多用途蒙卡程序FLUKA新功能及未来展望 |
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| 发布者：admin 发布时间：[2022-11-9 15:13:52] [返回上一页] |
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FLUKA是一种通用的蒙特卡罗代码，能够描述任何粒子和原子核类型在复杂几何形状中的传递和相互作用，能量范围从热中子延伸到超相对论强子碰撞。它在加速器设计、探测器研究、剂量学、辐射防护、医学物理学和航天器空间粒子效应等研究方面有许多应用。第四代FLUKA在医学物理方面做了很大改进。 2019年，欧洲核子研究中心CERN和意大利国家核物理研究所INFN作为FLUKA版权所有者，结束了正式的合作框架，以满足FLUKA用户社区不断变化的需求，并确保代码的长期可持续性。为此，欧洲核子研究中心成立了FLUKA合作组。 本文说明了FLUKA4代码中新发布或当前已经实现的物理过程：探测器晶体的相干效应及带电粒子在电场中的运动。图1对比电场对粒子的偏转。在CERN新的许可条件下，进一步促进更多用户对代码的访问，以及相互比较。图1. FLUKA(点)和分析计算(固体曲线)电子(红色)和正电子(蓝色)轨迹之间的比较，从坐标原点开始沿着各自箭头指示的方向，在沿Y轴的511 kV/cm电场中，能量范围为0.1~20 MeV FLUKA广泛用于评估放射性生物效应和临床应用，在Flair图形界面的强大支持下，其新一代(http://flair.cern提供)现在提供了额外的功能，例如，具有照片级真实感渲染的高级3D可视化功能以及对医疗影像标准体积可视化的支持。 FLUKA合作组投入了大量精力，使Flair v3成为一个独立的工作环境，可在医学物理应用中使用FLUKA。最近的发展包括DICOM 处理器的改进，通过内置从HU单元到材料成分的自动转换，促进体素几何形状的生成。例如，现在可以将布尔运算应用于预定义的感兴趣区域(ROI)，自定义仿真中的材料分配。此外，Flair现在包括一个DICOM编辑器，用于执行常见任务，例如匿名患者信息以及日常编辑DICOM标签。嵌入式RTViewer可帮助用户将治疗计划系统的计划剂量与FLUKA的模拟剂量进行比较。包括一个自动剂量—体积—直方图发生器(DVH)。可以导入RTPLAN模态DICOM文件，以便为FLUKA生成相应的主源卡。此外，RTDOSE模态DICOM文件可以转换为FLUKA的标准3D网格评分(USRBIN)，它不仅可以在Flair中轻松以2D和3D形式可视化，还可以用作进一步模拟的体积的主要来源。还实现了从USRBIN到RTDOSE的反转换。图2. 使用Flair v3中提供的新渲染器，对体素渲染和光子束照射的剂量分布进行体积可视化 在航天器件空间辐射效应领域，有些情况下，常规地层测试无法完成，我们也可以使用新一代FLUKA4进行有效测试。在可能的情况下，从单粒子效应(SEE)模拟和基准测试中获得针对各种辐射类型和能量的指导性结果。辐射效应可分为累积效应和随机效应。蒙特卡罗代码特别适合于预测和更好地理解后者，后者具有随机和单一事件的性质。这种能力尤其适用于高能加速器应用。 目前的FLUKA代码已达到高度成熟程度，但其僵化的结构和程序拟订范例对未来的贡献和发展构成了内在的限制。虽然改进和扩展FLUKA的物理性能仍然是一个关键目标，但旨在对代码架构进行实质性演变的开发活动已经开始。实现代码库的现代化、提高其模块化并加强协作环境，这是确保FLUKA长期可持续的重要途径。新代码将基于C++，从面向对象设计的优势中获益。同时，主要目标是提高用户友好性，并提供一组丰富的内置选项，超越当前FLUKA版本的现有功能。 该开发项目的第一阶段名为Moira，目前处于探索阶段。为了促进与其他蒙特卡罗规范的协同作用并从现有的开发工作中受益，新代码将基于Geant 4框架。FLUKA的技术功能被转化为基于Geant 4的应用程序，结合了广泛的现有FLUKA功能(例如评分、偏置、放射性衰变计算)。在可用的情况下，将利用Geant 4的现有功能。 新代码将继续支持基于当前FLUKA输入格式的组合几何图形，使用Flair作为外部几何导航器。同时，它还将提供与Geant 4兼容的几何图形描述的访问，例如GDML格式。将提供一组多功能的内置评分选项，可用于任何类型的几何描述。Moira将与Flair紧密集成，以便通过图形用户界面和高级几何查看器保持直观的视觉用户体验。(质子中国 编辑报道)参考文献：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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