Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Юго-западный государственный университет»

Кафедра КиТ ЭВС

Методические указания к выполнению лабораторной работы «Методика использования библиотеки программ GEANT4 для расчётов взаимодействия ионизирующих излучений с веществом»

Курск 2012

Цель работы:

- научиться работать с компилятором g++;

- ознакомится с устройством пакета Geant4;

- научиться работать с базовыми возможностями данного пакета;

1.Теоретические положения

1.2.Пакет моделирования взаимодействий излучения с веществом GEANT4.

GEANT4 – это пакет библиотек для моделирования взаимодействия излучения с веществом.

Свое развитие пакет начал в70-х годах прошлого столетия в CERN.

Необходимость появления такого пакета была продиктована увеличением сложности экспериментальных задач и структуры установок. Поэтому все серьезнее становилась проблема математического моделирования как самого процесса прохождения частиц в веществе, так и реакции детекторов установок на различные типы излучения. Моделирование было необходимо для планирования эксперимента и интерпретации его результатов. Трудно сказать, кто первый осознал необходимость такого численного эксперимента, однако, сегодня он считается неотъемлемой частью эксперимента реального.

Пакет включает в себя полный диапазон функций для задания геометрии системы, частиц и необходимых процессов взаимодействия.

Набор реализованных процессов взаимодействия весьма обширен и включает в себя электромагнитные, адронные и оптические процессы, процессы распада, процессы эволюции короткоживущих частиц в диапазоне энергий от 250 эВ до нескольких ТэВ. Пакет позволяет задавать весьма сложную геометрию системы.

Пакет является результатом всемирного сотрудничества физиков и программистов, он создан с использованием объектно-ориентированной технологии и реализован на языке программирования C++.

GEANT4 используется в физике частиц, ядерной физике, проектировании ускорителей и космических аппаратов, в медицинской физике.

GEANT4 является свободным программным обеспечением. Множество информации о нем, а также его исходные коды находятся на официальном веб-сайте [1].

1.2. Установка и настройка geant4

Для учебных целей была сделана сборка операционной системы Ubuntu-10.04-i386 на базе Linux, в которой уже установлены и настроены библиотеки Geant для версии 4.9.5. В каталоге /distrib лежат файлы для установки данной версии Geant, среди которых есть скрипт install.sh. Запустив его на исполнение установится вся программа. При установки данного пакета на другую ОС потребуется подключение к интернет ресурсам, поскольку потребуется установка дополнительных библиотек.

Можно установить программу стандартными средствами. Для этого необходимо скачать с сайта Geant4 [2] пакеты для установки, допустим в каталог geant4-downloads

$ cd /<username>/home $ mkdir geant4-downloads $ cd geant4-downloads $ wget http://geant4.cern.ch/support/source/geant4.9.5.p01.tar.gz

Создадим рабочий каталог и разархивируем туда данный архив.

$ mkdir work-geant4 $ tar -xzf geant4.9.5.tar.gz -C ~/work-geant4

Переходим в директорию ~/work-geant4, в которой уже должна содержаться директория с исходным кодом geant4.9.5 и создадим папку для build - файлов

$ mkdir geant4.9.5-build $ cd geant4.9.5-build

Если в системе не установлены следующие пакеты, нужно их установить:

• cmake

• mesa и mesa-devel -- нужны только для трехмерной визуализации (использование OpenGL-графики). Если 3D-визуализация не нужна, можно не устанавливать

Далее нужно запустить cmake, который подготовит все необходимые файлы для компиляции. Добавляя различные флаги, можно повлиять на то, что будет установлено, а что - не будет.

Комментарии к некоторым флагам:

• -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/home/<username>/CERN/geant4.9.5-install

Путь к директории, в которой будет установлен Geant4. В нашем случае в папке geant4.9.5 хранится исходный код, в папке geant4.9.5-build все необходимые файлы для компиляции, а в папке geant4.9.5-install -- библиотеки, hh-файлы, и др. вспомогательные файлы.

• -DGEANT4_INSTALL_DATA=ON

Автоматическое скачивание и установка библиотек данных (G4NDL и др.). Для использования этой опции нужно подключение к Интернет, позволяющее скачать несколько сотен МБ данных во время установки.

Иногда возникают ошибки при скачивании и установке данных библиотек. Решить проблему можно следующим способом.

Переходим в папку /etc ищем файл hosts, заменяем строки 127.0.0.1 localhost на 127.0.0.1 geant4.cern.ch. Далее установим веб-сервер. Для этого потребуется доступ в интернет. Одним из самых распространенных веб-серверов является apache.

$ sudo apt-get install apache2

Запустим сервер

$ /etc/init.d/apache2 start

Создадим необходимые каталоги на локальном сервере.

$ cd var/www $ mkdir support $ cd support $ mkdir source $ cd source

Скачиваем с сайта [2] архивы с библиотеками: G4ABLA.3.0.tar.gz, G4EMLOW.6.23.tar.gz, G4NDL.4.0.tar.gz, G4NEUTRONXS.1.1.tar.gz, G4PhotonEvaporation.2.2.tar.gz, G4PII.1.3.tar.gz, G4RadioactiveDecay.3.4.tar.gz, RealSurface.1.0.tar.gz.

$ wget http://geant4.cern.ch/support/source/G4ABLA.3.0.tar.gz $ wget http://geant4.cern.ch/support/source/G4EMLOW.6.23.tar.gz $ wget http://geant4.cern.ch/support/source/G4NDL.4.0.tar.gz $ wget http://geant4.cern.ch/support/source/G4NEUTRONXS.1.1.tar.gz $ wget http://geant4.cern.ch/support/source/G4PhotonEvaporation.2.2.tar.gz $ wget http://geant4.cern.ch/support/source/G4PII.1.3.tar.gz $ wget http://geant4.cern.ch/support/source/G4RadioactiveDecay.3.4.tar.gz $ wget http://geant4.cern.ch/support/source/RealSurface.1.0.tar.gz $ wget http://geant4.cern.ch/support/source/geant4.9.5.p01.tar.gz

• -DGEANT4_USE_OPENGL_X11=ON

Включение 3D-визуализации (требуется OpenGL). Если трехмерная визуализация не нужна, можно не добавлять этот флаг.

Итак, запускаем cmake (не забыв заменить /home/<username> на полный путь к домашней директории):

$ cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/home/<username>/CERN/geant4.9.5-install -DGEANT4_INSTALL_DATA=ON -DGEANT4_USE_OPENGL_X11=ON ../geant4.9.5

Далее

$ make && make install

Далее происходит сборка и установка программы. Это может происходить до нескольких часов.