مقدمه ای بر شبیه سازی با کد مونت کارلوی فلوکا

مقدمه‌ای بر شبیه‌سازی با کد مونت کارلوی فلوکا

فلوکا یک کد مونت­کارلوی همه منظوره و عمومی است که برای محاسبه ی کمیت­های مرتبط با عبور ذرات از ماده و برهم­کنش­های آنها نوشته شده است. قابلیت­های این کد، حوزه ی وسیعی از کاربردها از حفاظ­سازی، شتابدهنده ­های پروتون و الکترون گرفته تا کالریمتری، فعال­سازی، دُزیمتری، طراحی آشکارسازها و مطالعات مربوط به تابش­های فضایی و دوش­های کیهانی، فیزیک نوترون­ها و رادیوتراپی را در بر می­گیرد. علاوه بر یون­های سنگین، این کد قابلیت ردیابی شصت ذره ی مختلف را دارد و برهم­کنش­ های هادرون- هادرون و هادرون- هسته از مقدار آستانه ی این برهم­کنش­ها تا مقدار انرژیTeV 10000 و برهم کنش­های الکترومغناطیسی از انرژیKeV 1 تا انرژی TeV 10000 پوشش داده می­شوند. با استفاده از بخش هندسه ی ترکیبی این کد، می­توان ذرات را در هندسه­ های دلخواه و پیچیده­ای که ممکن است شامل میدان­های الکترومغناطیسی نیز باشد، مطالعه نمود.

برای مشاهده مقالات معرفی کتاب کلیک نمایید

برای انجام محاسبات مربوط به عبور ذرات از مواد سه راه پیش روی ماست:

روش اول: آزمایش مستقیم

 در اوایل عصر اکتشاف ذرات و پرتوها، دانشمندان از این روش برای انجام تحقیقات بهره می­بردند. اغلب اطلاعات کلیدی که امروزه در دسترس ماست به این روش به دست آمد­ه­اند. به عنوان مثالی از این روش می‌توان به اکتشاف رادیواکتیویته توسط مادام کوری در آزمایشگاه اشاره کرد.

در عصر حاضر از این روش به ندرت و در موارد خاص استفاده می­شود. از معایب این روش می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. با توجه به شناخت آثار تابش­ها بر روی بدن انسان، می توان گفت که بزرگترین عیب این روش تهدید سلامتی محققان و دانشمندان است. اگر چه با پیشرفت علم و تکنولوژی روش­های جدیدی برای ایمن سازی و حفاظ سازی ابداع شده­اند که تا حد زیادی سلامتی محققان را تضمین می­کنند.
2. این روش برای برخی از آزمایشات عملا غیر ممکن است. به عنوان مثال زمانی که هدف آزمایش اثرات ذرات پر انرژی یا ذرات با شار زیاد ( مانند ذرات کیهانی و ساخت شتابدهنده ­ها) است به دلیل عدم دسترسی به چشمه­هایی با این توان پرتوزایی، عملا این روش غیر قابل استفاده است.
3. گاهی نیاز داریم که شرایط مختلفی را برای یک آزمایش بررسی کنیم. به عنوان مثال در طراحی ماموریت های فضایی نیاز داریم که ماموریت­های آینده را طراحی کنیم، در این صورت استفاده از روش آزمایش مستقیم مقدور نیست.
4. آخرین ایرادی که به این روش وارد می­شود هزینه‌ی زیاد آن است. علاوه بر هزینه­ی زیاد خرید مواد و تجهیزات آزمایشگاهی، هزینه­ی ایمن سازی محیط آزمایشگاه و همچنین حمل و نقل ایمن مواد پرتوزا نیز بسیار زیاد است.

اکنون که با مشکلات و معایب این روش آشنا شدیم به دنبال راهی بهتر برای انجام آزمایشاتمان می­گردیم.

روش دوم: شبیه سازی

با پیشرفت علوم کامپیوتر و تولید نرم افزارهای مختلف، حل مسائل به روش شبیه­ سازی به صورت گسترده­ای در تمام زمینه ­های علوم مورد استفاده قرار می­گیرد. برای حل مسائل مربوط به ترابرد ذرات در محیط نیز می­توان از روش شبیه­سازی استفاده کرد. نرم افزارهایی که به این منظور طراحی و ساخته شده­اند، با توجه به روش مورد استفاده در حل مسائل به دوگروه کدهای تحلیلی یا Deterministic (استفاده از روش تئوری) و کدهای مبتنی بر احتمالات یا Probabilistic (مبتنی بر روش مونت کارلو) تقسیم می­شوند.

و ...

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه ای بر روش مونت کارلو و ترابرد ذرات 

فصل دوم: آغاز حل مسأله با فلوکا      

فصل سوم: رابط کاربری فلوکا          

فصل چهارم: تعریف هندسه در کد فلوکا           

فصل پنجم: تخمین ها و برآوردها در کد فلوکا     

فصل ششم: نکات ریز و درشت از فلوکا