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标题:
Geant4程序控制流程及各个模块详解
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作者:
鸿飞冥冥
时间:
2015-4-8 10:04
标题:
Geant4程序控制流程及各个模块详解
Geant4
程序控制流程
首先必须编写一个主控程序,在这个主程序中,还必须完成几个关键的子程序模块的编写,他们是系统几何模型的建立,材料的定义,源描述,指定物理过程,结果输出和可视化
Geant4
模块
几何系统构建:
在建立系统的几何模型时,需要对几何形状,物质材料,电子学属性,空间位置还有一些可视化属性进行描述。
ü
世界体
:
在
Geant4
中,一个几何系统由多个几何体构成。最大的几何体被称为世界体
.
它必须包含几何系统中的所有其他的几何体。通常我们可以用最简单的正方体来定义世界体
. (
定义世界体的目的是当粒子穿过世界体时,被舍弃
)
ü
Logical:
为了描述
Volume
的形状,
Geant4
引入了
Solid
的概念。
Solid
是指具有固定形状和确定尺寸的几何对象。如边长为
10
厘米的立方体就是一个
Solid
。
Geant4
可以定义长方体,圆柱体,圆锥,平行六面体,四棱台,球体,特殊的几何多面体,椭圆柱。
ü
物理体
:
为了定位几何体的空间位置和各几何体之间的逻辑关系,需要使用物理体。物理体可以通过准确的坐标定位把逻辑体放到另外一个几何体中。
Geant4
程序构建起的几何系统符合
STEP
标准。
STEP
标准是在
CAD
系统间进行几何数据交换所定义的协议标准。这样,对于比较复杂的几何系统,我们可以先通过具有
STEP
标准的软件先搭建起来,然后再导入到
Geant4
程序中。
Geant4
程序的几何错误主要指的是
Volumes
之间出现重叠。当粒子被跟踪到重叠区域时,程序无法确定粒子输运到了那个区域。
Geant4
也可通过功能强大的外部可视化程序
DAVID
进行几何错误检测。
DAVID
程序能够自动检测在
Geant4
定义中的
Volumes
是否重叠。并且通过图形对错误进行标明
材料定义
ü
Geant4
可定义我们所认知的绝大部分粒子
ü
自带
100
多种已定义好的粒子。常用粒子:中子,质子,光子,电子。通常用户不再需要另外定义自己的粒子。
ü
原子:通过原子序数,核子数,原子量,
Shell Energy
,密度,状态,压力,温度等参数来定义。
ü
分子:通过在它之中的各种原子的数目来定义。
ü
混合物:通过指定它含有的各种元素的质量百分比来定义。
ü
另外,我们还可以从
Geant4
的材料数据库中直接获得材料的定义。
Geant4
程序的材料库提供了许多常用的材料定义,如水,空气等。
物理过程
ü
对应每种粒子,
Geant4
程序提供了非常齐全的物理过程。
ü
电子:电子韧致辐射
,正电子静止湮没
,正电子飞行湮没
等
ü
光子:光电效应
,康普顿散射
,对生成
,三产生等
记数
ü
现在,
Geant4
程序还不能直接获得记数,不象其他粒子模拟程序提供了多个记数。如点通量,面通量、体通量、径迹长度计数、能量沉积等,都可选择输出。
ü
但是,
Geant4
程序在粒子输运过程中,提供了方便的接口可以获得粒子每一步的详细信息,包括空间位置
,
能量
,
运动方向
,
飞行时间
,
所在几何体
,
累计径迹长度
,
用户可以根据自己的实际需要,利用这些参数获得自己想要得结果。
ü
可见,这种获得计数的方式显得更灵活。
可视化
ü
Geant4
程序中可以对粒子模拟系统的几何模型,粒子的输运轨迹,粒子的碰撞点进行图形显示。
ü
Geant4
利用抽象接口连到外接图形程序,实现可视化。
ü
可利用的图形程序:
DAWNFILE HepRep
-
File VRMLFILE OPENGL RayTracer
ü
现在,许多国家的研究室对
Geant4
的几个重要的子模块开发出了图形化的编辑器,他们能够自动生成程序的源代码。图形化几何编辑器
(GGE)
、图形化物理过程编辑器
(GPE)
、图形化程序控制器
(GAG)
、图形化结果分析器
(AIDA)
尽管针对
Geant4
程序开发的可视化程序功能越来越强,可以快速的对几何系统,粒子定义,物理过程等方面快速的描述。但在主控程序,结果输出方面必须进行手编程序。
为了提高效率,降低方差,总是要针对不同的问题,采用相应的蒙特卡罗方法技巧。如几何分裂和赌,重要抽样,源偏倚,指数变换,强迫碰撞,
DXYRAN
球技巧以及权窗等
,Geant4
要使用这些技巧需要手编程序来完成。
转自
www.52mc.net
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