Metoda Monte Carlo v radiační fyzice

Garant předmětu:

Jaroslav Klusoň, Tomáš Urban

Přednášející:

Tomáš Urban

Cvičící:

Tomáš Urban

Předmět zajišťuje:

katedra dozimetrie a aplikace ionizujícího záření

Anotace:

Základní principy metody, vybrané pojmy z teorie pravděpodobnosti a matematické statistiky. Modelování transportu ionizujícího záření látkou, typy interakcí fotonů, neutronů a nabitých částic a jejich modelování, modelování geometrických podmínek. Statistické vyhodnocení spolehlivosti výsledků modelování, metody zefektivnění výpočtů. Programy pro modelování transportu záření, program MCNP(X), jeho možnosti a použití, vstupní soubor (popis geometrie, materiálů, zdrojů a požadavků na výstupní veličiny), grafické možnosti, ovládání programu. Nástroje pro vytváření vstupních souborů a vizualizaci geometrických uspořádání (VISED, Sabrina, Body Builder) Příklady aplikací (praktická cvičení) se zaměřením na radiační fyziku (stínění, pole/svazky zdrojů, spektrální distribuce, distribuce dávek, odezvy detekčních systémů, úlohy radiační ochrany). Základy práce s programem Fluka a Geant, program SRIM pro simulaci transportu nabitých částic.

Požadavky:

Základní kurzy matematiky a statistiky

Základní znalosti programování a práce s počítačem

Výhodou je kurz 18MOCA Metoda Monte Carlo

Osnova přednášek:

1. Úvod (vybrané pojmy z teorie pravděpodobnosti a matematické statistiky, náhodná čísla)

2. Modelování transportu záření látkou

3. Metoda Monte Carlo (obecné metody modelování nerovnoměrných rozdělení)

4. Průchod nepřímo ionizujícího záření látkou, základní typy interakcí a jejich fyzikální modely (účinné průřezy, rozdělení), modelování geometrických podmínek

5. Průchod nabitých částic látkou (mnohonásobný rozptyl elektronů; metoda grupovaných srážek; fluktuace ztrát energie/úhlu rozptylu a jejich modelování)

6. Statistické vyhodnocení spolehlivosti výsledků modelování

7. Programy pro modelování transportu záření (MCNP/MCNPX, Fluka, Geant, SRIM/TRIM)

8. MCNP/MCNPX - struktura vstupního souboru, popis geometrie a materiálového složení, vizualizace popisu geometrického uspořádání úlohy (modul plot)

9. MCNP/MCNPX - popis zdroje, specifikace požadovaných výstupních hodnot (tallies) a jejich distribucí, specifikace dalších parametrů výpočtů, grafické editory pro přípravu vstupních souborů pro MCNP/MCNPX - Vised, Sabrina, BodyBuilder

10. MCNP/MCNPX - spouštění programu, výstupní soubory, validace výsledků (chyby, statistické testy a jejich interpretace), nástroje pro grafické zobrazení výsledků (mcplot)

11. Praktické ukázky modelů a výpočtů (svazky/pole zdrojů a jejich spektrální/úhlové distribuce, distribuce dávek dávky ve fantomu, odezvy detekčních systémů, úlohy radiační ochrany)

Osnova cvičení:

1. Geometrický popis modelu

2. Popis zdroje

3. Volba, vlastnosti a popis tally

4. Nastavení parametrů modelu a výpočtu

5. Aplikace metod redukce variance

6. Interpretace výsledků a chyb

7. Nástroje pro vizualizaci

8. Popis opakovaných a mřížových struktur

Cíle studia:

Znalosti:

Získání teoretických a praktických znalostí pro aplikaci metody Monte Carlo v oblasti simulace transportu záření, programových nástrojů a oblastí jejich využití.

Schopnosti:

Příprava modelů a praktické využití v oblastech dozimetrie, detektorů, spektrometrie, stínění a radiační ochrany a lékařských aplikací.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] Reuven Y. Rubinstein, Dirk P. Kroese: Simulation and the Monte Carlo Method, 3rd Edition, ISBN: 978-1-118-63216-1, Wiley Series in Probability and Statistics, Nov 2016.

[2] Lux, I., Koblinger, L.: Monte Carlo Particle Transport Methods- Neutron and Proton Calculations, ISBN 0-8493-6074-9, CRC Press, 1991.

Doporučená literatura:

[3] Use of MCNP in Radiation Protection and Dosimetry, Edited by Gualdrini, G., Casalini, L., ENEA, ISBN 88-8286-000-1, Bologna - Italy, May 13-16 1996.

[4] MCNP 5/6/X manuály

Studijní pomůcky:

počítačová učebna, SW programy a nástroje pro přípravu modelů a simulaci transportu záření

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Jaderné inženýrství - Aplikovaná fyzika ionizujícího záření (PS)
• Jaderná chemie (volitelný předmět)
• Radiolgická fyzika (povinný předmět programu)
• Vyřazování jaderných zařízení z provozu (povinný předmět programu)