फास्टराड

फास्टराड

Developer(s)	फास्टराड सहयोग
Stable release	3.4 / जून 2014
Operating system	मल्टी-प्लेटफ़ॉर्म
Type	सीएडी सॉफ्टवेयर - कम्प्यूटेशनल भौतिकी
License	स्वामित्व
Website	www.fastrad.net

FASTRAD इलेक्ट्रॉनिक्स पर विकिरण प्रभाव (खुराक और विस्थापन क्षति) की गणना के लिए समर्पित उपकरण है। टूल में किसी भी सिस्टम के प्रतिनिधित्व के लिए आवश्यक सभी क्षमताओं के साथ 3डी मॉडलिंग इंटरफ़ेस शामिल है। आवेदन क्षेत्रों में शामिल हैं: उच्च ऊर्जा भौतिकी और परमाणु प्रयोग, चिकित्सा, त्वरक और अंतरिक्ष भौतिकी अध्ययन। सॉफ्टवेयर का उपयोग दुनिया भर के विकिरण इंजीनियरों द्वारा किया जाता है।

यह सॉफ्टवेयर उन इंजीनियरों को समर्पित है जिनके पास सीएडी अनुप्रयोगों में व्यापक अनुभव नहीं है। यह उपयोगकर्ता के अनुकूल

इतिहास

FASTRAD विकिरण संवेदनशील प्रणालियों के विश्लेषण और डिजाइन के लिए समर्पित विकिरण उपकरण है। परियोजना 1999 में बनाई गई थी और तब से इसमें लगातार सुधार किया जा रहा है। इस सॉफ्टवेयर को किसी भी विकिरण संबंधी क्षेत्र में लागू किया जा सकता है।

पिछले एक दशक में उपग्रह निर्माताओं के विकिरण सख्त आश्वासन में लगातार सुधार हुआ है। अनुपात शक्ति/द्रव्यमान को बढ़ाने के लिए या तो यांत्रिक डिजाइन के संदर्भ में अंतरिक्ष प्रणालियों का अनुकूलन, या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का लघुकरण उन प्रणालियों की संवेदनशीलता को अंतरिक्ष विकिरण पर्यावरण में बढ़ाता है। विकिरण कठोरता प्रक्रिया पर प्रभाव को कम करने के लिए, सिस्टम पर वास्तविक विकिरण बाधा के सटीक अनुमान द्वारा किसी न किसी परिरक्षण विश्लेषण को बदलने के लिए पहला समाधान है। यह जमा खुराक अनुमान के लिए FASTRAD द्वारा प्रदान किए गए समाधान के अनुरूप है।

सॉफ्टवेयर का मुख्य लक्ष्य परिरक्षण अनुकूलन के लिए यांत्रिक डिजाइन परिवर्तनों के चक्र समय को कम करते हुए, विकिरण विश्लेषण के आकलन के रूढ़िवादी दृष्टिकोण से उपजी मार्जिन को कम करना है। कुछ मामलों में, इसका उपयोग गैर-रेड-हार्ड भागों के उपयोग को सही ठहराने और अंतरिक्ष कार्यक्रम उपकरण के लिए लागत और योजना को बचाने के लिए किया जा सकता है। इसकी विशेषताएं सीएडी आयात फाइलों, और/या 3डी देखने और ज्यामिति निर्माण के उपयोग की अनुमति देती हैं।

अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के लिए, यह सॉफ़्टवेयर प्लेटफ़ॉर्म संरचना से लेकर इलेक्ट्रॉनिक घटकों तक एक पूर्ण उपग्रह मॉडल पर विचार कर सकता है।

विकिरण सीएडी इंटरफ़ेस

यह सॉफ्टवेयर उन इंजीनियरों को समर्पित है जिनके पास सीएडी अनुप्रयोगों में व्यापक अनुभव नहीं है। यह उपयोगकर्ता के अनुकूल इंटरफ़ेस सरल कार्यों का उपयोग करके 3डी विकिरण मॉडल बनाने के लिए विकसित किया गया था।

उपकरण की मुख्य सीएडी क्षमताएं हैं:

• बॉक्स, गोले, बेलन, शंकु और त्रिकोणीय प्रिज्म का निर्माण
• आईएसओ 10303 या आईजीईएस प्रारूप फाइलों से आने वाली जटिल 3डी ज्यामिति का सम्मिलन
• मॉडलिंग टूल सेट ( क्लिपिंग प्लेन , 2डी प्रोजेक्शन, मेजरमेंट टूल, कलर्स, व्यू शॉट,...)

सॉफ्टवेयर का मूल विकिरण 3डी मॉडलर है। इंजन का लक्ष्य भौतिक गुणों सहित किसी भी यांत्रिक डिजाइन का यथार्थवादी मॉडल बनाना है। इंटरफ़ेस का मुख्य भाग डिस्प्ले विंडो के लिए समर्पित है जहां उपयोगकर्ता ज्यामिति में हेरफेर कर सकता है।

3D ठोस को या तो घटक टूलबार का उपयोग करके या मानक STEP या IGES प्रारूप के साथ अन्य तृतीय पक्ष सॉफ़्टवेयर (CATIA, Pro/Engineer…) से आयात करके परिभाषित किया जा सकता है। FASTRAD में शामिल कैस्केड खोलें लाइब्रेरी कट ऑपरेशंस, कॉम्प्लेक्स शेप मैनेजमेंट और STEP और IGES एक्सचेंज फॉर्मेट मॉड्यूल जैसी उन्नत विज़ुअलाइज़ेशन क्षमताएं प्रदान करती है। उन्नत STEP मॉड्यूल आपको पदानुक्रम, नाम और रंग की जानकारी आयात करने की अनुमति देता है। पूर्ण 3D डिज़ाइनर मॉडल को तब FASTRAD (विज़ुअलाइज़ेशन, विकिरण गणना, पोस्ट-प्रोसेसिंग) द्वारा प्रबंधित किया जाता है। यह सॉफ्टवेयर आसानी से जटिल ज्यामिति को संभालता है और एक ही मॉडल में नैनोमीटर से 10²⁴km तक विभिन्न लंबाई के पैमानों का प्रबंधन करता है.

चित्र 1) सामग्री परिभाषा मॉड्यूल के संवाद बॉक्स। एक इंटरैक्टिव आवधिक तत्व तालिका सामग्री निर्माण को आसान बनाती है।

विकिरण अनुप्रयोगों से संबंधित प्रमुख तत्व सामग्री प्रबंधन है। समर्पित उपयोगकर्ता-अनुकूल इंटरफ़ेस आपको 3डी मॉडल के प्रत्येक ठोस के भौतिक गुणों को सेट करने की अनुमति देता है, जैसे कि इसकी रासायनिक संरचना का निर्धारण करके (यौगिक) सामग्री के प्रत्येक तत्व का घनत्व और द्रव्यमान अनुपात (चित्र 1 देखें) पूर्वनिर्धारित सामग्रियों की सूची उपयोगकर्ता द्वारा आसानी से बढ़ाई जा सकती है।

एक अन्य कार्यक्षमता डिटेक्टरों की स्थिति है। इन डिटेक्टरों को मॉडल में किसी भी स्थान पर रखा जा सकता है। इस तरह, 3डी मॉडल के किसी भी बिंदु पर कण-पदार्थ परस्पर क्रिया द्वारा ऊर्जा जमाव की ठीक गणना के लिए मोंटे कार्लो एल्गोरिथ्म का उपयोग करके विकिरण प्रभाव का अनुमान लगाया जा सकता है (नीचे "खुराक गणना और परिरक्षण" देखें), या किरण-अनुरेखण के लिए दृष्टिकोण देखे।

इसके अलावा, इस सॉफ़्टवेयर का उपयोग देर से डिज़ाइन परिवर्तन और/या उपकरण पुन: उपयोग के अनुरूप है। डिजाइन में बदलाव के लिए, केवल नई फाइलों को फास्टराड में आयात और/या संशोधित किया जा सकता है। तब क्षेत्रीय विश्लेषण की प्रक्रिया हो सकती है। उपयोगकर्ता के अनुकूल ग्राफिकल इंटरफ़ेस का उपयोग करके परिरक्षण दक्षता की प्रत्यक्ष गणना की जा सकती है और विभिन्न भागों के द्रव्यमान तक सीधी पहुंच संभव है ताकि परिरक्षण/द्रव्यमान वृद्धि व्यापार-बंद प्राप्त किया जा सके। उपकरण के पुन: उपयोग के लिए, जमा खुराक गणना के लिए प्रदान किए गए विकिरण पर्यावरण डेटा को केवल बदलना होगा।

3डी मॉडलिंग के किसी भी समय, उपयोगकर्ता वर्तमान सत्र के दौरान परिभाषित सभी सूचनाओं (ज्यामिति, सामग्री, डिटेक्टरों) के साथ अपने मॉडल को सहेज सकता है।

इंटरफ़ेस में कई और सहायक सुविधाएँ (स्थानीय फ़्रेम डिस्प्ले, इंटरएक्टिव माप उपकरण, संदर्भ मेनू,…) शामिल हैं। लक्ष्य सीएडी सॉफ्टवेयर प्रदान करना है जिसका उपयोग इंजीनियरों द्वारा किया जा सकता है जो विकिरण विश्लेषण पर अधिक समय बिताने के लिए मॉडलिंग समय को कम करना चाहते हैं।

खुराक की गणना और परिरक्षण

एक बार 3डी रेडिएशन मॉडल हो जाने के बाद, उपयोगकर्ता सॉफ्टवेयर के सेक्टर विश्लेषण मॉड्यूल का उपयोग करके जमा खुराक का अनुमान लगा सकता है। यह किरण-अनुरेखण मॉड्यूल खुराक गहराई वक्र का उपयोग करके विकिरण पर्यावरण की जानकारी के साथ विकिरण मॉडल से आने वाली जानकारी को जोड़ता है। यह खुराक गहराई वक्र एल्यूमीनियम गोलाकार ढाल मोटाई के पीछे लक्ष्य सामग्री (मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए सिलिकॉन) में जमा खुराक देता है। यह गणना 3डी मॉडल में रखे गए प्रत्येक डिटेक्टर के लिए की जाती है। यहां तक ​​कि जटिल ज्यामितियों के लिए भी कुशल और त्वरित गणना दो प्रकार की जानकारी प्रदान करती है:

• प्रत्येक डिटेक्टर के चारों ओर 3डी वितरण द्रव्यमान
• आइसोट्रोपिक विकिरण वातावरण में अनुमानित जमा खुराक

चित्र 2) संपूर्ण उपग्रह विश्लेषण के दौरान FASTRAD टूल का स्क्रीनशॉट (CNES सौजन्य)

उन परिणामों के पोस्ट-प्रोसेसिंग का उपयोग करते हुए, FASTRAD कई देखने वाले प्रतिनिधित्व प्रकारों का उपयोग करके इष्टतम परिरक्षण स्थान के बारे में जानकारी प्रदान करता है। चित्र 2. एक इलेक्ट्रॉनिक बोर्ड के घटक द्वारा देखे गए बड़े पैमाने पर वितरण का मानचित्रण प्रस्तुत करता है। लाल क्षेत्र परिरक्षण मोटाई के संदर्भ में महत्वपूर्ण दिशाओं को इंगित करता है।

उपयोगकर्ता अतिरिक्त परिरक्षण के आकार को अनुकूलित करने में सक्षम है जिसका उपयोग अध्ययन किए गए डिटेक्टर पर प्राप्त खुराक को कम करने के लिए किया जा सकता है।

इस प्रक्रिया का मुख्य लाभ इस कार्य को पूरा करने के लिए आवश्यक कम समय और क्षेत्र विश्लेषण पोस्ट-प्रोसेसिंग द्वारा प्रदान किए गए अच्छी तरह से परिभाषित यांत्रिक परिरक्षण समाधान है।

मोंटे कार्लो एल्गोरिथम

सॉफ्टवेयर में खुराक की गणना विशेष रूप से मोंटे कार्लो मॉड्यूल (सीएनईएस के साथ साझेदारी के माध्यम से विकसित) के साथ कुशल है। इस एल्गोरिदम का उपयोग या तो आगे की प्रक्रिया में या रिवर्स में किया जा सकता है। पहले मामले में, सॉफ्टवेयर 3डी मॉडल में 1keV से 10 MeV तक इलेक्ट्रॉनों और फोटॉनों (द्वितीयक कणों सहित) के परिवहन का प्रबंधन करता है। द्वितीयक फोटॉनों और इलेक्ट्रॉनों के निर्माण को ध्यान में रखा जाता है। किसी भी प्रकार के ऊर्जा स्पेक्ट्रम और स्रोत ज्यामिति को परिभाषित किया जा सकता है। संवेदनशील मात्रा (SV) उपयोगकर्ता द्वारा चुनी जाती है और FASTRAD SV के अंदर जमा ऊर्जा की गणना करता है। रिवर्स मोंटे कार्लो मॉड्यूल एक जटिल और बहु-स्तरीय ज्यामिति में इलेक्ट्रॉनों के आइसोट्रोपिक विकिरण के कारण खुराक की गणना के लिए समर्पित है, और इसके परिणामस्वरूप, आगे के एल्गोरिथ्म में विशाल कम्प्यूटेशनल समय हो सकता है। रिवर्स विधि का सिद्धांत उपयोग करना है:

1. एसवी के आसपास के क्षेत्र में एक आगे कण ट्रैकिंग विधि
2. एसवी से बाहरी स्रोत तक एक बैकवर्ड कण ट्रैकिंग विधि।

चित्र 3) इलेक्ट्रॉनिक उपकरण पर रिवर्स मोंटे कार्लो गणना के दौरान इलेक्ट्रॉन ट्रैक का स्क्रीन शॉट।

इलेक्ट्रॉन परिवहन के लिए रिवर्स मोंटे कार्लो विधि प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों और द्वितीयक फोटॉनों के कारण ऊर्जा जमाव को ध्यान में रखती है।

मोंटे कार्लो मॉड्यूल को आगे के एल्गोरिदम के लिए GEANT4 परिणामों और रिवर्स विधि के लिए यूएस प्रारूप के साथ तुलना करके सफलतापूर्वक सत्यापित किया गया था। उदाहरण एक उपग्रह संरचना में इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के एक टुकड़े का मामला है। विकिरण वातावरण एक भूस्थैतिक मिशन (10 keV से 5 MeV तक) के इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रम से मेल खाता है।

भविष्य में, मोंटे कार्लो मॉड्यूल प्रोटॉन और पॉज़िट्रॉन का प्रबंधन करने में सक्षम होगा।

Geant4 के लिए इंटरफ़ेस

Geant4 वैज्ञानिकों और सॉफ्टवेयर इंजीनियरों के विश्वव्यापी सहयोग द्वारा बनाए रखा गया एक कण-पदार्थ इंटरैक्शन टूलकिट है। इस C++ लाइब्रेरी में 3D ज्योमेट्री के माध्यम से कणों के ट्रैकिंग इंजन के साथ इंटरेक्शन क्रॉस सेक्शन डेटा और मॉडल की विस्तृत श्रृंखला है।

FASTRAD सॉफ़्टवेयर में लागू किया गया Geant4 इंटरफ़ेस 3D ज्यामिति बनाने, कण स्रोत को परिभाषित करने, भौतिकी सूची सेट करने और तैयार-से-संकलन Geant4 प्रोजेक्ट में सभी परिणामी स्रोत फ़ाइलों को बनाने में सक्षम उपकरण प्रदान करता है। यह उपकरण उन युवा इंजीनियरों के लिए उपयोगी है जिन्हें Geant4 दुनिया में ले जाने की आवश्यकता है, और जो FASTRAD को एक ट्यूटोरियल टूल के रूप में उपयोग कर सकते हैं, या ऐसे विशेषज्ञों के लिए जो ज्यामिति, सामग्री, का वर्णन करने वाली C++ फ़ाइलों के निर्माण पर समय नहीं लगाना चाहते हैं और बुनियादी भौतिकी और कौन FASTRAD द्वारा बनाई गई Geant4 परियोजना को एक आधार के रूप में उपयोग कर सकता है जिसे उनके भौतिक अनुप्रयोग के सापेक्ष विशिष्ट विशेषताओं द्वारा बढ़ाया जा सकता है। Geant4 इंटरफ़ेस सॉफ्टवेयर को विकिरण संबंधी क्षेत्रों की विस्तृत श्रृंखला देता है, क्योंकि Geant4 पहले से ही अंतरिक्ष, चिकित्सा, परमाणु, वैमानिकी और सैन्य अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है। इसकी सहज और शक्तिशाली विकिरण सीएडी क्षमताएं किसी भी विकिरण संवेदनशील प्रणाली विश्लेषण के लिए इंजीनियरिंग प्रक्रिया को सुविधाजनक बनाती हैं।

बंकर टूल

एक अन्य मॉड्यूल बंकर डिज़ाइनर टूल है जो कमरे की ज्यामिति, स्रोत के प्रकार और गतिविधि और स्वीकार्य खुराक दर पर विचार करके विकिरण कमरों की कंक्रीट की दीवार की मोटाई की गणना करता है।

तकनीकी विनिर्देश

FASTRAD को STEP आयात और बूलियन संचालन के लिए 3D और Open Cascade लाइब्रेरी का प्रबंधन करने के लिए OpenGL के साथ C++ का उपयोग करके विकसित किया गया था। OS एमुलेटर (PowerPC, VMware ...) का उपयोग करके Mac और LINUX के तहत इसका परीक्षण किया गया था।

कंप्यूटर आवश्यकताएँ: कॉन्फ़िगरेशन: Windows Vista/XP/NT/2000 - 512 Mo RAM - 50 Mo HDD।

यह भी देखें

• नौसिखिया (ईएमपीसी) ([1])
• Geant4 ज्यामिति और ट्रैकिंग
• IGES "प्रारंभिक ग्राफिक्स एक्सचेंज विशिष्टता"
• CATIA "कंप्यूटर एडेड त्रि-आयामी इंटरैक्टिव अनुप्रयोग"
• अवरोधित हो जाना
• रेएक्सपर्ट 3डी मॉडलाइजेशन सॉफ्टवेयर जो मोंटे कार्लो द्वारा गामा खुराक दर की गणना करता है

संदर्भ

• “FASTRAD V3.1: Radiation shielding tool with a new Monte Carlo module” by J.-C. THOMAS, P. POURROUQUET, P.-F. PEYRARD, D. LAVIELLE, R. ECOFFET(1), G. ROLLAND(1) - (1) CNES, 18 avenue Edouard Belin, 31401 TOULOUSE Cedex 9, France – April 2010
• “FASTRAD: A 3D CAD Interface for radiation calculation and shielding“ by J.-C. THOMAS, T. BEUTIER, P. POURROUQUET, P.-F PEYRARD, D. LAVIELLE, C. CHATRY – April 2008

बाहरी संबंध

• FASTRAD is distributed by TRAD. Official TRAD website
• Official FASTRAD website