آموزش geant-فهرست مطالب

آموزش geant-فهرست مطالب

 مقدمه: آشنایی با Geant4 و اهمیت یادگیری آن

Geant4 یک toolkit قدرتمند و انعطاف‌پذیر برای شبیه‌سازی مونت کارلو در ردیابی ذرات و برهمکنش‌های آن‌ها با ماده است که به زبان ++C توسعه یافته و به صورت متن‌باز در دسترس قرار دارد. این نرم‌افزار کاربردهای گسترده‌ای در حوزه‌های فیزیک هسته‌ای و ذرات، پزشکی (پرتو درمانی و تصویربرداری)، فضایی (محافظت در برابر پرتوهای کیهانی)، و مهندسی هسته‌ای دارد. یادگیری Geant4 به کاربران این امکان را می‌دهد که آشکارسازهای ذرات طراحی کنند، دوز پرتو را در سیستم‌های بیولوژیکی محاسبه نمایند، یا حتی اثرات پرتوهای پرانرژی را در مواد مختلف شبیه‌سازی کنند. این آموزش گام‌به‌گام، از نصب و راه‌اندازی تا پیاده‌سازی پروژه‌های پیشرفته را پوشش می‌دهد و شامل مثال‌های عملی، نکات دیباگینگ، و بهینه‌سازی کد برای شبیه‌سازی‌های واقع‌گرایانه است.

فهرست بازبینی شده و تکمیل شده آموزش Geant4

بخش ۰: مقدمات و مفاهیم پایه

1. آشنایی با Geant4

   • تاریخچه، کاربردها در فیزیک هسته‌ای، پزشکی، فضایی

   • معماری نرم‌افزار (Toolkit vs. Framework)

2. پیش‌نیازها

   • آشنایی با C++ (مفاهیم OOP، اشاره‌گرها، کتابخانه استاندارد)

   • نصب Qt (برای واسط گرافیکی و دیباگ)

   • مفاهیم فیزیک ذرات و آشکارسازها

     با واحد ها در Geant4 آشنا شوید

بخش ۱: نصب و راه‌اندازی

نصب در ویندوز

1. • کامپایل با CMake و Visual Studio

   • تنظیم متغیرهای محیطی

2. نصب در لینوکس

   • کامپایل با gcc/Clang

   • رفع خطاهای رایج (مثبت: missing libraries)

3. تست نصب

   • اجرای مثال‌های پیش‌فرض (مثل B1)

   • آشنایی با ساختار دایرکتوری‌های Geant4

بخش ۲: مواد (Materials)

1. تعریف مواد

   • استفاده از کلاس G4Material

   • ترکیب مواد مرکب (G4Element)

2. کتابخانه‌های پیش‌فرض

   • مواد استاندارد (آب، هوا، سرب، etc.)

3. خواص نوری مواد

   • تنظیم شفافیت، بازتابش برای شبیه‌سازی سنتیلاتورها

بخش ۳: هندسه (Geometry)

1. حجم‌های پایه

   • تعریف اشکال اولیه (G4Box, G4Tubs, G4Sphere)

2. عملیات منطقی

   • ترکیب حجم‌ها با G4UnionSolid, G4SubtractionSolid

3. مدیریت سلسله مراتب

   • کلاس G4LogicalVolume و G4PVPlacement

4. ویژوال‌سازی

   • تغییر رنگ، شفافیت، سبک نمایش (Wireframe/Solid)

     مشاهده مقاله آموزش تعریف هندسه در Geant4

بخش ۴: فیزیک و ردیابی ذرات

1. لیست‌های فیزیکی

   • انتخاب مدل‌های فیزیکی (QGSP_BERT, FTFP_BERT)

2. تعریف ذرات

   • استفاده از G4ParticleTable (پروتون، الکترون، فوتون، etc.)

3. ردیابی ذرات

   • تحلیل گام‌به‌گام با G4SteppingAction

بخش ۵: منابع ذرات (Particle Sources)

1. منابع نقطه‌ای (G4ParticleGun)

   • تنظیم انرژی، زاویه تابش

2. منابع گسترده

   • منابع حجمی (G4GeneralParticleSource)

3. منابع رادیواکتیو

   • شبیه‌سازی واپاشی هسته‌ای (G4RadioactiveDecay)

بخش ۶: خروجی‌گیری و تحلیل داده‌ها

1. ذخیره‌سازی داده‌ها

   • خروجی به فرمت ROOT/CSV

   • استفاده از G4AnalysisManager

2. مش‌بندی (Mesh)

   • تعریف شبکه‌های دوزیمتری

بخش ۷: دیباگ و بهینه‌سازی

1. ابزارهای دیباگ

   • لاگ‌گیری با G4cout و G4Exception

2. بهینه‌سازی عملکرد

   • موازی‌سازی با MT (Multi-Threading)

   • کاهش زمان شبیه‌سازی با G4FastSimulation

بخش ۸: پروژه‌های پیشرفته (کاربردی)

1. شبیه‌سازی آشکارسازها

   • کالیبراسیون انرژی، رزولوشن فضایی

2. کاربردهای پزشکی

   • مدلسازی LINAC در رادیوتراپی

   • دوزیمتری در پرتودرمانی

3. شبیه‌سازی فضایی

   • اثرات پرتوهای کیهانی

بخش ۹: ادغام با ابزارهای خارجی

1. اتصال به ROOT

   • تحلیل هیستوگرام‌ها و نمودارها

2. پایتون و Geant4

   • استفاده از PyGeant4 برای اسکریپت‌نویسی