1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 6, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 6, стр. 94-106

Метод компьютерного моделирования Монте-Карло для решения задачи прохождения частиц через вещество

Н. В. Новиков *

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, НИИЯФ им. Д.В. Скобельцына
119991 Москва, Россия

* E-mail: nvnovikov65@mail.ru

Поступила в редакцию 10.10.2022
После доработки 25.11.2022
Принята к публикации 25.11.2022

Аннотация

Проведено сравнение метода Монте-Карло с детерминистическими методами на основе решения транспортного уравнения и методом молекулярной динамики. Проанализированы возможности часто используемых программ общего назначения (SRIM, PENELOPE, MCNP, FLUKA и GEANT4) для моделирования методом Монте-Карло процессов прохождения частиц через вещество. Обсуждаются возможные направления дальнейшего развития метода Монте-Карло.

Ключевые слова: метод Монте-Карло, SRIM, PENELOPE, MCNP, FLUKA, GEANT4.

Список литературы

  1. Nuclotron-Based Ion Collider fAcility (NICA). https:// nica.jinr.ru/ru/

  2. Adams J., Aggarwal M.M., Ahammed Z. et al. // Nucl. Phys. A. 2005. V. 757. P. 102. https://doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2005.03.085

  3. Aad G., Abajyan T., Abbott B. et al. (ATLAS Collaboration) // Phys. Lett. B. 2012. V. 716. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.physletb.2012.08.020

  4. Chatrchyan S., Khachatryan V., Sirunyan A.M. et al. (CMS Collaboration) // Phys. Lett. B. 2012. V. 716. P. 30. https://doi.org/10.1016/j.physletb.2012.08.021

  5. Модель космоса. Т. II. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов / Ред. Новиков Л.С. М.: Изд-во НИИЯФ МГУ, 2007. 1145 с.

  6. Рубин С.Г. Устройство нашей Вселенной. Фрязино: Век-2, 2006, 312 с.

  7. Панасюк М.И. Странники Вселенной или эхо Большого взрыва. Фрязино: Век-2, 2005. 184 с.

  8. Акишин А.И. Космическое материаловедение. М.: НИИЯФ МГУ, 2007. С. 209.

  9. Чумаков А.И. Действие космической радиации на интегральные схемы. М.: Радио и связь, 2004. 320 с.

  10. Зебрев Г.И. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах высокой степени интеграции. М.: НИЯУ МИФИ, 2010. 148 с.

  11. Таперо К.И., Улимов В.Н., Членов А.М. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах космического применения. М.: Изд-во БИНОМ Лаборатория знаний, 2014. 302 с.

  12. Zhang Y., Weber W. J. // Appl. Phys. Rev. 2020. V. 7. P. 041307. https://doi.org/10.1063/5.0027462

  13. Lindhard J., Nielsen V., Scharff M. et al. // Mat. Fys. Medd. Dan. Vid. Selsk. 1963. V. 33. № 10. P. 1.

  14. Лейман К. Взаимодействие излучения с твердым телом и образование элементарных дефектов. М.: Атомиздат, 1979. 295 с.

  15. Nordlund K. // J. Nucl. Mater. 2019. V. 520. P. 273. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.04.028

  16. Chen S., Tamagno P., Bernard D. et al. // Results Phys. 2020. V. 7. P. 03023. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2020.103023

  17. Novikov N.V., Chechenin N.G., Shirokova A.A. // Rad. Eff. Defects Solids. 2021. V. 176. P. 1107. https://doi.org/10.1080/10420150.2021.2007915

  18. Incerti S., Baldacchuno G., Bernal M. et al. // Int. J. Model. Simul. Sci. Comput. 2010. V. 1. P. 157. https://doi.org/10.1142/S1793962310000122

  19. Комаров Ф.Ф. // УФН. 2017. Т. 187. С. 465. https://doi.org/10.3367/UFNr.2016.10.038012

  20. Lewis H.W. // Phys. Rev. 1950. V. 78. P. 526. https://doi.org/10.1103/PhysRev.78.526

  21. Калашников Н.П., Ремизович В.С., Рязанов М.И. Столкновения быстрых заряженных частиц в твердых телах. М.: Атомиздат, 1980. 272 с.

  22. Аккерман А.Ф. Моделирование траекторий заряженных частиц в веществе. М.: Энергоатомиздат, 1991. 200 с.

  23. Wood W.W., Parker F.R. // J. Chem. Phys. 1957. V. 27. P. 720. https://doi.org/10.1063/1.1743822

  24. Plimpton S. // J. Comput. Phys. 1995. V. 117. P. 1. https://doi.org/10.1006/jcph.1995.1039

  25. Ulam S.M., Neumann J. // Bull. Amer. Math. Soc. 1947. V. 53. P. 1120.

  26. Metropolis N., Ulam S. // J. Am. Stat. Assoc. 1949. V. 44. № 247. P. 335.

  27. Соболь И.М. Метод Монте-Карло. М.: Наука, 1968. 80 с.

  28. Brown D.A., Chadwick M.B., Capote R. et al. // Nucl. Data Sheets. 2018. V. 148. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.nds.2018.02.001

  29. Robinson M.T., Torrens I.M. // Phys. Rev. B. 1974. V. 9. P. 5008.

  30. Robinson M.T. // Phys Rev. B. 1989. V. 40. P. 10717.

  31. Shulga V.I. // Rad. Eff. Defects Solids. 1984. V. 82. P. 169.

  32. Шульга В.И. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2019. № 6. С. 109. https://doi.org/10.1134/S0207352819060131

  33. Ziegler J.F., Ziegler M.D., Biersack J.P. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2010. V. 268. P. 1818. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2010.02.091

  34. Ziegler J.P., Biersack J.P., Littmark U. The Stopping and Range of Ions in Solids. N.Y.: Rergamon Press, 1985.

  35. Белкова Ю.А., Новиков Н.В., Теплова Я.А. Экспериментальные и теоретические исследования процессов взаимодействия ионов с веществом. М.: НИИЯФ МГУ, 2019. 233 с.

  36. Paul H. Stopping Power Graphs. www.exphys.uni-linz.ac.at/stopping/.

  37. Brandt W., Kitagawa M. // Phys. Rev. B. 1982. V. 25. P. 5631. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.25.5631

  38. Novikov N.V. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2021. V. 506. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2021.09.002

  39. Novikov N.V. // Rad. Phys. Chem. 2021. V. 189. P. 109699. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2021.109699

  40. Новиков Н.В., Теплова Я.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2020. № 3. С. 32. https://doi.org/10.31857/S1028096020030140

  41. Bragg W.H., Kleeman R. // Phil. Mag. 1905. V. 10. P. 318.

  42. Sigmund P. Particle Penetration and Radiation Effects. Volume 2: Penetration of Atomic and Molecular Ions. N.Y.–Dordrecht–London: Springer Cham Heidelberg, 2014. 602 p.

  43. Kinchin G.H., Pease R.S. // Rep. Prog. Phys. 1955. V. 18. P. 1. https://doi.org/10.1088/0034-4885/18/1/301

  44. Sempau J., Fernandez-Varea J.M., Acosta E., Salvat F. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2003. V. 207. P. 107. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(03)00453-1

  45. Goorley T., James M., Booth T., Brown F. et al. // Nucl. Technol. 2012. V. 180. P. 298. https://doi.org/10.13182/NT11-135

  46. Chadwick M.B., Oblozinsky P., Herman M. et al. (CSEWG Collaboration) // Nucl. Data Sheets. 2006. V. 107. P. 2931. https://doi.org/10.1016/j.nds.2006.11.001

  47. MacFarlane R.E., Muir D.W. The NJOY Nuclear Data Processing System. Version 91, Los Alamos National Laboratory Report LA-12740-M. 1994.

  48. Ferrari A., Sala P.R., Fasso A., Ranft J., FLUKA: a Multi-Particle Transport code. CERN-2005-10, INFN/ TC 05/11, SLAC-R-773. 2005. www.fluka.org/fluka.php

  49. Battistoni G., Cerutti F., Fasso A., Ferrari A., Muraro S., Ranft J., Roesle S., Sala P.R. // AIP Conf. Proc. 2007. V. 896. P. 31. https://doi.org/10.1063/1.2720455

  50. Vlachoudis V. FLAIR: FLUKA Advanced Interface. http://www.fluka.org/flair

  51. Ferrari A., Sala P.R., Guaraldi R., Padoani F. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1992. V. 71. P. 412. https://doi.org/10.1016/0168-583X(92)95359-Y

  52. Ferrari A., Sala P.R. // Proc. Workshop on Nuclear Reaction Data and Nuclear Reactors Physics, Design and Safety / Eds. Gandini A., Reffo G. 1998. V. 2. P. 424.

  53. Collazuol G., Ferrari A., Guglielmi A., Sala PR. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2000. V. 449. P. 609. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(00)00152-2

  54. Bohlen T.T., Cerutti F., Chin M.P.W. et al. // Nucl. Data Sheets. 2014. V. 120. P. 211. https://doi.org/10.1016/j.nds.2014.07.049

  55. Glauber R.J., Matthiae G. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1970. V. 21. P. 135. https://doi.org/10.1016/0550-3213(70)90511-0

  56. Gribov V.N. // Sov. Phys. JETP. 1969. V. 29. P. 483.

  57. Capella A., Sukhatme U., Tan C.-I., Tran J. // Phys. Rep. 1994. V. 236. P. 225. https://doi.org/10.1016/0370-1573(94)90064-7

  58. Allison J., Amako K., Apostolakis J. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2016. V. 835. P. 186. http://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2016.06.125 (geant4.web.cern.ch)

  59. Campbell J.L., Hopman T.L., Maxwell J.A., Nejedly Z. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2000. V. 170. P. 193. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(00)00156-7

  60. Capote R., Herman M., Oblozinsky P. et al. // Nucl. Data Sheets. 2009. V. 110. P. 3107. https://doi.org/10.1016/j.nds.2009.10.004

  61. Fesefeldt H.C. Simulation of Hadronic Showers, Physics and Application. Technical Report PITHA 85-02. 1985. https://inspirehep.net/literature/17633

  62. Glauber R.J. // High Energy Physics and Nuclear Structure / Ed. Devons S. New York: Plenum Press, 1970. P. 207.

  63. Degtyarenko P.V., Kossov M.V., Wellisch H.P. // Eur. Phys. J. A. 2000. V. 8. P. 217. https://doi.org/10.1007/s100500070108

  64. Kossov M.V. // Eur. Phys. J. A. 2002. V. 14. P. 265. https://doi.org/10.1140/epja/i2001-10211-3

  65. Niita K., Chiba S., Maruyama T., Maruyama T., Takada H., Fukahori T., Nakahara Y., Iwamoto A. // Phys. Rev. C. 1995. V. 52. P. 2620. https://doi.org/10.1103/PhysRevC.52.2620

  66. Bertini H.W. // Phys. Rev. 1963. V. 131. P. 1801. https://doi.org/10.1103/PhysRev.131.1801

  67. Folger G., Ivanchenko V., Wellisch J.P. // Eur. Phys. J. A. 2004. V. 21. P. 407. https://doi.org/10.1140/epja/i2003-10219-7

  68. Boudard A., Cugnon J., David J.-C., Leray S., Mancusi D. // Phys. Rev. C. 2013. V. 87. P. 014606. https://doi.org/10.1103/PhysRevC.87.014606

  69. Nilsson-Almqvist B., Stenlund E. // Comput. Phys. Commun. 1987. V. 43. P. 387. https://doi.org/10.1016/0010-4655(87)90056-7

  70. Kaidalov A.B. // Phys. Lett. B. 1982. V. 116. P. 459. https://doi.org/10.1016/0370-2693(82)90168-X

  71. Andersson B., Gustafson G., Ingelman G., Sjostrand T. // Phys. Rep. 1983. V. 97. P. 31. https://doi.org/10.1016/0370-1573(83)90080-7

  72. Brandt W., Lapicki G. // Phys. Rev. A. 1981. V. 23. P. 1717. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.23.1717

  73. Rochman D., Koning A.J., Sublet J.Ch., Fleming M. et al. // EPJ Web Conf. 2017. V. 146. P. 02006. https://doi.org/10.1051/epjconf/201714602006

  74. Koning A.J., Rochman D. // Nucl. Data Sheets. 2012. V. 113. P. 2841. https://10.1016/j.nds.2012.11.002(http://www.talys.eu)

  75. Koning A., Delaroche J. // Nucl. Phys. A. 2003. V. 713. P. 231. https://doi.org/10.1016/S0375-9474(02)01321-0

  76. Chytracek R., McCormick J., Pokorski W., Santin G. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2006. V. 53. P. 2892. https://doi.org/10.1109/TNS.2006.881062

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал