| FLUKA: | START | Primary | Geometry | Media | Estymatory | Problemy |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ROOT | Projekt VELO | Projekt “Zasięg” | Projekt “Źródła” | Wyniki studentów |
Projekt 1A
Wyznaczenie zasięgu wysokoenergetycznych cząstek w różnych materiałach.
Cel ćwiczenia:
Badanie oddziaływania promieniowania o wysokich energiach z materią, określenie różnicy w oddziaływaniu pomiędzy cząstkami lekkimi a ciężkimi, wyznaczenie zależności zasięgu promieniowania od energii, rodzaju promieniowania i materiału.
Wykonanie ćwiczenia:
- Napisz plik inputowy do FLUKI. Szybki starter do puszczenia symulacji jest tutaj.
Oddziaływanie będzie badane w cylindrze wypełnionym lekkimi i ciężkimi materiałami. Rozmiary należy tak dobrać, aby widoczny był zasięg promieniowania (można poszukać w tablicach). Źródłem będzie wiązka:
- Protonów i neutronów (cząstki ciężkie).
- Elektronów i fotonów (cząstki lekkie).
Energię należy dobrać samodzielnie, z zakresu od 100 MeV do 100 GeV w kilku dowolnych, ale dających znaczące wyniki, krokach.
- Wykonaj symulację:
- dla wybranej wiązki cząstek: jednej ciężkiej (proton) i jednej lekkiej (elektron),
- zbiornik wypełnij dwoma rodzajami materiałów: lekkim (np. powietrze, woda, krzem) i ciężkim (wolfram, ołów, żelazo, beton).
- wybierz do scoringu estymatory: całkowitej zdeponowanej energii, energii promieniowania elektromagnetycznego, energii zdeponowanej przez promieniowanie pierwotne i dawki. O estymatorach we Fluce przeczytasz tutaj.
- liczba cząstek w wiązce nie powinna być mniejsza niż 10 tysięcy.
Dyskusja wykonanej symulacji:
Dokonaj porównania wyników:
- jakie są różnice w oddziaływaniu poszczególnych cząstek?
- jakie cząstki wtórne powstały?
- od czego zależą straty jonizacyjne?
Opracowanie wyników (do 28 czerwca 2019):
- każda osoba powinna wykonać symulację oddziaływania wiązki protonów i elektronów w lekkich i ciężkich materiałach. Liczba padających cząstek to conajmniej 10 tysięcy, a cykli symulacji conajmniej 3. Energia wybrana z przedziału 0.1 - 1 GeV.
- proszę zrobić dwuwymiarowe rozkłady zdeponowanej energii (lub dawki) dla tego samego materiału i wskazać różnice pomiędzy elektronami i protonami,
- w przypadku protonów:
a) dla conajmniej trzech energii i dwóch materiałów zrobić rozkład zdeponowanej energii (lub dawki) w funkcji odległości i wyznaczyć zasięg,
b) zrobić rozkład (log-log) zasięgu w funkcji energii, porównać z wartościami tablicowymi. Uwaga: zasięg przedstawiamy w [cm], ale częściej jako iloczym zasięgu i gestości: [cm g/cm3 = g/cm²] (p. wykład).
c) sprawdzić “skalowanie zasięgu”, tzn, czy stosunek zasięgów (dla tych samych energii i tych samych cząstek) jest równy stosunkowi gęstości i pierwiastka z liczby atomowej (p. wykład), - dla elektronów:
a) zrobić rozkład 2D i 1D energii zdeponowanej tylko przez wiązki pierwotne (BEAM_PART),
b) zrobić rozkład 2D i 1D energii całkowitej zdeponowanej przy przejściu elektronów i skomentować różnicę z poprzednim rozkładem.
c) wyznaczyć drogę radiacyjną lub zasięg i porównać z tablicami. Droga radiacyjna dla elektronów jest to odległość, po której energia elektronu, tracona w wyniku promieniowania hamowania, wynosi średnio 1/e (czyli około 36,8%) swej energii początkowej, wyrażana jest również jako wartość pomnożona przez gęstość materiału w [g/cm²].
Ćwiczenia dodatkowe:
- Beam dump dla LHC:
- proszę obliczyć, jaką energię (w [J]) niesie ze sobą wiązka 10e11 protonów o energii 7 TeV. Ile gramów miedzi mogłaby ta energia stopić? Wyznacz, korzystając z głównego ćwiczenia, grubość bloku z betonu, w którym można “zrzucić” taką wiązkę.
- Detektor śladowy:
- proszę dodać do zbiornika z wodą 3 cienkie (0.5cm) płaszczyzny z krzemu, ustawione prostopadle do osi, w równych odległościach. Wyznacz w nich depozyty energii (w płaczczyźnie xy) pochodzące od wiązki protonów o energii 10 GeV. Liczba protonów w wiązce powinna być mała, np 10.