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MC-INFN

Wednesday, 22 September 2010

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 TurinWednesday, 22 September 2010

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


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


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


Aree di applicazione

Fisica delle alte energie

Fisica nucleare

Fisica dei raggi cosmici

Fisica degli eventi rari

Dosimetria

Applicazioni mediche

Applicazioni spaziali

ShieldingStruttura 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


Geant4 (GEometry ANd Tracking)


Storia pregressa all’interno dell’INFNFinanziato 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-idee-attività 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)Wednesday, 22 September 2010

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 PenelopeValidazione 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


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 2011. 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)


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



Fisica elettromagneticaAggiornamento 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



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 radiazione- sistemi 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)



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



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


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.


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


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)


Richieste finanziarie

ISS LNGS LNS GE PG TO

Interno

Estero

Inventario

Consumo

TOTALE


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