成相應的主源卡。此外，RTDOSE模態(tài)DICOM文件可以轉換為FLUKA的標準3D網(wǎng)格評分(USRBIN)，它不僅可以在Flair中輕松以2D和3D形式可視化，還可以用作進一步模擬的體積的主要來源。還實現(xiàn)了從USRBIN到RTDOSE的反轉換。圖2. 使用Flair v3中提供的新渲染器，對體素渲染和光子束照射的劑量分布進行體積可視化 在航天器件空間輻射效應領域，有些情況下，常規(guī)地層測試無法完成，我們也可以使用新一代FLUKA4進行有效測試。在可能的情況下，從單粒子效應(SEE)模擬和基準測試中獲得針對各種輻射類型和能量的指導性結果。輻射效應可分為累積效應和隨機效應。蒙特卡羅代碼特別適合于預測和更好地理解后者，后者具有隨機和單一事件的性質。這種能力尤其適用于高能加速器應用。 目前的FLUKA代碼已達到高度成熟程度，但其僵化的結構和程序擬訂范例對未來的貢獻和發(fā)展構成了內在的限制。雖然改進和擴展FLUKA的物理性能仍然是一個關鍵目標，但旨在對代碼架構進行實質性演變的開發(fā)活動已經(jīng)開始。實現(xiàn)代碼庫的現(xiàn)代化、提高其模塊化并加強協(xié)作環(huán)境，這是確保FLUKA長期可持續(xù)的重要途徑。新代碼將基于C++，從面向對象設計的優(yōu)勢中獲益。同時，主要目標是提高用戶友好性，并提供一組豐富的內置選項，超越當前FLUKA版本的現(xiàn)有功能。 該開發(fā)項目的第一階段名為Moira，目前處于探索階段。為了促進與其他蒙特卡羅規(guī)范的協(xié)同作用并從現(xiàn)有的開發(fā)工作中受益，新代碼將基于Geant 4框架。FLUKA的技術功能被轉化為基于Geant 4的應用程序，結合了廣泛的現(xiàn)有FLUKA功能(例如評分、偏置、放射性衰變計算)。在可用的情況下，將利用Geant 4的現(xiàn)有功能。 新代碼將繼續(xù)支持基于當前FLUKA輸入格式的組合幾何圖形，使用Flair作為外部幾何導航器。同時，它還將提供與Geant 4兼容的幾何圖形描述的訪問，例如GDML格式。將提供一組多功能的內置評分選項，可用于任何類型的幾何描述。Moira將與Flair緊密集成，以便通過圖形用戶界面和高級幾何查看器保持直觀的視覺用戶體驗。(質子中國 編輯報道)參考文獻：C. Ahdida, D. Bozzato, D. Calzolari, et al. New Capabilities of the FLUKA Multi-Purpose Code. Frontiers in Physics.2022 Jan 27:788253. |
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