GEANT4

Current revision

Что такое GEANT

GEANT4 (сокращенно g4, произносится «джант») — это система библиотек для компьютерного моделирования процессов прохождения элементарных частиц через вещество, на основе совокупности подходов, вместе называемых «метод Монте-Карло». GEANT — самая популярный инструмент такого типа. Он разрабатывается международной коллаборацией с центром в CERN. Наибольший вжлад в разработку внесли ученые из Англии, Италии, Канады, России, США, Франции и Японии.

Перед GEANT4 был GEANT3, выполнявший те же самые задачи, но сделанный на Фортране. На сегодняшний день он используется довольно часто, как и другое фортрановское ПО, так уж исторически сложилось, но большинство современных экспериментов постепенно переходят на 4-й. В целом в последнее время GEANT4 считается достаточно надежным и корректным для широкого применения. Первое «боевое» применение GEANT4 — эксперимент BaBar. C 2004 года GEANT4 — основная программа моделирования в экспериментах на LHC. Впрочем, область применения не ограничивается моделированием детекторов, где с помощью GEANT4 ведется проектирование установок, рассчитываются эффективности и загрузки различных подсистем, производится калибровка и т. д. Как и другие пакеты Монте-Карло, GEANT4 используется в области радиационной защиты, в медицине и в различных других прикладных областях, связанных с радиационным излучением.

Разработка GEANT4 началась в 1994 году с переписывания GEANT3.2.1 на Си++. При этом кардинально изменились архитектура системы и методы работы с ней, но физическая часть (алгоритмы расчета сечений и т. п.) практически не изменилась. В дальнейшем серьезные изменения претерпели модели адронных процессов, расчет электромагнитных взаимодействий в основном соответствует GEANT3, но был заметно улучшен и расширен. Также добавлена возможность моделирования транспортировки оптических фотонов.

Нумерация версий GEANT4 трехуровневая:

1. cначала идет цифра 4, как символ пакета;
2. далее главный номер релиза (major number, на текущий момент 9-ая) и номер уровнем ниже, minor number;
3. затем версия патч-сета, т. е. набора исправлений, не несущих новой функциональности;

В итоге получается нечто вроде geant4.7.0.p01.

Работа с GEANT4 сводится к написанию программ на С++, связывающих его компоненты между собой определенным образом, моделирующим некоторую реальную систему. При этом в GEANT заносится трехмерная модель системы, характеристики материалов, из которых она состоит, описываются электромагнитные поля. Также подключаются различные пакеты физических процессов, такие, как тормозное излучение и ионизация. В процессе работы GEANT4 рассчитывает траектории прохождения различных элементарных частиц в заданной системе. Пользователь должен обеспечить сохранение данных в удобном уму формате.

Также GEANT поддерживает большое количество различных способов визуализации своей работы.

Существует достаточно много программых оболочек (GATE, GRAS,...) которые обеспечивают удобный интерфейс между пользователями конкретной области применений и GEANT4. Такие оболочки существенно облегчают работу и как правило не требуют програмирования на С++.

Ссылки

1. Домашняя страничка GEANT3 (http://wwwasd.web.cern.ch/wwwasd/geant/)
2. Сайт GEANT4 (http://geant4.web.cern.ch/geant4/)