RSim专业辐射与防护仿真软件


RSim软件是专业的辐射与防护仿真软件,利用Geant4的蒙特卡洛方法作为底层,研究辐射在空间和物质中的传输,了解目标物体上的辐射沉积通量等关键信息,可以用于从核医学到卫星屏蔽设计的各种行业,提供辐射损伤、辐射屏蔽和防护的分析能力。


1. Tech-X公司介绍

美国Tech-X公司由John R. Cary博士创立,总部设在美国科罗拉多州博尔德市,是专业的等离子技术软件供应商。公司的产品和技术紧跟等离子体领域的科研成果,致力于创造能够实现大规模计算以及更好理解物理过程的软件产品,即在台式机到超级计算机各类计算机系统上,均能实现与等离子体物理、聚变、加速器技术相关的物理系统和过程的模拟,以增加对复杂物理现象的认识。公司软件与技术在美国多个国家级实验室得到应用,并承担了能源、国防、航天部门的多项课题。

Tech-X公司的产品主要包括电磁粒子仿真软件VSim、电磁流体仿真软件USim和辐射与防护仿真软件RSim。

VSim是包含全电磁模型的粒子仿真软件,是等离子体、微波与真空电子器件、脉冲功率与高电压、加速器、放电等离子体等领域的尖端仿真工具。

USim软件是专业的电磁流体仿真软件,求解含化学反应的等离子体流体模型。可以仿真高能量密度等离子体、高超声速磁流体、天体物理、热等离子体与电气工程等领域中的高端科研模型。

RSim软件是专业的辐射与防护仿真软件,利用Geant4的蒙特卡洛方法作为底层,研究辐射在空间和物质中的传输,了解目标物体上的辐射沉积通量等关键信息,RSim提供交互式的参数设置和可视化的用户图形界面。


2. RSim软件功能

RSim起源于NASA的计算服务,目的是确定欧罗巴飞船(Europa Clipper)任务中使用的表面尘埃质量分析仪(SUDA)上的辐射水平和影响。此后开发了RSim以提供易用性、CAD可导入型和可视化能力。RSim可以用于从核医学到卫星屏蔽设计的各种行业,提供辐射损伤、辐射屏蔽和防护的分析能力。

RSim使用Geant4(10.6.0版)的辐射传输模型,并提供交互式GUI来设置和运行Geant4模拟。模拟支持交互式建立的复杂几何实体,也可用CAD文件导入几何实体构型。内置了大量材料数据库,仿真中可以设置粒子发射源为各种通用粒子源。提供基于Visit的三维后处理可视化工具分析数据。可以在Linux、Mac OS和Windows操作系统上运行。

RSim的特点和优势包括:

  • 使用经过验证的Geant4蒙特卡洛模拟模型;
  • 户友好界面,使用户无需直接编程Geant4代码,只需要书写RSim输入文件;
  • 700多种预加载材料的丰富数据库,可根据需要创建新材料;
  • 可导入多种CAD格式文件(STEP,GDML,H5M,STL);
  • 通过界面引入基本几何体和各种逻辑操作操作创建复杂模型;
  • 可创建多种辐射源;
  • 能够提供各种关键结果信息,如能量和剂量沉积、网格通量、碰撞率等;
  • 对数据提供三维可视化的定性和定量分析;
  • 允许工程师能够轻松预测辐射效果,进行屏蔽计算,并评估在太空等恶劣环境中的可生存性。

RSim软件可以用于:

                   核医学                原子能和聚变能  放射性废料管理                 太空任务

3. RSim软件案例

3.1 人体辐射沉积

仿真并记录单一电子源在人体模型中的辐射能量沉积。

3.2 人体屏蔽防护

此模型仿真研究被屏蔽在铝制圆筒中的人头部的辐射能量。离子源使用了欧罗巴任务中的JPL实验室数据集,并根据积分通量的最大值和最小值进行了归一化计算。本例演示了如何导入step文件,设置step文件各部分的材料属性。

构建仿真模型的所有属性和值都可以在Setup窗口中设置,如图所示。可以展开元素树并浏览各种属性,进行想要的设置。右侧窗口显示了几何模型的3D视图(如果有的话),以及网格视图(如果设置显示的话)。


人体屏蔽案例设置窗口


仿真完成后,可以将人体和人体上的总能量沉积EnergyDepsit显示出来。


人体屏蔽案例设置窗口


3.3 质子疗法

对一个简化的质子照射治疗模型进行仿真。案例仿真一个简化的人体骨骼,肿瘤嵌入脂肪组织,背部覆盖皮肤。一束能量为90MeV的圆形质子束定位到肿瘤中心。沉积在皮肤、脂肪、肿瘤和躯干上的能量都会被记录下来。素材使用了RSim中内置的ICRP模型。


质子治疗案例的参数设置



能量沉积


3.4 空间辐射量计算

模型描述了如何建立一个典型的空间辐射环境的仿真模拟。

电磁阀的CAD模型


网格上能量沉积的可视化结果


空间辐射通常用微分通量和积分通量的表格来表示,如图所示。

用微分通量和积分通量来指定空间辐射