جهت درخواست دوره و مشاوره با ما تماس بگیرید.
آموزش کد های محاسباتی هسته ای بر پایه مونت کارلو
امروزه کدهای محاسباتی هسته ای مونت کارلو نقش بارزی در انجام دقیقتر محاسبات پرتویی و ارایه مدلهای منطبق بر واقعیت، به ویژه در حوزه تصویر برداری و پزشکی هستهای و نیز طراحی حفاظ های پرتویی ایفا میکنند. شرکت سیمرغ تابش البرز آمادگی دارد دورهی آموزشی کدهای محاسباتی هستهای زیر را با رویکردهای صنعتی و پزشکی، با ارایه گواهی مهارتی معتبر، در اقصی نقاط ایران برگزار نماید:
- کد MCNP
- کد FLUKA
- کد GATE
- کد BEAMnrc
کد MCNPX
MCNP یک کد محاسباتی مستقل از زمان مبتنی بر روش مونت کارلو می باشد که قادر است رفتار بیش از 30 ذره هسته ای از جمله نوترون، فوتون، الکترون و یا هر ترکیبی از آنها در یک محیط معین شبیه سازی کند. در این کد محدودهی انرژی ترابرد برای نوترون ها از 011-10 تا MeV 20 و برای فوتونها و الکترونها KeV 1 تا MeV 1000 در نظر گرفته شده است. اساس کد MCNP حل معادله ترابرد ذرات هسته ای با دنبال کردن آنها و ذرات ثانویه ناشی از اندرکنش های هسته ای انجام شده، از ابتدای تولید تا جذب و یا ناپدید شدن آنها در محیط، است.
ایده اولیه توسعه کد MCNP را می توان استفاده از روش نمونه برداری تصادفی جهت حل مسائل ریاضی در سال 1772 دانست. اما شروع عملی به کارگیری این روش را می توان به انجام تسلیحات هستهای در آزمایشگاه لس آلاموس (1940) دانست. از جمله نسخه های اولیه کد MCNP می توان به MCN و MCG اشاره کرد که به طور اختصاصی برای محاسبات پرتوهای نوترون و گاما با ماده در دهه ی هفتاد میلادی توسعه یافتند. نهایتا ادغام این دو کد در سال 1977 منجر به شکلگیری کد MCNP به شکل امروزی خود شد که تا کنون نسخههای متفاوتی از آن شامل MCNP4A، MCNP4B ، MCNP4C، MCNP5، MCNPX و MCNP6 توسعه یافته است.
از قابلیتهای کد MCNP میتوان به تعریف چشمههای پایا با شکلهای هندسی مختلف، چشمههای بحرانی، مدلسازی سه بعدی هندسه مسئله، دارا بودن کتابخانه وسیعی از سطح مقاطع انعطاف پذیر برای تغییرات متناسب با دمای کاری سیستم، نمایش گرافیکی هندسه و رد ذرات ترابرد شده در سیستم و همچنین امکان بازخوانی فایل های خروجی آن توسط نرم افزارهای گرافیکی و نمایش نتایج به صورت یک، دو و یا سه بعدی اشاره کرد.
از جمله مهمترین کاربردهای کد MCNP می توان به محاسبات نوترونیک قلب راکتورهای هستهای، طراحی حفاظهای پرتویی، مدلسازی دستگاههای پرتو پزشکی و شبیهسازی دوز منتقل شده به بیمار اشاره کرد.
کد FLUKA
یکی دیگر از کدهای محاسبات هسته ای مبتنی بر روش مونت کارلو کد FLUKA است که برای ترابرد انواع ذرات و برهمکنش های آنها در یک محیط طراحی شده است و تقریبا همه ی پدیده های فیزیکی که می تواند در برهمکنش های یک پرتو با یک محیط مادی رخ دهد را در بر می گیرد . این کد در ابتدا در سال 1962 برای شبیه سازی پرتوهای هادرونی در CERN طراحی شد. به دنبال آن در ده های 70 و 80 میلادی با همکاری موسسه تحقیقاتی Leipzig-Helsinki-CERN به ویژه در ارتباط با مسائل حفاظ سازی توسعه یافت. این کد با ادغام با کد GEANT3 در سال 1993 عملا به یک کد عمومی فراگیر در بسیاری از حوزه های تحقیقاتی مرتبط با پرتوهای هسته ای تبدیل شد.
از جمله مزیت های این کد نسبت به دیگر کد های مشابه همچون MCNP، قابلیت اعمال میدان های الکتریکی و مغناطیسی خارجی به سیستم و همچنین ترابرد یون های سنگین می باشد. این کد قابلیت شبیه سازی ترابرد الکترون، پروتون، نوترون، انواع نوترینوها، پاد نوترینوها، هادورن ها، موئون ها، پوزیترون ها، کائون ها، میون ها و یون های سنگین را در محیطی که 60 نوع ذره متفاوت در آن وجود داشته باشد را داراست. این کد قادر است ترابرد ذرات با انرژی تا هزاران Tev شبیه سازی کند.
خروجی های قابل ثبت در این کد عبارتند از:
- چگالي اندركنش هاي هسته اي
- چگالي انرژي كل در هر ناحيه ) (دوز
- چگالي انرژي
- انرژي جذب شده
- جريان و شارش به صورت تابعي از انرژي و زاويه
- محصول توليد شده از هدف
- هسته هاي پسماند
- چگالي شكافت پراكندگي هاي كولوني چند گانه
از این کد به طور گسترده ای برای شبیه سازی واکنش های هسته ای انرژی بالا در تحقیقات هسته ای مرکز CERN استفاده می شود. با این حال در پژوهش های مرتبط با اندرکنش های پرتوهای کیهانی، حفاظت در برابر تابش، هادرون تراپی در پزشکی، کالیمتری و ترانسموتاسیون ضایعات هسته ای و … نیز کاربرد دارد.c
از جمله مزیت های کد FLUKA در مقایسه با سایر کدهای مبتنی بر روش مونت کارلو وجود نسخه flair آن است که استفاده از آن بسیار ساده و راحت کرده است. در این نسخه از کد دیگر نیازی به برنامه نویسی و آماده کردن یک فایل ورودی نیست و پارامترهای ورودی از طریق مقدار دهی keyword خاصی که به این منظور در نظر گرفته شده اند انجام می شود.
کد GATE
کد GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission) یک نرمافزار مونت کارلو، برای شبیه سازی دستگاههای تصویربرداری پزشکی (PET، Spect، CT، Optical) و دستگاههای رادیوتراپی، براساس کتابخانه Geant4 است. این کد توانایی مدلسازی پدیدههای وابسته به زمان، همچون حرکت آشکارساز، حرکت فانتوم و واپاشی چشمه را فراهم کرده است. نرمافزار گیت نقش مهمی در طراحی دستگاههای تصویربرداری پزشکی جدید و ارزیابی الگوریتمهای بازسازی تصویر و تکنیکهای تصحیح پراکندگی در تصاویر پزشکی ایفا میکند. در مقایسه با سایر ابزارهای مونت کارلو دیگر گیت دقت بیشتری را با توجه به مدل سازی فیزیکی ارائه می دهد، که توسط کد Geant4 پردازش شده است و به طور گسترده ای هر دو هندسه ساده و واقعی ( مانند مدلهای محاسباتی شبه انسان)، که در منابع محاسباتی بسیار مورد نیاز است مورد تایید قرار گرفته است .
کد BEAMnrc
BEAMnrc یک سیستم شبیه سازی مونت کارلو برای مدل سازی منابع پرتودرمانی است که به عنوان بخشی از پروژه OMEGA برای توسعه برنامه های درمانی سه بعدی برای پرتودرمانی با همکاری دانشگاه ویسکانسین توسعه یافته است. BEAMnrc که خود از ماژول های کد EGSnrc می باشد برای شبیه سازی شتابدهنده و ترابرد فوتون و الکترون ها به کار می رود.