uphuk3 adnankilic

Document Sample
uphuk3 adnankilic Powered By Docstoc
					1
Geant4’ün Yapısı


Hızlandırıcı Fiziğinde Kullanılan Geant4 tabanlı Programlar Hakkında Bilgi
        G4Beamline
        G4MICE
        BDSIM
        Uygulama Alanları Hakkında Bilgi




                                                                             2
Geant4 (GEometry ANd Tracking) programı Monte Carlo metodu aracılığıyla temel
parçacıkların madde içerisinden geçişinin simulasyonunu yapar. Başlangıçta, yüksek enerji
fiziği deneyleri için tasarlanmıştır, ancak günümüzde nükleer fizik, hızlandırıcı fiziği,
medikal ve uzay bilimi gibi diğer birçok alan da kullanıma sahiptir.




                        Geant4 Collaboration
                         CERN, ESA, KEK, SLAC, TRIUMF, TJNL
                                    INFN, IN2P3, PPARC
                Barcelona Univ., BudkerInst., Frankfurt Univ., KarolinskaInst.,
                  Helsinki Univ., LebedevInst., LIP, Northeastern Univ. etc.




                                                                                        3
                                Elektromanyetik Süreçler,
                                Hadronik Süreçler,
                                Foton/lepton-hadron Süreçleri,
                                Optik Foton Süreçleri,
                                Bozunum Süreçleri,
                                Sağanak Parametrizasyonu,
                                Ve daha fazlasını ilave
                                edebilirsiniz.


Parçacık sıfır kinetik enerjiye ulaşıncaya           Detektorun geometrik bilgisi,
kadar veya bir etkileşme sonucu yok                  Fizik süreçlerinin seçimi,
oluncaya kadar,parçacığın madde ve dış               Detektöre giren parçacıkların kinematik
elektromanyetik alanlarla etkileşmelerini            bilgisi,
dikkate alarak adım adım parçacğın                   Bunların yanısıra;
taşınımını yapar.Taşınımın başında,sonunda           Manyetik ve elektrik alan,
taşınımdaki her bir adımın bitiminde,                Parçacık taşınımına eriştiğiniz zaman
parçacık, detektörün duyar hacmine girdiği           almayı istediğiniz eylemler,
durumda,kullanıcının taşınım sürecine                Parçacık detektörün duyar hacmine
erişmesine ve simulasyon sonuçlarını                 girdiğinde almayi istediğiniz eylemler,
almasına olanak sağlar.                              vb.
Bunlar “Kullanıcı Eylemleri (User Actions) “                                            4
olarak adlandırılır.
                                Geant4 17 paketten
                                     oluşur.




G4VUserDetectorConstruction
G4VUserPhysicsList
G4VUserPrimaryGeneratorAction




G4VUserPrimaryGeneratorAction
G4UserRunAction
G4UserEventAction
G4UserTrackingAction
G4UserStackingAction
G4UserSteppingAction
                                                     5
Geometrileri, yörüngeleri ve hit’lerin
incelenmesinde hızlı yanıt sağlamak,
Yayınlar için yüksek kalitede çıktı sağlamak,                            HepRep
Karmaşık geometrilerin kontrol edilmesinde
esnek kamera kullanımı,
Detektor geometrilerindeki üst üste binen
hacimlerin gözlenimi,                           OpenInventer




                               DAWN                      OpenGL
                                                         -OpenInventer
                                                         -HepRep
RayTracer                                                -DAWN
                                                         -VRLM
                                                         -RayTracer               6
                                                         -ASCIITree
Temel bir C++ bilgisi zorunludur,            Linux (g++)
Geant4’ü kullanmak icin bir C++ uzmanı       Unix
olmak gerekmez,                              Windows/XP (Microsoft Visual C++)
Nesne Yönelimli Teknoloji (Object
Oriented Technology)
Sadece karmaşık uygulamaların
geliştirilmesinde derin bilgi gerekir,
Geant4 te Linux satandart bir çalışma               detaylı bilgi için
çevresidir, bu nedenle Unix komutunun
nasıl kullanılacağına ve bir C++ kodunun
nasıl derleneceğine dair az bir bilgi
yeterlidir.


                                           http://geant4.web.cern.ch/geant4/



                                                                                 7
                                                               Muons, Inc
                                                    Şirket muon demet cooling için yeni
                                                    düşünceler keşfetmek ve konuyla
                                                    ilgili teknolojileri geliştirmek için,
                                                    Fermilab, Jefferson Lab, ve Illinois
                                                    Teknoloji Enstitüsü (ITT) ortaklığıyla
                                                    oluşturulmuştur.




G4beamline, çok farklı görünümlü demet-hatlarının ve diğer sistemlerin tasarımı ve
bunların değerlendirilmesine yönelik simulasyon çalışmaları için oluşturulmuş genel
amaçlı Geant4 tabanlı bir tek-parçacık programıdır.
Bu programla, hem EM alan hem de madde içerisinde, doğru ve gerçekçi bir şekilde
parçacık taşınımı simulasyonları yapılabilir. Bu onu özellikle, muon çarpıştırıcısı ve
nötrino fabrikası tasarımı incelemeleri için uygun hale getirmiştir.
G4beamline çok zengin bir demet hattı elemanı dağarcığına sahiptir ve C++
programlama kullanılmaksızın hızlandırıcı fizikçileri tarafından doğrudan kullanılmak
üzere geliştirilmiştir.
G4beamline, Geant4 tarafından desteklenen çok sayıda görselleme sürücüleri
(OpenGL, VRML, Open Inventor, vb.) kullanabilir. Hsitogramlama paketlerinden de
yararlanılabilir.




                                                                                             8
Simulasyonun temel yapısı ilk olarak, kullanılacak demet elemanlarının (mıknatıslar, RF
kaviti vb.) geometrilerini, yapıldıkları maddeleri ve lokal alanlarını tanımlamak ve sonra bu
elemanları world’e (tüm geometriyi saran hacime) yerleştirmektir. Herbir eleman, konuma,
rotasyona ve kendisine ait bir alan değerine sahip olabilir. Bu elemanlar için parametreler bir
ASCII (American Standard Code for Information Interchange) input dosyasında veya komut
satırında bulunabilir.

Simulasyon tüm ayrıntılarıyla bir ASCII input dosyasında yer alır:
  -Geometri
  -Giriş demeti (Input Beam)
  -Fizik süreçleri
  -Program kontrol parametreleri
  -Çıkış Ntuple’ların üretilmesi

Input dosyası argumanlarıyla birlikte bir komutlar dizisinden oluşur

Her bir komut kendi arguman listesine sahiptir

Komut ve argumanlar ayrıntılı olarak yazılır, yani input diğer bir şahıs tarafından kolaylıkla
anlaşılabilen bir simulasyon kaydı olur.

                                                                                                 9
                                                    beam: gelen demeti belirler (bir dosyadan
absorber : Biçimli güvenlik kaplı ve güvenlik       veya gelişi guzel olarak üretilir)
pencereli bir soğurucu material                     reference: bir referans parçacık belirler
box : kutu biçimindeki bir material                 place: önceden tanımlanmış olan nesneyi
corner: büküm veya ikincil hedef için merkezi       simulasyona yerleştirir
koordinatları döndürme                              material: yeni bir materyalin özelliklerini
cosmicraybeam: bir kozmik ışın muon demeti          belirler
fieldmap: E ve/veya B için bir dosyadan alan        geometry: nesnelerin geçersiz kesişmelerinin
haritasını okur                                     tespiti için geometric testler yapar
genericbend: genel bir bükücü mıknatıs              param: program için veya input dosyası için
genericquad: genel bir kuadripol mıknatıs           parametreler tanımlar
helicaldipole: 6-D muon cooling için bir sarmal     particlecolor: parçacık tiplerinin
dipol mıknatıs                                      görüntülenme renklerini belirler
idealsectorbend: bir sector bükücü mıknatıs         particlefilter: tip veya momentum v.b ile
pillbox: opsiyonel pencereleri içeren bir pillbox   parçacıklar üzereine bir filtre uygular.
RF cavity                                           physics: fizik süreçlerini tanımlar ve onları
polycone: Çoklu koni biçimindeki bir material       control eder
solenoid: tek bir halka mıknatıs                    trackcuts: İzlerin üzerine belirli kesilim
sphere: küre biçimindeki bir materyal               değerleri koyar
trap: ikiz kenar yamuk biçimindeki bir material
tubs: silindir veya boru biçindeki bir materyal     start: demet hattının başlama konumunu ve
virtualdetector: demeti görüntülemek için           yönünü belirler
kusursuz bir detektör                               corner: Bir corner’ı merkezi-hat koordinatlarına
                                                    yerleştirir
                                                    cornerarc: Bir arc uzunluğuyla birlikte bir corner’ı
                                                                                                 10
                                                    merkezi-hat koordinatlarına yerleştirir.
           example1.in
                                                                       OpenInventer


 # example1.in – put beam into 4 detectors
 physics LHEP_BIC
 beam gaussian particle=mu+ nEvents=1000 beamZ=0.0 \
     sigmaX=10.0 sigmaY=10.0 sigmaXp=0.100 sigmaYp=0.100 \
     meanMomentum=200.0 sigmaP=4.0 meanT=0.0 sigmaT=0.0
 # BeamVis just shows where the beam comes from
 Box BeamVis width=100.0 height=100.0 length=0.1 color=1,0,0
 # define the detector (used 4 times)
 detector Det radius=1000.0 color=0,1,0
 # place BeamVis and four detectors, putting their number into their
 names
 place BeamVis z=0
 place Det z=1000.0 rename=Det#
 place Det z=2000.0 rename=Det#
 place Det z=3000.0 rename=Det#
 place Det z=4000.0 rename=Det#




            Detaylı bilgi için




http://g4beamline.muonsinc.com

                                                                                      11
  Küçük yayılımlı bir muon demetiyle, daha yüksek bir çarpıştırıcı ışıması elde edebilmek için, daha iyi bir iyonlaşma cooling’i
  sağlayan bir teknik geliştirilmektedir. Bir muon demeti başlangıçta cool edildikten sonra, parametrik rezonanslı bir periodik örgü
  kullanılması da diğer diğer bir cool olabilir. Doğru parametreleri bulmak için daha detaylı bir takip, gerçeğer yakın RF kavitiler ve
  fiziksel etkileşmeler ile kulllanıcıya kolaylık sağlayan Geant4 tabanlı G4beamline programı kullanılmıştır.



RF siz selonoid üçlüsü ve                                                                               Soğuruculu Selonoid üçlü
muon demetinin                                                                                          hücresi ve sinkrotron hareketi
G4beamline Simulasyon                                                                                   sağlayan RF G4beamline
Görüntüsü                                                                                               Simulasyon Görüntüsü




   Abstract
   A helical cooling channel (HCC) has been proposed to quickly reduce the six dimensional phase space of muon beams for muon
   colliders, neutrino factories, and intense muon sources.
                                                                                                                               12
                                              9 ülkedeki 39 enstitüden 100’ün
                                                   üzerinde katılımcı var...

                                                                                                    Proton
                                                                                                    Sürücüsü

MICE (The International Muon Ionization Cooling Experiment )
işbirliğinde amaç, muonların iyonlaşma cooling’ini gözlemlemek, demet
dinamiklerini benzeri görülmemiş bir biçimde ölçmek ve sonuçları                                         Hedef

simulasyonlarla karşılaştırmaktır. Deneyde, muon demetini enine bir
şekilde tutmak için selonoidler, demeti cool etmek için sıvı Hidrojen
soğurucular, demeti yeniden hızlandırmak için ise RF kavitiler kullanılır.
Parçacık detektörleri, cooling kanalında yer alan demet taşınım
elemanlarının (soğurucular, selonoid, mıknatıslar ve RF kaviteler) ve
Muon Demet Hattı’nın (kuadrupol mıknatıslar) içlerine konulduğundan,
tüm elemanları gerçekçi bir şekilde modelleyen bir Monte Carlo
iskeletini kullanmak gerekecektir. Bunun sonucunda, MICE software
projesini kurmak için en uygun aracın guncel fizik modellerinin yanısıra,
karmaşık geometrileri destekleyen fonksiyonelliğe sahip, esnek ve
genişletilebilir olan CERN kaynaklı Geant4 pogramı olduğuna karar
verilmiştir. Bu Geant4 tabanlı geliştirilen software’e G4MICE adı
verilmiştir.
Muon Iyonizasyon Cooling Deneyinde (MICE) muonlar, bir muon
iyonizasyon cooling örgüsü hücresi içerisine ateşlenecektir. Deneysel
sonuçlar gelecekte kurulacak olan bir Nötrino Fabrikasının cooling
kanalını optimize etmek için kullanılacaktır.                                   Nötrino Fabrikası

                                                                                                    13
14
G4MICE, deneyin tüm elemanlarını içerir. Detektör
sistemleri, fizik süreçleri , yeniden inşaa ve analiz
algoritmaları için input demeti, magnet örgüsü, RF
sistemi, soğurucular, geometri, materyaller ve
elektroniğini içeren simulasyon zincirinin detaylarını
kullanıcının ayarlamasına imkan verir. Materyelleri
ve magnetik alanları içeren Magnetler modellenir ve
coil geometrisi ve akımlardan magnetik alanlar
hesaplanır. Parçacıklar, RF kavitelerinin zamana
bağlı elektromagnetik alanı içerisinde takip edilir ve
takipte tüm ilgili fizik süreçleri içerilir. Sıvı-Hidrojen
soğurucu kabı ve pencereler gerçek biçim ve                  Merkezi MICE detektörlerinin ve cooling aygıtının G4MICE ile
kalınlıklarıyla modellenir. Geometri ve materyaller          görsellenmesi. Uçuş zamanı detektörleri sarı renkte, takip detektörü
                                                             bileşenleri koyu kırmızı renkte, magnet gövdeleri mavi renkte, soğurucu
tüm detektörler için detaylı şekilde uygulanır.              windowslar turkuaz (yeşile çalan mavi) renkte ve elektron muon
                                                             kalorimetre yeşil renkte gösterilmiştir. Uçuş zamanı detektörleri arası
                                                             mesafe 13.2 metredir.




ROOT simulasyon sonuçlarının işlenmesi ve analizleri
için, şu anda G4MICE içerisinde kullanılan başka bir
araçtır.



                                                                                                                           15
                                                       Özetle G4MICE


Cooling kanal bileşenleri: mıknatıs coiller, rf kavitiler, LH2 soğurucular
Takip ve PID detektörler ve onları içeren demet hattı parçası
Tüm bileşenler için Geometry/Materialler
Mıknatıs ve kavitilerin elektromagnetik alanında takip
Tüm detektörler (TOF’s, CKOV’s, SciFi tracker, TPG tracker, EM-calorimetry) için Hit
üretilmesi
(takip detektör hacimlerindeki enerji depozisasyonu)
Tüm detektörler için Digitizasyon
(Simulasyonu yapılmış enerji depozisayonu işlenmemiş data)
SiFi izleyicinin kurulumu
ICOOL, G4beamline, TURTLE a demet arayüzeyi
RF-kaynaklı background için Detaylı model
İz dağılımlarının (yayılım, cooling) işlenmesi için Analiz aygıtları




                                                                                       16
BeamTools- Cooling kanal elemanlarını
uygulayan araçlar (coiller, kavitiler,
soğurucular). Bu G4MICE ta kullanılmak
üzere düzenlenmiş bir Fermilab paketidir.
Interface- event7spill/run modellerinin
yanısıra dosya ve database i/o kullanmak
için araçlar
Config- Konfigurasyon, geometri,
materyaller ve kurulum verileri
Calib- Detektör kalibrasyonu
EngModel- cooling kanalı bileşenlerinin ve
magnet coiller, rf kavitiler ve soğurucu
alanlarının modellenmesi
DetModel- Detektörlerin Modellenmesi
Recon-Tüm detektörler için Yeniden İnşaa
Analysis- Yayılımın hesaplanması ve fizik
analizleri için diğer aygıtlar
Simulation-tüm fizik süreçlerini içeren
detektörler içerisinde geçen parçacıkların
üretilmesi ve takipi (demet ve background)
DetResp- Detektör hit’lerinden İşlenmemiş
verilerin (digits) üretilmesi                17
G4MICE’ı derlemek ve çalıştırmak için dış paketlere ihtiyaç vardır.


CLHEP (A Class Library for High Energy Physics) Yüksek Enerji Fiziği için Sınıf Kütüphanesi
GEANT4: Yüksek Enerji Fiziği Simulasyon Aygıtı
GSL (The GNU Scientific Library) :Matematiksel işlemler için (özel fonksiyonlar vb.)
ROOT : Yüksek Enerji Fiziği Analiz Aygıtı
KALMAN FILTER PACKAGE: Kalman Filter Projesi aracılığıyla optimal takip parametrelerinin
hesabı için.


                           GLS için:
              http://www.gnu.org/software/gsl/
                                                            G4MICE detaylı bilgi için:
                                                          http://mice.iit.edu/software/
                     KALMAN filter için:
            http://www-jlc.kek.jp/subg/offl/kaltest/




                                                                                       18
MICE Soğrucularda ve Coil’lerde Enerji Soğurulması

Magnet Coil’lerde ve Hidrojen Soğurucularda ne kadar enerji soğurulduğunun tahmini..
Depolanan enerjinin demetin ilgilendiğimiz kısmından gelip gelmediğinin incelenmesi
RF kaynaklı elektron ve fotonlar


                       Dağıtıcı 1 in hemen arkasında bulunan TOF 1 den
                       alınan, Dağıtıcı 1 deki Momentum Dağılımları




        Px




       Pz




                                                                                       19
Muonlar için Soğurucudaki Enerji Depozizasyonu Dağılımı   Pi için Üç Sğurucudaki Enerji Depozisazyonu
                                                          Dağılımı




       Muonlar için Radyal Enerji Depozizasyon Dağılımı

       Soğurucu 1 deki Boyuna (z doğrultundaki) Enerji Depozizasyon Dağılımı

       Magnet Coil’lerdeki Enerji Depozisazyonu

       RF kavitelerden gelen background’un incelenmesi

                                                                                                        20
      Compact Linear Collider (CLIC), ve International Linear
      Collider (ILC)’in demet dağıtım sistemlerinin
      background’ları, kolimasyon sistemleri, performans ve
      benzeri problemlerinin incelenmesinde, demetin materyelle
      etkileşmesinin, birincil demetin takibinin ve demet-hattı
      etkileşmeleriyle üretilen ikincil parçacıkların
      simulasyonlarının yapılmasına gereksinim duyulur.
ILC
      Beam Delivery System Simulation (BDSIM) bu amaçla,
      hızlandırıcı demet-hatlarının kolaylıkla modelleyebilmek için
      tasarlanan Geant4-tabanlı bir simulasyon aygıtıdır.

      BDSIM, demet-hattı boyunca ve detektör bölgesindeki
      background ve ikincil etkilerin simulasyonunda etkin bir
      sistem sağlamak için hızlandırıcı bileşenleri içerisinde fast
      hızlandırıcı sitili takibini, geleneksel Runge-Kutta takip
      yöntemleriyle birleştirmiştir.
      BDSIM kodu, her bir demet-hattı elemanını oluşturmak için
      Geant4’ü kullanır. Bir nesne yönelimli yaklaşım kullanarak,
      her bir demet-hattı elemanı, kendine has dış geometriye,
      demet hattına ve magnetik alanları olan ayrı birer nesne
      olarak kurulur.

                                                                21
BDSIM, GNU C derleyicili Unix ve MacOS işletim sistemlerinde çalışabilen tek-parçacık takip
kodudur.Geant4, bir fizik süreçleri takımı ve geometri oluşturma biçimi olarak genel bir çalışma
iskeleti sağlar. Başlangıçta, demet-hattının kendi dış geometrisi ve magnetik alanlarının
tanımlandığı MAD optics input dosyası kullanılabiliyordu, şimdi BDSIM’in en son versionunda
ayrıca material, demet parametreleri, süreçler ve kesin örnekleme konumu (the sample
position) gibi özelliklerin yer alabildiği GMAD (Geant MAD) formatında input dosyası
hazırlanabilmektedir.
 MAD input dosya örneği
 rbend, l= 5.5, angle=0.001
 drift, l=2.
 quadrupole, l=1.5, k1=0.001
 GMAD input dosyası örneği
 option, beampipeRadius = 10*cm,
 tunnelRadius= 2.0*m,
 beampipeThickness = 0.1*cm,
 thresholdCutCharged = 10*KeV,
 thresholdCutPhotons = 10*KeV;
 ngenerate=5, turnInteractions=1,
 useEMHadronic=0, synchRadOn=0,
 stopTracks=0;
 sample,range=mexfoc;
 beam, particle="e-",
 energy=ener *GeV,
 distrType="guineapig_slac",
 distrFile="beam1.dat";                                                                   22
                                                           BDSIM’in Yapısı
BDSIM, demet hattı içerisinde takip için yeni bir yaklaşım      Çoklu Saçılma, iyonizasyon,
kullanır, yerel olarak tanımlanmış magnetik alanları            bremsstrahlung, pozitron yok olması
kullanarak takip yapmaktan ziyade, hareket denkleminin
analitik çözümünü kullanır. Örneğin ideal bir kuadripol         Gamma dönüşümü
alanında hareket eden bir parçacık,analitik çözümü olan         Compton Saçılması
bir hareket denklemine sahip olur, Geant normalde bir
magnetik alanda her bir step için çözüm yapmakta                Sinklotron Işıması
olduğundan doğrudan bu çözüm kullanıldığında önemli             Muon üretimi ve transportu
bir zaman kazancı elde edilir. Karmaşık magnetik alan
durumlarında ise tam bir alan haritası dosyaları kullanılır.    Nötron ve proton esnek, esnek olmayan
BDSIM’in en son versionunda bu fonksiyonellik                   saçılması
mevcuttur.                                                      Nötron yakalaması
Hızlandırıcı sitili takip uygulaması, atanan “stepper” lar      Füzyon
aracılığıyla yapılır. Bu, uygulamada her bir logical hacime
kendi stepper’ını atmakla yapılır, böylece parçacık o           Radyoaktif bozunum
hacim içerisine girdiğinde ilgili hacmin stepper’ını alır, bu
sırasıyla parçacığın nasıl taşınacağını belirler.
                                                                                        BDSIM detaylı bilgi için
                                                                                     EUROTeV-Report-2006-014-1




BDSIM, Geant4 ile sağlanan standart OpenGL görselleme iskeletini kullanır. Bir simulasyon
çıktısı, enerji depozizasyon ntuple’ları ve demet-hattındaki belirli yerlerde örneklenen
parçacık dağılımları, bu bilgi bir ASCII dosya veya bir ROOT formatı sağlanır.
                                                                                                              23
Abstract
The Laser-wire will be an essential diagnostic tool at the International Linear Collider. It uses a finely focussed laser beam to
measure the transverse profile of electron bunches by detecting the Compton-scattered photons (or degraded electrons)
downstream of where the laser beam intersects the electron beam. Such a system has been installed at the PETRA storage
ring at DESY, which uses a piezo-driven mirror to scan the laser-light across the electron beam. Latest results of experimental
data taking are presented and compared to detailed simulations using the Geant4 based program BDSIM.




 Abstract
 A laserwire system within the CLIC beam delivery system is simulated using Geant4. The issues of extracting the signal
 in the presence of beam-related backgrounds is addressed.




Simulation of Secondaries for the Linear Collider
Designe of Extraction Line Optics for the ILC Interaction Regions with 20 mrad and 2 mrad Crossing Angles



BDSIM, laser-wires ve enerji spektrometrelerini içeren çeşitli demet diagnostik sistemlerinin
simulasyonunda da kullanılmaktadır.                                                    24
                Linear Collider Simulation
                        Software


http://lcsm.org/software



                                             25
26

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:12
posted:9/18/2012
language:Turkish
pages:26