Wednesday, 22 September 2010 MC-INFN

Transcript

1 MC-INFN

2 Partecipanti Laboratori Nazionali del Gran Sasso Laboratori Nazionali di Legnaro Laboratori Nazionali del Sud Joined Group of Istituto Superiore di Sanità Section of Genova Section of Milan Section of Perugia Section of Roma III Section of Turin

3 Background Da anni l INFN contribusce allo sviluppo e al mantenimento di codici Monte Carlo Tale contributo è legato, in particolare, a due tra i più complessi e completi codici Monte Carlo oggi disponibili: FLUKA e Geant4 Attività non facilmente riconducibile ad un classico esperimento INFN: conclusione non ben identificata sviluppo e mantenimento che presuppongono un impegno costante; attività condotte nell ambito di collaborazioni internazionali e/o di agreement con altri enti dove l INFN deve essere opportunamente rappresentata FLUKA e Geant4 sono stati fino ad adesso finanziati, all interno della CSN V, da due diverse sigle

4 Motivazione Individuare e caratterizzare un insieme di attività, con caratteristiche diverse dal classico di esperimento della CSN5, ma organicamente legate allo sviluppo e al mantenimento di approcci di calcolo di tipo Monte Carlo Creazione di una sigla unica intesa come contenitore per questo tipo di attività, pur mantenendo intatte le singole specificità: Ottimizzazione gestionale (risorse umane e finanziarie) delle forze interessate at attività Monte carlo Ottimizzazione delle loro interazioni Attivo scambio di informazioni, esperienze, idee e soluzioni Razionalizzazione delle risorse umane, intellettuali ed economiche per una crescita complessiva e comune delle varie parti Creazione di un contenitore di attività di calcolo scientifico

5 Organizzazione delle attività 1. Sviluppo del codice, dei modelli di fisica e dei tools connessi 2. Distribuzione e mantenimento 3. Sviluppo di applicazioni specifiche 4. Supporto agli utenti 5. Assistenza e supporto ad attività sperimentali con particolare riferimento alle esigenze INFN e alle tematiche interdisciplinari 6. Technology transfer MC-INFN: ottimizzazione del lavoro e creazione di sinergie per i punti 3, 5 e 6

6 Aree di applicazione Fisica delle alte energie Fisica nucleare Fisica dei raggi cosmici Fisica degli eventi rari Dosimetria Applicazioni mediche Applicazioni spaziali Shielding Struttura orizzontale del progetto per permettere l individuazioni di aree comuni e favorire il mutuo scambio di informazioni, metodologie di approccio, etc Nei limiti del man power disponibile: individuazione di referenti per area che possano cooperare e favorire legami con progetti e/o strutture ricercatori esterne

7 Geant4 (GEometry ANd Tracking)

8 Storia pregressa all interno dell INFN Finanziato dalla commissione calcolo dal 1999 al 2005 A partire dal 2006 la sigla è stata aperta all interno della CSN5 pur configurandosi non come un tipico esperimento INFN Nel 2010, con la precisa volontà di cercare una sinergia tra gruppi differenti operanti nello stesso ambito, si è deciso di chiudere la sigla Geant4 e confluire nel più generale MC-INFN Il numero di Sezioni è cresciuto negli ultimi anni da 4 a 6 Il finanzimento richiesto è diminuito da 169 KE del 2008 a 68 KE nel 2011 a fronte di un a crescita sia nei gruppi e ricercatori coinvolti sia della produzione scientifica condotta Pur essendo presenti attività differenti ed indipendenti in ciascuna delle Sezioni INFN, attraverso lo scambio costante di informazioni (meeting telefonici regolari e un meeting annuale) è in corso uno sforzo per la ricerca di interessi-ideeattività comuni al fine di ottimizzare al massimo gli sforzi umani e finanziari Dosimetria relativa e interfaccia DICOM (LNS, ISS, TO) Validazione di modelli di fisica elettromagnetica (LNS, LNGS) Validazione dei modelli adronici (LNS, PG) Applicazioni spaziali (PG, GE)

9 Attivita svolta nel 2010 Gruppo Advanced Examples Release dell esempio MedLinac2 con nuove funzionalità e interfacce (ISS, LNS) Update dell esempio Hadrontherapy (Geometria modulare, algoritmi per il calcolo del LET, etc.) Confronti delle distribuzioni di dose da fasci di protoni e fotoni con vari modelli di fisica elettromagnetica per l individuazione dei modelli di fisica più corretti per simulazioni in ambito medico (ISS, LNS) Importazione di immagini DICOM in MedLinac2 (ISS, TO) Pubblicazione di una versione aggiornata dell esempio Extended DICOM ora in grado di leggere file DICOM in diversi formati (TO) Studio di fattibilità per lo sviluppo di una implementazione prototipale per il calcolo del danno radiobiologico delle radiazioni ionizzanti. Tale implementazione sarà inizialmente inserita nell esempio Hadrontherapy (LNS, TO) Fisica Elettromagnetica Re-design e aggiornamento dei modelli di fisica a bassa energia Penelope già implementati in Geant4. I nuovi modelli Penelope (versione 2008) sono attualmente rilasciati nella versione beta di Geant4 9.4 Documentazione e bug-fix dei modelli Penelope Validazione dei modelli elettromagnetici relativi ai processi per fotoni (confronto di tutti i modelli implementati in geant4 rispetto a librerie di dati pubbliche) Validazione dei modelli di ionizzazione di ioni in differenti materiali: calcolo dello stopping power in geometrie reali e confronto con il database ICRU73 Realizzazione del primo prototipo funzionante per la creazione, la diffusione e la mutua interazione di radicali derivanti dalla elettrolisi dell acqua: lavoro condotto nell ambito di G4-DNA che ha come obbiettivo l introduzione di modelli per la simulazione della interazione radiazione-sistemi cellulari. Studio i fattibilità per l utilizzo di un acceleratore lineare medicale come facility di irraggiamento con fasci di elettroni. verifiche preliminari sperimentali e prime simulazioni della testata dell acceleratore e

10 Attivita svolta nel 2010 Fisica adronica Attività sperimentale e successiva analisi dati delle reazioni 12C+12C, 12C +AU e 12C+CH2 (Energia del fascio incidente 60 AMeV), condotte in geometria di target sottile. Tale attività è finalizzata alla misura delle sezioni d urto doppio differenziali dei secondari prodotti (Stretta collaborazione con il progetto TPS e con i ricercatori di Fluka) Preparazione ad una misura sperimentale da effettuare al GSI nel corso del Fascio già approvato e stretta collaborazione con l esperimento TPS e FRAG (Finanziato in Commissione III) Simulazione dell apparato precedentemente descritto e confronto dei risultati ottenuti adoperando diversi modelli di interazione ione-ione in Geant4 (Tale attività è tutt ora in corso Analisi dei dati sperimentali acquisiti al GSI per la misura delle sezioni d urto totali e parziali di vari materiali da usare come shielding spaziali (Acqua, Polyethylene, Alluminio, Lucite, Ferro e Grafite). Tali materiali sono stati irradiati con fasci di carbonio (500 e 1500 AMeV) e Nickel (1000 AMeV); Simulazioni Geant4 dell apparato e conseguente test dei modelli implementati nel codice. Dati preliminari già presentati allo scorso Geant4 Space User Workshop (PG)

11 Geant4 milestones (2011) Milestones in Geant4: 1. Relative alla attività di sviluppo del codice a livello internazionale (nell ambito della Geant4 Collaboration) 2. Relative all attività locale che ciascun gruppo (nel proprio ambito di interesse svolge) 3. Le attività dei punti 1 e 2 si intersecano quando l attività locale trova anche interesse più generale nella attività e nella linea di ricerca della Collaborazione Geant4 Milestones relative alle attività di Collaborazione Internazionale per l anno 2011 Release del codice Geant4 (Dicembre e Giugno di ogni anno) Release dei nuovi modelli di fisica elettromagnetica Penelope e continua attività di sviluppo dei modelli G4-DNA Release di 1 nuovi esempi avanzati e code review costante di quelli già presenti Attività di validazione con presentazione del lavoro di sviluppo, test e validazione all annuale Workshop di Collaborazione

12 Geant4 milestones (2011) Fisica elettromagnetica Aggiornamento dei modelli elettromagnetici Penelope presenti in Geant4 alla versione 2008 Completamento del debug Revisione critica del database G4LEDATA per i processi Penelope Eliminazione di ridondanze ed inconsistenze nel modulo di fluorescenza Rilascio a Giugno 2011 Mantenimento, miglioramento e debug dei modelli di fisica elettromagnetica a basse energie basate sulle librerie Livermore

13 Geant4 milestones (2011) Fisica elettromagnetica (... continua) Validazione e test dei modelli elettromagnetici alle basse energie Completamento dello sviluppo e prime validazioni delle classi G4-DNA dei modelli di interazione radiazionesistemi cellulari Re-design dei modelli di diseccitazione atomica in Geant4 ed estensione a differenti processi rispetto quelli attualmente supportati Piano di lavoro per il confronto dei codici Geant4 e Fluka per applicazioni medicali: lo scopo è quello di migliorare la conoscenza dei vari parametri di trasporto e dei modelli di fisica attivabili nei due codici nel loro utilizzo per la terapia radiante con protoni e ioni (Collaborazione con ricercatori della sezione di Bologna)

14 Geant4 milestones (2011) Fisica adronica Campagne di misura sperimentali specificatamente pensate per lo studio dei modelli di interazione ione-ione Energia <80 AMeV (LNS-INFN) Energie tra 200 e 800 AMeV (GSI) Validazione dei modelli specifici sviluppati per la simulazione delle interazione ione-ione in un range di energia compreso tra 0 e 80 AMeV (basato sui dati acquisiti nelle misure ai LNS dal gruppo LNS e da quello della sezione di Perugia) Validazione dei modelli di interazione ion-ione (Energie comprese tra sulla base dei dati acquisiti al GSI dal Gruppo della Sezione di Perugia: fasci di carbonio e nickel su diversi materiali alle energi comprese tra 500 e 1500 AMeV

15 Geant4 milestones (2011) Advanced examples Hadrontherapy MedLinac2 Distribuzioni di dose per gamma, protoni e ioni su immagini DICOM Introduzione di 1 nuovo esempio in collaborazione con il PNPI (Petersburg Nuclear Physics Institute): Simulazione di un set-up per lo studio di processi adronici di scambio di caric. Dati sperimentali saranno messi a disposizione della collaborazione Revisione e release degli esempi in coincidenza con i periodi di release di Geant4 Collezione degli User Requirements e attività generale di supporto agli Utenti

16 Collaborazioni Stretta collaborazione con Enti di Ricerca Nazionali ed Internazionali Strutture di fisica medica operanti all interno del sistema sanitario nazionale: Istituto Regina Elena a Roma e Azienda Ospedaliera San Camillo (Roma), Azienda Ospedaliera Cannizzaro (Catania), Azienda Ospedaliera di Terni,... CENGB (F), Fraunhofer Institute, GSI (G), SPace IT, ESA, Metz University, CIEMAT(S), CERN (CH), CNAO (I), Vinca Institute (Y), Sezione INFN di Catania, Sezione di Pisa,... Attività nell ambito di progetti Europei: MAESTRO, ENVISION.

17 partecipanti ed FTE Gruppo collegato Istituto superiore di Sanità (Roma) Laboratori Nazionali del Gran Sasso Laboratori Nazionali del Sud Sezione di Genova Sezione di Perugia Sezione di Torino FTE totali: xx

18 Disseminazione Corso per l utilizzo di Geant4 in campo medico (Ott. 2009) Bariloche ICFA School (Gennaio 2010) Scuola di software Alghero (Giugno 2010) Corso formazione INFN al Gran Sasso (Novembre 2010)

19 Richieste finanziarie ISS LNGS LNS GE PG TO Interno Estero Inventario Consumo TOTALE