ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 распространение высокоэнергичного излучения в пространстве 6
ГЛАВА 2 GEANT4 12
2.1 Разработка GEANT4 12
2.2 Описание пакета GEANT4 14
2.3 Описание физических процессов 22
2.4 Описание алгоритмов 23
2.5 Описание архитектуры 25
2.6 Управление программой моделирования 28
2.7 Метод Монте-Карло 30
ГЛАВА 3 Результаты моделирования 34
3.1 Описание экспериментальной установки 34
3.2 Результаты моделирования 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 43
ПРИЛОЖЕНИЕ
Радиационная физика, космология, ядерная медицина и во многие другие направления современной науки предполагают владение информацией об элементарных процессах происходящих при взаимодействии частицы с веществом мишени. В настоящее время, эксперимент в физике частиц, практически всегда, представляет собой многократное измерение совокупности случайных процессов — взаимодействия частиц и прохождения их через детектор. Аналитическое решение задачи о прохождении частиц через вещество описывается интегро-дифференциальными уравнениями, при этом, учет дополнительных процессов приводит к появлению дополнительных интегралов рассеяния, что существенно усложняет решение подобных уравнений. Альтернативой является метод Монте-Карло, который даёт удобный способ расчёта результатов таких измерений [1]. Недостатком же подхода является потребность в больших вычислительных мощностях, однако на современном оборудовании данная задача вполне решаема .
Исследования в настоящее время направлены на ещё более глубокое освоение устройства мира, и если ещё несколько десятилетий назад для проведения экспериментов были нужны скромные установки вроде микроскопа или барокамер, то в настоящее время наука ушла вперёд настолько, что для получения новых знаний, нужны гораздо более сложные и, соответственно, дорогие установки - коллайдеры, синхротроны, спутники и др. И такие установки, несомненно, потребляют огромное количество материальных средств. Каждый запуск расходует много рабочего времени и ресурсов, поэтому важно уменьшить их количество до возможного минимума, рассчитав все параметры заранее. Особое значение имеет постоянно растущий спрос на крупномасштабное, точное и всестороннее моделирование прохождения частиц через детекторы, используемые в этих установках. Спрос обусловлен ростом размера, сложности и чувствительность детекторов и поддерживается появлением недорогих, высокопроизводительных компьютерных систем, на которых становиться возможным проводить большие и сложнее симуляции [2].
Как раз для таких задач были разработаны инструменты для компьютерного моделирования, чтобы правильно подобрать параметры запуска. Для высокой точности калибровки оборудования, производятся тысячи и даже миллионы тестовых прогонов до реального запуска установки, и для этого требуется мощная вычислительная техника, например, достаточно распространённые сейчас кластеры и дпб-системы с установленным на ней программным обеспечением для моделирования экспериментов. И GEANT4 является одним из таких инструментов.
Целью данной выпускной работы является проведение моделирования переноса заряженных частиц через вещество средствами программного комплекса GEANT4.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Развёртывание программного комплекса GEANT4.10.5
2. Программная реализация экспериментальной установки
3. Систематизация и анализ полученных данных
В настоящее время задача моделирования взаимодействия излучения с веществом (тяжелых заряженных частиц, протонов, нейтронов, электронов, гамма-квантов, мюонов) является актуальной во многих направлениях научных исследований. Инструмент моделирования GEANT 4, использованный нами, имеет такие преимущества, как гибкое описание геометрии, наличие нескольких драйверов для визуализации, множество физических моделей взаимодействия частиц с веществом. Метод Монте-Карло, реализованный в GEANT 4, даёт возможность рассчитывать случайные процессы - взаимодействие частиц и прохождения их через детектор, не прибегая к решению сложных интегро - дифференциальных уравнений.
Так же следует отметить, что проект GEANT 4 развивается. Используя созданные библиотеки, можно решать многие типовые задачи, например, в CERN с помощью библиотек GEANT 4 моделируются многие узлы большого адронного коллайдера. Поэтому разработка программ моделирования на основе библиотек GEANT 4 является перспективным способом моделирования.
В ходе выполнения работы были собраны теоретические данные о комплексе моделирования. Была произведена установка и настройка программы GEANT 4, версии 1О.О5.р04.
В ходе тестового моделирования были получены данные о потерях энергии частицами при прохождении блока свинца.
Были реализованы методы получения углового распределения частиц. Получены распределения частиц на выходе из блока вещества для первичных протонов и электронов с различными энергиями.
