EGS4程序介紹與安裝

EGS4程序介紹與安裝EGS4程序介紹與安裝核技術(shù)應(yīng)用2011082709李福龍1、EGS程序介紹EGS是英文Electron-GammaShower的縮寫(xiě)，它是一個(gè)利用蒙特卡羅方法模擬在任意幾何中，能量從幾個(gè)KeV到幾個(gè)TeV的電子-光子發(fā)射過(guò)程的通用程序包。EGS4作為利用蒙特卡羅方法進(jìn)行模擬計(jì)算的一個(gè)主要程序已經(jīng)公布很長(zhǎng)一段時(shí)間。在這段時(shí)間里中，有很多人為EGS4的發(fā)展貢獻(xiàn)了自己的力量。尤其是在輻射治療方面的進(jìn)展突飛猛進(jìn)，對(duì)于精確定位治療的模擬計(jì)算成為當(dāng)今科技發(fā)展中一個(gè)熱門(mén)的領(lǐng)域。伴隨計(jì)算機(jī)速度的發(fā)展，也同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，模擬計(jì)算成為解決問(wèn)題的一種主要方法和手段。EGS4程序的改進(jìn)：對(duì)EGS4物理模型的修改：為改善劑量精度，改進(jìn)了物理模型，提供了一些特殊算法（如PRESTA，EDGSET等）和宏，并考慮了電磁場(chǎng)對(duì)正負(fù)電子的影響。PRESTA（theParameterReducedelectron-StepTransportAlgorithm）改善了電子路程的修正算法（PLC）、側(cè)面相關(guān)算法（LCA）和邊界穿越算法（BCA），解決了電子步長(zhǎng)和計(jì)算精度的矛盾，在保持計(jì)算精度的情況下，增大了電子步長(zhǎng)，提高了計(jì)算速度；EDGSET使EGS4考慮了物質(zhì)K線和L線的熒光發(fā)射。工具和技術(shù)的改進(jìn)：修正了截面數(shù)據(jù)庫(kù)，并且為了提高計(jì)算精度，為PEGS4增加APRIM選項(xiàng)，以使電子在單位步長(zhǎng)內(nèi)能量損失（Electronradiativestoppingpower）符合ICRU-37標(biāo)準(zhǔn)。還開(kāi)發(fā)了如繪圖工具，PEGS工具，隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器等。系統(tǒng)和其它的支持：提供了幾何庫(kù)和一些對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及圖形顯示的工具，如EGS-Windows（NRCC1991）和EGS4PICT（KEK1994）等。EGS4程序的特點(diǎn)：元素和介質(zhì)材料齊全：可以模擬在任何元素、化合物、或者混合物中的電子（正電子和負(fù)電子）、或者光子輻射傳輸過(guò)程。數(shù)據(jù)預(yù)處理包——PEGS4可以產(chǎn)生1到100號(hào)的元素的反應(yīng)截面表供EGS4使用。粒子輸運(yùn)方式是隨機(jī)的：帶電粒子和光子的輸運(yùn)采用隨機(jī)游動(dòng)方式（random）進(jìn)行，而非離散（discrete）步長(zhǎng)。能量范圍廣泛：帶電粒子動(dòng)能范圍從幾十KeV到幾千GeV。盡管更高的能量范圍可能有效，但是其物理有效性待檢驗(yàn)。對(duì)于更低的能量，需要對(duì)反應(yīng)截面數(shù)據(jù)和步長(zhǎng)等進(jìn)行特殊處理。光子的能量范圍從1KeV到幾千GeV。開(kāi)放式結(jié)構(gòu)：允許用戶自己編寫(xiě)程序完成對(duì)源粒子特征的定義、幾何關(guān)系處理、結(jié)果的記錄和對(duì)EGS4系統(tǒng)程序的調(diào)用。涉及的物理過(guò)程比較全面，包括：o軔致輻射（不包括對(duì)低能的Elwert修正）。o正電子的飛行和靜止湮滅。oMolière多重散射（例如：原子核的Coulomb散射），減小的角度以連續(xù)分布而不是離散分布方式進(jìn)行抽樣，通過(guò)任意步長(zhǎng)，隨機(jī)選定來(lái)實(shí)現(xiàn)。避免過(guò)大或者過(guò)小而與理論沖突。oMller（e-e-）和Bhabha（e+e-）散射。使用了精確的而不是漸進(jìn)的公式。o在離散反應(yīng)之間對(duì)帶電粒子使用了連續(xù)能量損失跟蹤急速。o對(duì)產(chǎn)生。o康普頓散射。o可以通過(guò)選項(xiàng)將瑞利散射包括進(jìn)來(lái)。o光電效應(yīng)PEGS4是一個(gè)包含了12個(gè)子程序和85個(gè)函數(shù)的離線處理進(jìn)程。輸出數(shù)據(jù)直接可以被EGS4使用。oPEGS4在大量能量間隔之間進(jìn)行了精確的線性擬和。o一般來(lái)說(shuō)，用戶只需使用一次PEGS4來(lái)獲得EGS4所需的媒質(zhì)數(shù)據(jù)文件。EGS4是一個(gè)具有靈活使用者接口的增加了塊（block）數(shù)據(jù)的子程序包。o不需要用戶對(duì)其內(nèi)部代碼非常熟悉。o引入了宏，避免用戶代碼對(duì)EGS4代碼構(gòu)成bug。任何給定問(wèn)題的幾何本質(zhì)在用戶寫(xiě)的子程序HOWFAR中給定，在HOWFAR中可以使用附加的子程序。oEGS4代碼系統(tǒng)為不想寫(xiě)平面（plane）、圓柱體（cylinder）、圓錐（cone）、球（sphere）等標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀的用戶代碼的用戶提供了EGS4代碼子程序。o上面子程序的宏在EGS4MAC文件可以得到，使用這些宏可以獲得更快的模擬運(yùn)行速度o可將MORSE-CG程序的組合幾何包引入到子程序HOWFAR中使用（見(jiàn)UCSAMPCG文件）。但是，經(jīng)驗(yàn)表明，這樣做可能模擬速度很慢（大約慢四個(gè)量級(jí)）。o可以通過(guò)在HOWFAR中寫(xiě)一個(gè)特殊的子程序模擬在磁場(chǎng)中的傳輸。使用者的記錄和輸出信息可以在用戶寫(xiě)的子程序AUSGAB中記錄。o實(shí)用程序ECNSV1用于監(jiān)視和保存能量變化軌跡。o實(shí)用程序NTALLY用于保存事件。o實(shí)用程序WATCH用于按事件或按步模擬。EGS4允許對(duì)重要抽樣和其它變量衰減技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)充。（例如，主粒子偏移抽樣，俄國(guó)輪盤(pán)賭與分裂技巧，步長(zhǎng)偏移抽樣等。）輻射傳輸?shù)某跏蓟簅可以初始化對(duì)-0衰減的光子。（在CALLSHOWER中設(shè)置IQI=2）。o可以對(duì)單能粒子進(jìn)行模擬，也可以從已知分布中進(jìn)行抽樣（例如同步輻射光譜）。o可以從有球形或者角分布的源開(kāi)始模擬。2、EGS4的安裝安裝LaheyFortran盡管可以安裝其他的Fortran編譯，但是建議能夠安裝LaheyFortran。這樣可以避免編譯時(shí)不必要的麻煩。利用Windows的資源管理器雙擊install.exe文件。則進(jìn)入LaheyFortran安裝程序。1.選擇INSTALLF77L—EM/32，則進(jìn)入下一步，如圖2.1。2.在這一步中可以選擇將LaheyFortran安裝到那個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，建議選擇安裝到EGS4要安裝的驅(qū)動(dòng)器。例如E：，利用鍵盤(pán)的方向鍵移動(dòng)到DriveE：然后按回車(chē)鍵進(jìn)入下一步，如圖2.2。3.默認(rèn)的文件夾是\F77L3，可以修改，這里我們按默認(rèn)文件夾安裝。按回車(chē)進(jìn)入下一步，如圖2.3。4.這一步是讓用戶選擇要安裝的語(yǔ)言組件，默認(rèn)值為NO，按Y就可以都變成YES，用戶也可以利用方向鍵并按空格選擇特定的選項(xiàng)，我們安裝按Y處理，按回車(chē)進(jìn)入下一步，如圖2.4。5.這一步是選擇安裝的語(yǔ)言，選擇默認(rèn)值English，并按回車(chē)，如圖2.5。6.這一步是提示用戶是否安裝其他的語(yǔ)言，默認(rèn)值為NO，我們安裝默認(rèn)值處理，按回車(chē)進(jìn)入下一步。7.這一步系統(tǒng)開(kāi)始復(fù)制文件到E:\F77L3,當(dāng)復(fù)制完后會(huì)提示用戶換第二章磁盤(pán)，將第一張磁盤(pán)取出，然后插入第二張磁盤(pán)并按任意鍵即可，如圖2.6。8.安裝后會(huì)提示用戶是否修改Autoexec.bat和config.sys文件，選擇Y即可。然后安裝程序會(huì)配置庫(kù)（LIB），最后推出到DOS提示符。安裝完之后將E:\F77L3\SRC目錄下的Demo.for文件拷貝到E:\F77L3\BIN目錄下，并在BIN目錄下的DOS提示符下利用f77l3demo和386linkdemo命令來(lái)編譯并連接Demo.for文件生成Demo.exe文件，在DOS提示符下運(yùn)行Demo.exe文件，可以看看是否安裝正確，如圖2.7。圖2.1LaheyFortran安裝圖——安裝F77L3圖2.2LaheyFortran安裝圖——選擇驅(qū)動(dòng)器圖2.3LaheyFortran安裝圖——選擇文件夾圖2.4LaheyFortran安裝圖——選擇要安裝的語(yǔ)言組件圖2.5LaheyFortran安裝圖——選擇安裝的語(yǔ)言圖2.6LaheyFortran安裝圖——換第二章磁盤(pán)圖2.7LaheyFortran安裝圖——運(yùn)行Demo.exe文件安裝EGS4利用EGS4arc.exe來(lái)安裝EGS4，先在EGS4要安裝到的磁盤(pán)上建立一個(gè)目錄，例如E:\pcegs，然后將EGS4arc.exe拷貝到該目錄下。自動(dòng)解壓，解壓后生成如下目錄結(jié)構(gòu)：圖2.8EGS4arc.exe解壓后生成的目錄EGS4的配置EGS4的安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，但是對(duì)環(huán)境的設(shè)置和可執(zhí)行程序的生成相對(duì)復(fù)雜些。EGS4所帶的都是源程序，包括Fortran語(yǔ)言的源程序和EGS4所使用的Mortran語(yǔ)言的源程序。如果沒(méi)有設(shè)置好環(huán)境，就不能使用EGS4arc解壓出來(lái)的批處理文件，則運(yùn)行EGS4就非常不方便。1.在展開(kāi)的EGS4文件夾中，利用資源管理器進(jìn)入Egs4子目錄，找到Egs4env.bat文件，利用文本編輯器打開(kāi)進(jìn)行編輯。此時(shí)可以設(shè)置Fortran編譯器和EGS4的根目錄。根據(jù)安裝的Fortran和EGS4根目錄進(jìn)行修改，假設(shè)我們的根目錄為e:，則修改如下：找到：if"%HEN_HOUSE%NULL"=="NULL"setHEN_HOUSE=c:\HENHOUSE改為：if"%HEN_HOUSE%NULL"=="NULL"setHEN_HOUSE=e:\pcegs找到：remsetFortran_Path=c:\f77l3\bin\remsetLink_Path=c:\f77l3\bin\改為：setFortran_Path=e:\f77l3\bin\setLink_Path=e:\f77l3\bin\并將最后的exit刪除，或者前面加上rem。remexit3.創(chuàng)建一個(gè)與EGS4、Mortran3、Pegs4等同地位的文件夾，如圖2.8所示，起名為User，這樣可以在User文件夾中進(jìn)行運(yùn)算，避免以后不知道該刪除哪個(gè)文件，當(dāng)然也可以不設(shè)置這個(gè)文件夾，該文件夾只是為了清潔。將…\EGS4\Tutor\目錄下的machine.mac和Myconf.bat、Null.inp三個(gè)文件拷貝到User目錄下。4.編寫(xiě)一個(gè)Do.bat文件，內(nèi)容大致如下：SETPATH=e:\F77L3\BIN;e:\pcegs;e:\pcegs\egs4;e:\pcegs\mortran3;e:\pcegs\user;cdpcegs\user該文件的目的就是為了在DOS下能夠找到Fortran編譯器和EGS4目錄下的一些批處理文件，因?yàn)橐院笠褂眠@些批處理文件，并將Do.bat文件放置到E:\目錄下，即與F77l3目錄和EGS4的上級(jí)目錄并列。5.首先運(yùn)行Do.bat文件，并輸入Path來(lái)看路徑是否已經(jīng)設(shè)置。然后進(jìn)入Mortran3目錄下。運(yùn)行Makemor3.bat文件，在輸入了Makemor3并按回車(chē)之后，出現(xiàn)了一個(gè)屏幕顯示EGS4的根目錄和Fortran編譯器的目錄，可以檢驗(yàn)該目錄是否正確。如果正確則按任意鍵，則可以生成Mortran3.exe文件，說(shuō)明路徑設(shè)置完全正確。6.在Mortran3目錄下運(yùn)行Rawtohex.bat文件，如果正確，則生成了mortran3.dat文件，利用文本編譯器后者將mortran3.dat的第一行："v....2CUSERF7711JUN85"產(chǎn)品信息刪除，并將第二行按照移動(dòng)到第一行，且保存該文件。7.現(xiàn)在就可以使用EGS4了，但是還可以先生成Pegs4.exe文件。轉(zhuǎn)到Pegs4目錄下，運(yùn)行Makepegs.bat文件，則可以生成Pegs4.exe文件。8.將…\EGS4\TUTOR\目錄下的Tutor1.mor文件拷貝到User目錄下9.轉(zhuǎn)到User目錄下，輸入mftutor1并按回車(chē)，mf和tutor1之間有一個(gè)空格，mf是EGS4目錄下的一個(gè)批處理文件，可以將EGS4使用的Mortran語(yǔ)言源文件轉(zhuǎn)換成Fortran語(yǔ)言源文件，并進(jìn)行編輯和連接。10.如果一切順利，則生成了Tutor1.exe文件，現(xiàn)在可以輸入extutor1nullhi并按回車(chē)，ex、tutor1、null、hi之間都有一個(gè)空格，ex也是EGS4目錄下的一個(gè)批處理文件，用于執(zhí)行生成的可執(zhí)行程序。Null.inp是User目錄下的一個(gè)空文件，以后可以利用該文件同可執(zhí)行程序通訊，hi是…\Pegs4\dat目錄下自帶的一個(gè)媒質(zhì)數(shù)據(jù)文件hi.dat，包含tutor1所用的媒質(zhì)數(shù)據(jù)。則運(yùn)行完后用戶可以看到在User目錄下生成了tutor1