معرفی اجزای یک مثال Geant4

معرفی اجزای یک  مثال Geant4

 هر مثال  به صورت فولدری هست که از دو فولدر src و include و تعدادی فایل تشکیل شده است. برای درک و آَشنایی بهتر لطفاً از قسمت مثال‌ها و فولدر basic مثال B1 را باز کنید.

• در فولدر اصلی یک فایل با عنوان  exampleB1.cc  قرار دارد که از این به بعد به عنوان main  برنامه نامیده می‌شود. این فایل با پسوند cc. فایل اصلی‌اس است که ارتباط بین اجرای برنامه را نشان خواهد داد.
•  فولدر src و  include شامل اجزای سازنده برنامه هستند. می‌توان گفت اکثر تغییرات باید در کلاس‌های فولدر src رخ بدهد.
• به ازای هر کلاسی که در فولدر src با پسوند cc وجود دارد، کلاس مشابه آن در فولدر include و با پسوند hh باید وجود داشته باشد. به این معنا که اگر در برنامه‌ای نیاز بود کلاسی به برنامه‌تان اضافه کنید باید هر دو بخش در فولدرها کپی کنید.

دقت کنید که با اضافه شدن کلاسی به برنامه، باید دوباره cmake انجام دهید. ولی برای تغییرات در هر کلاس فقط نیاز به make کردن هست.

حال به فولدر src بروید.

• اولین کلاس که B1ActionInitialization نام دارد، کلاسی است که به شما کمک خواهد کرد برنامه را به روش موازی یعنی درگیر کردن همه coreهای سیستم اجرا کنید. این روش در نسخه‌های 4.10 به بالا به برنامه اضافه شده است و روش MULTITHREADED مالتی ترد نام دارد. برای اطلاعات بیشتر این قسمت را ببینید.

• دومین کلاس B1DetectorConstruction نام دارد. در این کلاس اجزای سازنده شبیه‌سازی‌تان را وارد خواهید کرد. ابتدا باید یک فضا به نام جهان بسازید. سپس همه اجزای دیگر در آن قرار خواهند گرفت. به عبارت دیگر مختصات اجزای اصلی نسبت به مبدأ جهان تعریف خواهد شد. برای هر هندسه‌ای که تعریف می‌کنید ابتدا باید تعیین کنید که شکل هندسی آن چیست مانند اینکه کره هست یا مکعب یا .... سپس جنس آن را باید تعیین کنید یعنی از آب ساخته شده است یا سرب یا .... سپس محل قرارگیری و جهت آن را  باید نسبت به مادرش مشخص کنید. برای اطلاعات بیشتر این قسمت را ببنید.

• سومین کلاسی که در همه مثال‌ها مشاهده خواهید کرد کلاس B1PrimaryGeneratorAction است. در این کلاس کیفیت و کمیت تابش وارد شده به هندسه مساله باید تعیین کنید. یعنی چه ذره تابشی، با چه انرژی، در چه جهتی و از کجا و چگونه بتابد. برای اطلاعات بیشتر این قسمت را ببینید.

• با تعیین هندسه مساله و نوع تابش، نیاز هست که فیزیک رخدادها نیز تعیین گردد. به این معنی که آن ذره تابشی به چه طریقی در محیط یا همان هندسه مساله ردیابی بشود. به  این کلاس Physicslist می‌گویند. در نسخه‌های جدید Geant4 یعنی بالای 10  این امکان وجود دارد که شما  در main  برنامه بسته فیزیک لیست را معرفی کنید. در مثال B1 از یک بسته خاص فیزیک استفاده شده است. اگر به فولدر اصلی برنامه برگردید و main آن را باز کنید می‌توانید فیزیک لیست تعیین شده را ببینید "QBBC". با ctrl+F به راحتی کلمات یا دستورات دلخواه را در برنامه پیدا کنید.

با تعیین شدن این سه کلاس اصلی یعنی Physicslist، PrimaryGeneratorAction و DetectorConstruction برنامه شبیه‌سازی شما تکمیل شده است به این معنا که با اجرای برنامه، با توجه به فیزیک تعریف شده، تابش تعریف شده در هندسه تعیین شده ردیابی خواهد شد تا جایی که با توجه به انرژی تابشی ذره و فیزیک و هندسه مساله امکان ردیابی آن باشد و همچنین تابش از محیط خارج نشده باشد.

برون کشی داده

برای داشتن اطلاعات رخ داده در هر بخش هندسه، باید کاربر اطلاعات مورد نظر را خودش مشخص کند و سپس به کمک دستوارت و کلاس‌های خاصی استخراج کند. برای اطلاعات بیشتر این صفحه را ببنید.

نحوه اجرای مثال‌ها

نحوه اجرای  مثال‌ها با  روش cmake

• در فولدر نصبی برنامه یعنی مسیر زیر مثال‌های معرفی شده  قرار دارند. یک کپی از آن را به home یا هر محل دیگری از سیستم عامل‌تان بیاورید.   ( ابتدا گزینه home  را از  desktop انتخاب کنید و از قسمت آخرین گزینه‌ی منوی  سمت چپ، other locations و سپس computer را انتخاب کنید. حال فولدر usr را پیدا کنید و ...)

 \usr\local\include\geant4.10.02\share\Geant4-10.2.3\examples\

• به عنوان اولین مثال \basic\B1\ را انتخاب کنید.
• کنار فولدر مثال‌تان یک فولدر با نام B1_build بسازید.
• در فولدر B1_build ترمینال را باز کنید تا در همان مسیر، ترمینال باز شود.
• برای اجرای برنامه به روش  cmake  باید دستورات زیر را وارد کنید. قسمت اول دستور مسیر کتابخانه Geant4  است و قسمت دوم مسیر محل قرارگیری سورس برنامه یعنی همان B1 است.
• روش دیگر که ساده تر هست و نیازی به آدرس دهی ندارد، این است که درون فولدر مثال مورد نظر، یک فولدر به نام build بسازید و درون آن ترمینال را باز کنید و سپس برای  cmake کردن باید عبارت زیر را،  که بین عبارت و دونقطه فاصله هست را تایپ کنید. ادامه روش مشابه هست.

• cmake  -DGeant4_DIR=/usr/local/include/Geant4-­10.3-install/lib/Geant4-­10.3     Home/examples/B1 خط اول روش اول است و خط زیر روش ساده تر است. cmake ...

•  سپس  دستور  make را وارد کنید.
• اگر مثلاْ  j8- را بعد از دستور میک بنویسید تعداد هسته های سیستم را با آن عدد مشخص کردید. بنابراین برنامه سریع تر میک می شود.
• در انتها نام برنامه را  که در انتهای make شدن در ترمینال می‌بینید به صورت exampleB1/. وارد کنید.
• در این زمان باید محیط هندسی مثال تان را مشاهده نمایید.

---

چند نکته دیگر

• می‌توانید  در محیط Qt عبارت  run/beamOn 100/ را تایپ کنید و تابش 100 ذره در محیط هندسه‌تان را مشاهده نمایید.
• می‌توانید در محیط Qt عبارت      control/execute/ run1.mac  را به اضافه ی نام ماکرو مثل اینجا وارد کنید و فایل‌های ماکرو را اجرا نمایید.
• دستورات ذکر شده را از منوی سمت چپ و گزینه help می‌توانید انتخاب کنید.
• پیشنهاد می‌کنم باقی دستورات را هم نگاهی بیاندازید.
• از منوی سمت چپ محیط و گزینه اول  (scene tree) هم می توانید به اجزای هندسه دسترسی داشته باشید و آنها را  با تیک زدن و نزدن،  خاموش و روشن کنید.
• با تغییر دادن فایل‌های ماکرو، نیازی نیست برنامه make  شود. به عبارت دیگر فایل ماکرو خارج از محیط برنامه نویسی است و تغییراتش را می‌توان به طور مستقیم با اجرای دوباره مثال مشاهده کرد.
• اگر در کلاس‌های src یا include یا main  برنامه تغییری دادید، حتماً قبل از اجزای مثال باید make کنید.
• تنها زمانی به cmake  کردن نیاز دارید که فایلی با پسوند .hh  و .cc به کلاس های برنامه اضافه کرده باشید.
• در فایل vis.mac هم با کامنت کردن عبارت vis/open OGL 600x600-0+0/#  (علامت کامنت کردن #) می‌توانید نمایش هندسه را خاموش کنید. هنگامی که از برنامه طراحی شده‌تان مطمئن شدید، پیشنهاد می‌کنم حتماً برای اجراهای اصلی‌تان، هندسه را خاموش کنید.

به دنیای Geant4 خوش آمدید.

نصب Geant4

نصب geant4 بر روی سیستم عامل لینوکس

نصب پیش‌نیازها

1. ابتدا سیستم عامل را با دستورات زیر آپدیت و آپگرید نمایید:
2.  sudo apt-get update و sudo apt-get upgrade
3. سپس کتابخانه‌های مورد نیاز را نصب کنید.
4.  پیشنهاد می‌دهم هر برنامه را جداگانه نصب کنید تا از نصب تک تک کتابخانه‌ها مطمئن شوید. زیرا نصب نشدن هر کتابخانه مساوی است با دیدن خطایی خاص هنگام نصب برنامه!
5.  همچنین اگر برای نصب هر کتابخانه خطایی مشاهده کردید با جستجو در انجمن‌های معرفی شده حتماً راه حل مناسب را خواهید یافت. 
6. می‌توانید در قسمت نظرات هم خطای خود را اعلام بفرمایید. 

• sudo apt-get install g++ 
• sudo apt-get install  libxmu-dev 
• sudo apt-get install  freeglut3-dev
• sudo apt-get install  mesa-common-dev
• sudo apt-get install  mesa-utils
• sudo apt-get install  libglu1-mesa
• sudo apt-get install libgl1-mesa-dev
• sudo apt-get install  libgl1-mesa-dri
• sudo apt-get install  libxi-dev 
• sudo apt-get install  libxerces-c-dev
• sudo apt-get install expat 
• sudo apt-get install libexpat-ocaml
• sudo apt-get install libexpat-ocaml-dev 

• نصب cmake نسخه 3.5 به بالا
•  از سایت سی میک   نسخه مرتبط به لینوکس  Uinx/Linux Source با فرمت  tar.gz. را دانلود کنید.
• سپس آن را  extract کنید.
• حال در فولدر برنامه ترمینال را در همان آدرس باز کنید و دستور  configure/.   را وارد و اجرا کنید.  اگر فایل درست دانلود شده باشد، با نوشتن حرف اول دستور و زدن کلید tab باید دستور کامل شود.
• سپس make  کنید. (دستور make  را در ترمینال وارد کنید.)
• در نهایت make install  را وارد کنید. 
• اگر هنگام نصب برنامه با خطای دسترسی به مسیر نصب مواجه شدید  عبارت sudo  را قبل از دستور اصلی وارد کنید و  نصب برنامه را پیش ببرید.

دانلود Geant4

•  آخرین نسخه را از منوی سمت راست سایت اصلی دانلود کنید.
• سعی کنید نسخه بتا را دانلود نکنید.
•  پیشنهاد می‌شود حتماً از یک نرم افزار دانلود برنامه مثل Internet Download Manager  استفاده کنید. زیرا ممکن است فایل ها به طور کامل دانلود  نشوند.
• فایل‌های زیر را دانلود کنید.

نصب Geant4

• گرافیک برنامه
• اگر برای دیدن گرافیک برنامه علاقمند به دیدن تصاویر سه بعدی هستید پیشنهاد می‌شود Qt را نصب کنید. 
• البته برنامه‌های دیگری را تیم اصلی پیشنهاد داده است که به فراخور نیازتان می‌توانید آنها را انتخاب کنید. 
• برنامه qt  را باید قبل از نصب Geant4، با دستور زیر در ترمینال نصب کنید:

 sudo apt-get install qtdeclarative5-dev qml-module-qtquick-controls

• این لینک و این لینک   را ببینید.

• نصب Geant4
• پیشنهاد می‌شود مسیر نصب را /usr/local/include/ انتخاب نمایید. ( ابتدا گزینه home  را از  desktop انتخاب کنید و از قسمت آخرین گزینه‌ی منوی  سمت چپ، other locations و سپس computer را انتخاب کنید. حال فولدر usr را پیدا کنید و ...)
• با نوشتن دستور sudo  chmod  ­-R  777 /usr/local/include در ترمینال،  دسترسی به این مسیر برای نصب و اجرای برنامه‌ها به وجود خواهد آمد.  در غیر این صورت حین اجرای مثال ها با مشکل مواجه خواهید شد.
• همه‌ی فایل‌های دیتا (تصویر دوم دانلودها) را در این مسیر و در فولدری به نام data  قرار دهید. نیازی به extract کردن آنها نیست.
• فایل سورس برنامه (تصویر اول دانلود) را هم در این مسیر و کنار فولدر data   قرار دهید. البته باید آن را  extract  کرده باشید.
• به اسم فولدر برنامه source_  اضافه کنید که حین نصب برنامه برایتان مشخص باشد.
• یک فولدر با نام build در کنار data و source برنامه بسازید تا نصب را در آن فولدر ادامه دهید.
• حال به مسیر زیر بروید: /usr/local/include/geant4­-10-3_source/cmake/Modules
• فایل Geant4InstallData.cmake را پیدا کنید و در آن با ctrl+f عبارت cern را جستجو کنید تا عبارت زیر را بیابید: 

set GEANT4_DATASETS_URL  http://geant4.cern.ch/support/source

• حال به جای آدرس سایت سرن محل قرارگیری فایل data خودتان را جایگذاری کنید. یعنی /usr/local/include/data/
•  با این کار به جای دانلود مستقیم از سایت سرن و نیاز به اینترنت و ... دیتاها از روی سیستم خودتان خوانده خواهد شد.
• حال به فولدر build بروید و ترمینال را در آن آدرس باز کنید. سپس عبارت زیر را در آن وارد کنید و کلید inter را بزنید.

cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local/include/geant4.10.03          /usr/local/include/geant4.10.03_source -DGEANT4_INSTALL_DATA=ON -DGEANT4_INSTALL_EXAMPLES=ON -DGEANT4_USE_OPENGL_X11=ON -DGEANT4_USE_GDML=ON -DGEANT4_USE_RAYTRACER_X11=ON  -DGEANT4_BUILD_MULTITHREADED=ON -DGEANT4_USE_QT=ON

• آدرس اول /usr/local/include/geant4.10.03  محل نصب برنامه است و آدرس دوم /usr/local/include/geant4.10.03_source محل قرارگیری سورس برنامه است. می‌توانید به آدرس اول یک پسوند Install اضافه کنید تا برایتان واضح‌تر شود.
• اگر پیش نیاز qt را نصب کرده‌اید می‌توانید GEANT4_USE_QT=ON- را در cmake باقی بگذارید. با این کار برنامه گرافیکی شما قابلیت‌های خوبی را برای نمایش گرافیک خواهد داشت.
• اگر این دستور را در این مرحله وارد نکنید برنامه گرافیکی شما برنامه ساده opengl خواهد بود.
• با  قرار دادن  DGEANT4_BUILD_MULTITHREADED=ON-  در دستور نصب قادر خواهید بود با دستوراتی در برنامه‌‌هایتان همه core های سیستم را در حین اجرای برنامه درگیر کنید.
• بعد از اتمام این مرحله، make را در ترمینال وارد کنید. با نوشتن  make -j5 در حین اجرای برنامه مثلاً 5 هسته سیستم درگیر خواهد شد و فرایند نصب سریع‌تر پیش می‌رود.
• این مرحله زمان بیشتری نسبت به مراحل دیگر نیاز دارد.
• پس از اتمام این مرحله،  make install را در ترمینال وارد کنید. 
• قاعدتاً نباید مشکل و خطای دسترسی ببینید. با نوشتن عبارت sudo  قبل از دستور بالا، این مشکل رفع خواهد شد.  (حتماْ حواستان باشد که باید دستور sudo  chmod  ­-R  777 .... را قبل از شروع فرآیند نصب زده باشید و دیدن خطا در این مرحله می تواند به دلیل فراموش کردن وارد کردن این دستور باشد.)
• در مرحله آخر نصب باید در home سیستم عامل تان،  با  کلید ترکیبی ctrl+h فایل مخفی شده  bashrc. را نمایان کنید. سپس دو خط زیر را با توجه به مسیر فولدر Geant4 نصب شده در انتهای فایل وارد کنید. برای اینکه اشتباه تایپی و ... رخ ندهد بهتر است که به  آدرس مشخص شده بروید و با زدن ctrl+l آدرس بار محل نمایان می‌شود و حال همان را در انتهای فایل .bashrc وارد کنید.

source    /usr/local/include/geant4.10.02-install/bin/geant4.sh

source   /usr/local/include/geant4.10.02-install/share/Geant4-10.2.3/geant4make/geant4make.sh

برای مشاهده‌ی فایل های C++ می توانید برنامه ویرایش متن  geany  را با دستور  sudo apt-get install geany نصب کنید.

---

اما پیشنهاد می کنم حتماْ ویراستار eclipse را  به عنوان ادیتورتان انتخاب کنید تا بتوانید حرفه ای تر کار کنید.

---

حال نصب برنامه شما با موفقیت انجام شده است.

برای اطمینان از نصب کامل و در ست برنامه، به این لینک بروید و یک مثال را اجرا کنید.

دانش پایه‌ی C++

دانش پایه‌ی C++

برای برنامه نویسی با ابزار Geant4 و انجام تغییرات در آن نیاز هست که زبان C++ را بفهمید. همچنین با مفاهیم الگوریتم نویسی آشنا باشید و بتوانید دستوراتی را به برنامه خاص خودتان اضافه کنید.

الگوریتم

برای آشنایی با مفاهیم الگوریتم نویسی این چند لینک را ببینید.

الگوریتم چیست؟ مثال‌هایی ساده از الگوریتم در برنامه‌نویسی

الگوریتم را به زبان بسیار بسیار ساده یاد بگیریم

آموزش الگوریتم و الگوریتم نویسی

زبان C++

برای آشنایی با مفاهیم پایه برنامه نویسی C++ این چند لینک را ببینید.

• آموزش از پایه زبان C++
• آموزش به زبان فارسی
• ویدئوی آموزش اصول برنامه نویسی C و ++C
• آموزش پیشرفته c++ (ویدئو)   و    فایل های ارائه

نصب لینوکس کنار ویندوز

نصب لینوکس کنار ویندوز

به پیشنهاد سازندگان و تیم اصلی طراحان، نصب Geant4 بهتر است که بر روی یکی از نسخه‌های لینوکس نصب شود.

به علت اینکه دو سیستم عامل بر روی سیستم و در کنار یکدیگر نصب خواهند شد، نیاز هست حتماً با مطالعه کامل روش نصب و با دقت و حوصله بسیار این مرحله انجام گیرد.

دانلود اوبنتو

پیشنهاد می‌شود که Ubuntu، یکی از نسخه‌های لینوکس نصب شود. ابتدا باید آخرین نسخه را از سایت اصلی  یا سایت فارسی بردارید. حتما نسخه دسک تاپ و با پسوند LTS ا انتخاب کنید.

نصب اوبنتو

چند نکته مهم و پیشنهاد قبل از نصب اوبنتو

• نصب سیستم عامل  باید حتماً بر روی درایو  از نوع primary باشد.  با کلیک راست بر روی Mycomputer و سپس انتخاب گزینه Manage و سپس انتخاب storage/disk management  می‌توانید نوع درایوهایتان را بشناسید. همچنین می‌توانید این لینک  و این لینک را برای اطلاعات بیشتر بخوانید.
• آخرین درایو سیستمتان را خالی کنید. در همان مسیر قبل می‌توانید مقداری از آخرین درایو خود با کلیک راست بر همان آخرین درایو  و انتخاب گزینه Shrink Volume،  به فضای لینوکس اختصاص دهید. این لینک را ببینید
• پیشنهاد می‌شود حداقل 20 گیگ فضا برای نصب لینوکس و Geant4 اختصاص داده شود.
• فضای اختصاص داده شده به لینوکس با نصب برنامه Linux Reader از سیستم عامل ویندوز قابل دسترس خواهد بود. این لینک را ببنید.
• فضاهای ویندوز هم بدون نیاز به هیچ برنامه‌ای از لینوکس قابل دسترس هستند. فقط اگر گاهی ویندوز را در حالت sleep و hibernet و ... گذاشته باشید ممکن است خطایی را در لینوکس ببینید و درایو باز نشود. کافی است که با تایپ این دستور در ترمینال دسترسی را باز کنید. sudo ntfsfix /dev/sda1 ، عبارت sda1 نام درایو مورد نظر است.
• گاهی پیش می‌آید که بعد از نصب لینوکس یکی از سیستم‌ عامل‌ها بالا نیاید. نترسید! و برای رفع این مشکل این لینک را ببنید. همچنین می‌توانید از این ابزار هم استفاده کنید و این فیلم آموزشی را ببینید. 
• مشکلی نیست که با لایو اوبنتو (قرار دادن دی وی دی اوبنتو در سیستم و بدون نصب آن{در این حالت یک سیستم عامل در اختیار دارید}) قابل رفع شدن نباشد!

در اینجا لینک‌های مناسب برای راهنمایی نصب معرفی شده است. پیشنهاد می‌کنم خودتان هم سایت‌ها و وبلاگ‌های دیگری را برای اطمینان از نحوه نصب مطالعه کنید.

• آموزش فارسی نصب اوبنتو 16.04  (سایت فرا درس)
•  آموزش فارسی نصب لینوکس کنار ویندوز
•     آموزش انگلیسی نصب لینوکس کنار ویندوز
•    آموزش ویدئویی نصب لینوکس کنار ویندوز

چند نکته مهم و پیشنهاد بعد از نصب اوبنتو و قبل از نصب کتابخانه‌های Geant4

• حتماً سرور آپدیت سیستم را از ایران به main servr تغییر دهید.  همچنین این لینک را ببنید.
• سپس، حتی پس از نصب آخرین نسخه اوبنتو، حتماً سیستم عامل را آپدیت و آپگرید کنید. با دستورات sudo apt-get update و sudo apt-get upgrade

آموزش اوبنتو

برای کار با ابزار جینت نیاز هست آشنایی اولیه‌ای با محیط اوبنتو وجود داشته باشد. در زیر لینک‌های مناسب معرفی می‌گردند. در انجمن‌ها به راحتی می‌توانید پاسخ همه سوالات خود را بیابید.

• آموزش اوبونتو    (سایت فرا درس)
•  آموزش اوبنتو برای تازه‌کاران به زبان فارسی
•       انجمن انگلیسی اوبنتو  
•        انجمن فارسی اوبنتو 

آشنایی با مثال‌های Geant4

آشنایی با مثال‌های Geant4

در Geant4 سه مدل مثال تعریف شده است:

    v     Basice: مثال‌های بسیار ساده‌ای هستند که برای کاربران تازه کار بسیار مفید خواهند بود. با مطالعه این مثال‌ها کاربر آشنایی نسبتاً خوبی با اجزای مختلف Geant4 پیدا خواهد کرد.

     v     Extended: مجموعه‌ای از مثال‌هایی هستند که نیاز به کتابخانه‌های بیشتری دارند و موارد خاصی در آن جای گرفته است.

    v     Advanced: برنامه‌های کاربردی به صورت مثال‌های کاملی در آن قرار دارند. البته کاربران می‌توانند با توجه به نیاز خود آنها را اصلاح نماید.

Basice level examples

ExampleB1

   - Simple geometry with a few solids

   - Scoring total dose in a selected volume user action classes

 ExampleB2

   - Simplified tracker geometry with global constant magnetic field

   - Scoring within tracker via G4 sensitive detector and hits

   - Started from novice/N02 example

 ExampleB3

   - Schematic Positron Emitted Tomography system

   - Radioactive source

   - Scoring within Crystals via G4 scorers

 ExampleB4

   - Simplified calorimeter with layers of two materials

   - Scoring within layers in four ways: via user actions (a), via user own

     object (b), via G4 sensitive detector and hits (c) and via scorers (d)

   - Started from novice/N03 example

Extended level examples

 analysis

   - Histogramming through the AIDA interface

 biasing

   - Examples of event biasing, scoring and reverse-MC

 common

   - A set of common classes which can be reused in other examples demonstrating

     just a particular feature 

 electromagnetic

   - Specific EM physics simulation with histogramming

 errorpropagation

   - Use of the error propagation utility (Geant4e)

 eventgenerator

   - Applications using interface to HepMC

 exoticphysics

   - Exotic simulation applications (classical magnetic monopole, etc...)

 field

   - Specific simulation setups in magnetic field

 g3tog3

   - Examples of usage of the g3tog4 converter tool

 geometry

   - Specific geometry examples and tools: OLAP tool for detection

     of overlapping geometries

 hadronic

   - Specific hadronic physics simulation with histogramming

 medical

   - Specific examples for medical physics applications

 optical

   - Examples of generic optical processes simulation setups

 parallel

   - Examples of event-level parallelism in Geant4 using either the

     TOP-C library, Intel-TBB library or MPI technique

 parameterisations

   - Examples for fast shower parameterisations according to specific models

 persistency

   - Persistency of geometry (GDML or ASCII) and simulation output

 polarisation

   - Use of physics processes including polarization

 radioactivedecay

   - Examples to simulate the decays of radioactive isotopes and

     induced radioactivity resulted from nuclear interactions

 runAndEvent

   - Examples to demonstrate how to connect the information between

     primary particles and hits and utilize user-information classes

 visualization

   - Specific visualization features and graphical customisations

Advanced level examples

 air_shower

   - Simulation of the ULTRA detector for UV and charged particles

     detection in cosmic rays

 amsEcal

   - Simplified AMS Ecal calorimeter structure

 brachytherapy

   - Setup for brachytherapy Ir-192 HDR source

 ChargeExchangeMC

   - Charge Exchange Monte Carlo

 composite_calorimeter

   - Test-beam simulation used in CMS against real data taken

     in 1996 in a CMS Hadron calorimeter test-beam at LHC

 dnageometry

   - Setup of a realistic nucleus model of a cell, including chromosomes,

     in combination with Geant4-DNA physics

 eRosita

   - Simplified eROSITA X-ray telescope setup for instrumental background

     simulations for fluorescence measurements.

 gammaknife

   - Application specifically developed to simulate an advanced device for

     Stereotactic Radiosurgery; reproduces a Leksell Gamma-Knife unit model C

 gammaray_telescope

   - Simulation of a typical telescope for gamma ray analysis

 hadrontherapy

   - Simulation of a hadron therapy beam line

 human_phantom

   - Anthropomorphic phantoms (male and female) based on MIRD/ORNL model

     with geometry description derived from GDML persistent files

 iort_therapy

   - Application specifically developed to address typical needs related to

     the Intra-Operative Radio-Therapy (IORT) technique

 lAr_calorimeter

   - Simulation of the Liquid Argon Calorimeter of the ATLAS

     Detector at LHC

 medical_linac

   - Simulation of energy deposit in a Phantom filled with water

     for a typical linac used for intensity modulated radiation therapy

 microbeam

   - Simulation of the cellular irradiation beam line installed on the AIFIRA

     electrostatic accelerator facility located at CENBG, France

 microelectronics

   - Simulating tracks of a 5 MeV proton in silicon.

 nanobeam

   - Simulation of the beam optics of the nanobeam line installed on the AIFIRA

     electrostatic accelerator facility located at CENBG, France.

 purging_magnet

   - Simulation of electrons traveling through a 3D magnetic field of a

     strong purging magnet used for treatment head in a medical environment

 radioprotection

   - Modeling a simplified diamond microdosimeter for radioprotection

     applications in space environments.

 underground_physics

   - Setup of an underground dark matter experiment

 xray_fluorescence

   - Test beam to characterize the response function of an

     HPGe detector used to measure fluorescence emissions

 xray_telescope

   - Realistic simulation of an X-ray Telescope

مقدمه (2)-آشنایی با ابزار Geant4

دانش‌های پایه مورد نیاز برای استفاده از Geant4

v     C++: ابزار Geant4 بر پایه آن نوشته شده است. لزومی ندارد یک برنامه نویس حرفه‌ای باشید، فقط کافی است که با مفاهیم برنامه نویسی و ساختار الگوریتم‌ها آَشنا باشید. بتوانید آن را درک کنید. موارد خاص خودتان را در مثال‌ها پیدا کنید و در مواردی بسیار نادر و البته آسان آنها را بنویسید. این لینک را ببنید.

v     مفهوم شی‌گرایی (Object Oriented Technology): یک شیوه برنامه‌نویسی است که ساختار یا بلوک اصلی اجزای آن، شی‌ها می‌باشند. در واقع در این شیوه برنامه‌نویسی، برنامه به شی گرایش پیدا می‌کند. به این معنا که داده‌ها و توابعی که قرار است بر روی این داده‌ها عمل کنند، تا حد امکان در قالبی به نام شی در کنار یکدیگر قرار گرفته، جمع‌بندی شده و یک واحد (شی) را تشکیل داده و نسبت به محیط بیرونِ خود، کپسوله می‌شوند و از این طریق، توابع بیگانه‌ی خارج از آن شی، دیگر امکان ایجاد تغییر در داده‌های درون آن شی را ندارند. در برنامه‌های خیلی پیشرفته از این مفهوم استفاده خواهد شد و کاربر معمولی فقط باید بداند که Geant4 با این روش تمام پیش‌نیازهای اصلی برای شبیه‌سازی را یک بار ساخته است و او باید فقط قادر باشد آنها را درک و استفاده نماید. همچنین در صورت لزوم امکان اصلاح و سفارشی کردن اجزا با توجه به نیاز کاربر وجود دارد.

v     Unix/Linux: محیط استاندارد برای اجرا است و بنابراین باید آشنایی مختصری با محیط و نیز اجرای کدهای C++ در آن وجود داشته باشد. در محیط ویندوز هم قابل Geant4 امکان اجرا دارد اما پیشنهاد تیم سازنده استفاده از محیط لینوکس است.  اینجا را ببنید.

زمینه‌های کاربرد Geant4

ابزار Geant4 در موضوعات بسیاری به کار برده شده و به مقاله مرجع معرفی ابزار بیش از 4000 بار استناد رخ داده است.

v     large scale HEP experiments

v     Space science and astrophysics

v     Medical physics, nuclear medicine

v     Radiation protection

v     Accelerator physics

v     Pest control, food irradiation

v     Homeland security

کاربرهای معمولی (پژوهشگران یا دانشجویان دکتری یا ارشد با عناوین مرتبط به زمینه‌های مطرح شده بالا) برای طراحی مساله خود باید ابتدا مرتبط‌ترین مثال را از بین مثال‌های فراوان Geant4 پیدا کنند. سپس مثال مورد نظر را به دقت برای درک آن مطالعه نمایند. راهنمای مربوط به مثال را با عنوان readme که در همه مثال‌ها وجود دارد، حتماً مطالعه نمایند. سپس مثال را با توجه به نیاز خود اصلاح نمایند. به عبارت دیگر کاربر معمولی نیازی نیست که از ابتدا شروع به نوشتن یک برنامه نماید. پیشنهاد می‌شود برای اضافه کردن هر تعریف جدیدی در مثال خودتان، حتماً به دیگر مثال‌های نسخه نصب شده در سیستم‌ خودتان مراجعه کنید.

کاربر معمولی بعد از آشنایی با هسته اصلی Geant4 قادر خواهد بود به کمک مثال‌های متعددی که در منبع برنامه نصبی وجود دارد تبحر خود را افزایش داده و بعد از مدتی مساله مورد نظر خود را طراحی و اطلاعات مورد نیاز را از استخراج نماید. بنابراین ابتدا نگاهی کلی و بدون در نظر گرفتن جزئیات، به هسته Geant4 خواهیم داشت.

هسته Geant4

v     Run مجموعه‌ای از Eventها و با شرایط یکسان هندسه و ساختار شبیه‌سازی و یک تعریف مشخص و ثابت از فیزیک برهمکنش‌ها در مسأله است. G4RunManager کلاس مدیریتی و G4UserRunAction کلاس اختیاری کاربر برای تعاریف مورد نیاز است.

v     Event به عنوان واحد پایه در شبیه‌سازی تعریف می‌شود، یعنی هر ذره تابشی یک Event در نظر گرفته می‌شود. در ابتدای فرایند، ردها (track) تولید می‌شوند و در پشته (stack) نگهداری می‌شوند. trackها از پشته یکی یکی خارج شده و ردیابی می‌گردند. نتایج ثانویه هر track دوباره به پشته ارسال می‌شود. این فرایند تا تمام شدن پشته ادامه می‌یابد و وقتی پشته خالی شود یعنی یک event تمام شده است. کلاس G4Event اطلاعات یک event را در انتهای آن نمایش می‌دهد که شامل لیست ذزه ورودی و ذرات ایجاد شده در event است و همه ردها را به عنوان خروجی در خود دارد. G4EventManager کلاس مدیریتی و  G4UserEventAction کلاس اختیاری کاربر برای تعاریف مورد نیاز است.

v     Tracking: تصویر لحظه‌ای ذره توسط track داده می‌شود. در آن همه کمیت‌های فیزیکی متناظر به آن موقعیت وجود دارد و اطلاعات قبلی را در خود ندارد. کلاس G4Trac اطلاعات هر track را دارد. G4TrackingManager کلاس مدیریتی و G4UserTrackingAction کلاس اختیاری کاربر برای تعاریف مورد نیاز است. Track زمانی حذف می‌شود که:

o       ذره از محیط شبیه‌سازی (جهان) خارج شود.

o       واپاشی یا پراکندگی غیرالاستیک رخ دهد.

o       انرژی جنبشی ذره به صفر برسد و فرایند “AtRest”ی نیاز هم نباشد.

o       کاربر نیاز داشته باشد به طور دستی (مصنوعی) ذره را از بین ببرد (kill).

v     Step: ‌هر step شامل اطلاعات جزئی از یک track هست. یک track جمع stepها نیست. در عوض هر track با step به روزرسانی می‌شود.

در Geant4 همه ذرات تا آخرین مرحله از دست دادن همه انرژی جنبشی با توجه به فیزیک تعریف شده ردیابی می‌شوند. تنها محدودیت تعریف شده انرژی آستانه برای تولید ذرات ثانویه است. کاربر خود می‌تواند cut برای انرژی و برد و ... با توجه به مساله خاص خود تعریف کند.

مقدمه (1)-آشنایی با ابزار Geant4

به نام رب رحمن

مقدمه-آشنایی با ابزار Geant4

مروری کوتاه بر توانایی‌ها و چگونگی استفاده از ابزار Geant4 در شبیه‌سازی‎‌ها‌:

v     Geant4 ابزاری رایگان و منبع باز است.

v     فایل منبع و کتابخانه‌ها و راهنمای کاربر و ابزار مورد نیاز از سایت http://cern.ch/geant4 قابل دانلود هست.

v     مثال‌های مختلف و بسیاری در منبع برنامه وجود دارد که کمک بسیار ارزشمندی برای تسریع یادگیری و ساخت و اجرای برنامه شبیه‌سازی هر پژوهشگری خواهد بود.

v     انجمن بسیار کاربردی به آدرس http://hypernews.slac.stanford.edu/HyperNews/geant4/top.pl برای به اشتراک گذاشتن و بحث درباره مسائل مختلف شامل گروه‌های مختلف وجود دارد. هنگامی که سوالی مطرح می‌شود تیم اصلی طراح ابزار هم در پاسخ‌دهی مشارکت بسیار خوبی دارند.

v     Geant4 ابزاری قدرتمند و همچنین پیچیده‌ای هست.

v     غیرممکن هست همه نکات آن در یک روز آموزش داده شود.

v     غیرممکن هست همه نکات در یک روز یاد گرفته شود.

v     این ارائه سعی در ایجاد یک چشم‌انداز کلی به Geant4 و روشی برای چگونگی استفاده از آن است.

v     پیدا کردن مسیر درست استفاده در ابزار پیچیده Geant4 کار آسانی نیست.

v     چشم انداز روشن به یادگیری بیشتر کمک خواهد کرد.

شبیه‎‌سازی نقش مهمی در طراحی، ارزیابی عملکرد آزمایش و خطرات بالقوه، تست، توسعه و بهینه‌سازی در پروژه‌های آزمایشگاهی دارد. هدف ابزار Geant4 شبیه‌سازی عبور ذرات از ماده هست.

Geant4 چه کارهایی برای شما می‌تواند انجام دهد؟

1.      گام به گامِ عبور ذره در ماده و برهمکنش‌های رخ داده با آن و میدان‌های خارجی تعریف شده را ردیابی می‌کند تا زمانی که

v     ذره همه انرژی جنبشی‌اش را از دست بدهد.

v     به علت فرآیندهای فیزیکی ذره از بین برود.

v     به مرز محیط شبیه‌سازی برسد.

2.      کاربر قادر خواهد بود اطلاعات عبور ذره از ماده شامل جزئیات فرایندهای رخ داده در شبیه‌سازی را در مراحل زیر داشته باشد:

v     در شروع و پایان عبور هر ذره

v     در آغاز و شروع هر گام

v     در هر محل خاص از سیستم طراحی شده توسط کاربر

شما چه کارهایی برایGeant4 باید انجام دهید؟

سه اطلاعات اساسی را باید در هر شبیه‌سازی فراهم سازید:

v     طراحی هندسه شبیه‌سازی و تعریف مواد به کار رفته در آن

v     تعریف نوع ذره تابشی به همراه انرژی، مکان و جهت و کیفیت چگونگی تابش

v     انتخاب فیزیک مناسب با توجه به مواد هندسه شبیه‌سازی و نوع تابش

در صورت نیاز می‌توان میدان‎‌های الکتریکی و مغناطیسی را هم اضافه نمود. با انجام این سه مرحله Geant4 تمام رویدادها را با توجه به هندسه طراحی شده و مواد آن و فیزیک مورد نظر ردیابی خواهد کرد.

در نهایت با توجه به طراحی انجام شده، کاربر می‌تواند داده‌های مورد نیازش را از برنامه استخراج کند.

مقدمه (2)-آشنایی با ابزار Geant4

آشنایی با مثال‌های Geant4