1. به نام خدا کاظم فرزین بهار 98 معرفی Geant4 وکاربردها و قابلیت های آن نسخه ی 4.10.2

2. فهرست موضوعات  معرفی Geant4 و کاربردها  قابلیت های Geant4  تعدادی از نرم افزار ها و کد های بر اساس Gean4

3. GEANT4?  Geant4 ابزاری رایگان به منظور شبیه سازی مسیر ذرات در ماده بوده و موتور شبیه سازی مرجع برای آزمایشات LHC در CERN و آزمایشگاه های انرژی بالا در سرتاسر جهان می باشد.  Geant4 براساس برنامه نویسی C++ نوشته شده است و تکنیک های بسیار پیشرفته ی مهندسی نرم افزار و ویژگی شیء گرایی را مورد استفاده قرار می دهد.  شکل گیری Geant4 به طور جداگانه توسط دو گروه مستقل در CERN و KEK از سال 1993 شروع شد.  این دو گروه سپس پروژه RD44 را تشکیل دادند که حاصل تلاش بیش از صد دانشمند و مهندس از بیش از ده مرکز تحقیقاتی در اروپا، روسیه، ژاپن، کانادا و امریکا بود.  پروژه ی گروه R&D در دسامبر سال 1998 با انتشار نخستین نسخه کامل شده است.

4. GEANT4 سایت اصلی

5. کاربردهای GEANT4 کاربردهای Geant4 در بعضی حوزه های مختلف عبارتند ا ز : علوم فضایی و اخترفیزیک فیزیک پزشکی، پزشکی هسته ای حفاظت در برابر اشعه فیزیک شتاب دهنده کنترل آفات، اشعه ماوراء بنفش

6. GEANT4 قابلیت های

7. Ion chamber امکان تعریف حجم های متحرک

8. آزادی عمل در تعریف فیزیک و هندسه کاربر بسته به نیاز خود می تواند از طیف وسیعی از فرایندهای فیزیکی استفاده نمایند. بعضی مدل های فیزیکی برهمکنش با سرعت بالا را فراهم می نمایند در حالی که بعضی مدل ها ترابرد با دقت بالا را ارائه می نمایند. می توان از مدل های فیزیکی اعتبار سنجی شده استفاده نمود. کاربر برای تعریف هندسه آزادی عمل زیادی دارد. امکان تعریف GDML و هندسه های بسیار پیچیده وجود دارد. می توان طیف چشمه ی ذرات را در یک فایل متنی تعریف کرد که قابل استفاده برای Geant4 باشد.

9. میدان های الکترومغناطیسی در ابزار Geant4 انواع میدان های الکتریکی و مغناطیسی و حتی گرانشی قابل تعریف می باشد. می توان میدان های با طرح پیچیده تعریف نمود که ویژگی های میدان در یک فایل متنی تعریف شده باشد.

10. تغییر مسیر ذرات در حضور میدان مغناطیسی

11. امکان تعریف هندسه های در حد نانومتر

12. GEANT4 چه کارهایی برای شما می ‌ تواند 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 I. ذره همه انرژی جنبشی‌اش را از دست بدهد. II. به علت فرآیندهای فیزیکی ذره از بین برود. III. 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 : i. در شروع و پایان عبور هر ذره ii. در آغاز و شروع هر گام iii. در هر محل خاص از سیستم طراحی شده توسط کاربر

13. شما چه کارهایی برای GEANT4 باید انجام دهید؟ سه اطلاعات اساسی را باید در هر شبیه ‌ سازی فراهم سازید : طراحی هندسه شبیه ‌ سازی و تعریف مواد به کار رفته در آن تعریف نوع ذره تابشی به همراه انرژی، مکان و جهت و کیفیت چگونگی تابش انتخاب فیزیک مناسب با توجه به مواد هندسه شبیه ‌ سازی و نوع تابش در صورت نیاز می ‌ توان میدان ‎‌ های 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 می ‌ تواند داده ‌ های مورد نیازش را از برنامه استخراج کند.

14. دانش ‌ های پایه مورد نیاز برای استفاده از GEANT4 C++ : ابزار Geant4 بر پایه آن نوشته شده است. لزومی ندارد یک برنامه نویس حرفه ‌ ای باشید، فقط کافی است که با مفاهیم برنامه نویسی و ساختار الگوریتم ‌ ها آشنا باشید. بتوانید آن را درک کنید. موارد خاص خودتان را در مثال ‌ ها پیدا کنید و در مواردی بسیار نادر و البته آسان آنها را بنویسید. 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، ایزوله می‌شوند و از این طریق، توابع بیگانه‌ی خارج از آن شی، دیگر امکان ایجاد تغییر در داده‌های درون آن شی را ندارند. : Unix/Linux محیط استاندارد برای اجرا است و بنابراین باید آشنایی مختصری با محیط و نیز اجرای کدهای C++ در آن وجود داشته باشد. امکان اجرای Geant4 در محیط ویندوز هم وجود دارد اما پیشنهاد تیم سازنده، استفاده از محیط لینوکس است.

15. کاربرهای معمولی ( پژوهشگران یا دانشجویان دکتری یا ارشد با عناوین مرتبط به زمینه ‌ های مطرح شده بالا ) برای طراحی مساله خود باید ابتدا مرتبط ‌ ترین مثال را از بین مثال ‌ های 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 مثال ‌ ها 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 می ‌ شود برای اضافه کردن هر تعریف جدیدی در مثال خودتان، حتماً به دیگر مثال ‌ های نسخه نصب شده در سیستم ‌ خودتان مراجعه کنید. کاربر معمولی بعد از آشنایی با هسته اصلی Geant4 قادر خواهد بود به کمک مثال ‌ های 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.

16. تعدادی از نرم افزار ها و کد های بر اساس GEANT4

17. کد GRAS این کد از قابلیت های Geant4 به منظور ارزیابی اثرات تشعشع فضایی و محاسبه ی کمیت هایی مثل دوز معادل، بار بجای گذاشته و شار و... در مدل های هندسی سه بعدی مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از این کد بسیار راحت بوده و پیچیدگی های Geant4 را ندارد. بعد از ثبت نام در سایت مربوطه می توانید این ابزار را دانلود نمایید. اطلاعات بیشتر در : http://space-env.esa.int/index.php/geant4-radiation-analysis-for- space.html

18. کد G4BEAMLINE G4beamline برنامه ی شبیه سازی کامپیوتری براساس Geant4 می باشد. این کد به خصوص برای شبیه سازی باریکه های شتابدهنده ها و دستگاه های میونی مفید می باشد. این کد نیز رایگان بوده و تحت لینوکس و مکینتاش و ویندوز عمل می نماید. با استفاده از این کد هیچ نیازی به برنامه نویسی C ++ نبوده و شبیه سازی در یک فایل ASCII انجام می شود. توصیف سیستم با استفاده از زبانی خاص که به راحتی برای کسانی که با شتابدهنده کار می کنند قابل فهم می باشد انجام می شود. اطلاعات بیشتر در آدرس اینترنتی زیر : http://www.muonsinternal.com/muons3/G4beamline

19. کد GAMOS GAMOS (Geant4-based Architecture for Medicine Oriented Simulation) کد GAMOS کد مونت کارلویی بر اساس Geant4 بوده و از کتابخانه ها و قابلیت های آن استفاده می کند در حالی که با استفاده از آن هیچ نیازی به دانش برنامه نویسی C++ نخواهید داشت. اکثر کاربرد های پزشکی بوسیله ی این کد قابل انجام خواهد بود. اطلاعات بیشتر در آدرس اینترنتی زیر : http://fismed.ciemat.es/GAMOS/

20. کد GATE GATE(GEANT4-BASED ARCHITECTURE FOR TOMOGRAPHIC EMMITION) کد GATE کد مونت کارلویی بر اساس GEANT4 بوده و از کتابخانه ها و قابلیت های آن استفاده می کند در حالی که با استفاده از آن هیچ نیازی به دانش برنامه نویسی C++ نخواهید داشت. در عین حال اکثر کاربرد های پزشکی مانند رادیوتراپی، براکی تراپی و شبیه سازی دستگاه های پزشکی مانند PET ، SPECT ، CT و... بوسیله ی آن قابل انجام خواهد بود. اطلاعات بیشتر در آدرس اینترنتی زیر : HTTP://WWW.OPENGATECOLLABORATION.ORG/

21. GEANT4-DNA گروه این گروه از توسعه دهندگان Geant4 بر روی فیزیک انرژهای بسیار پایین فعالیت می کنند. شبیه سازی آسیب تابشی به سلول و هندسه های به کوچکی DNA و غشاء سلول و انرژی های به کوچکی چند الکترون ولت امکان پذیر است. همچنین امکان در نظر گرفتن آسیب غیر مستقیم تشعشع ناشی از رادیکال آزاد و رادیکال یونی نیز وجود دارد. اطلاعات بیشتر در آدرس اینترنتی زیر :: http://geant4-dna.org/

22. با تشکر