ФАСТРАД

ФАСТРАД

Разработчик(и)	Фастрад сотрудничество
Стабильная версия	3.4 / июнь 2014 г.
Операционная система	мультиплатформенный
Тип	Программное обеспечение САПР — вычислительная физика
Лицензия	Собственный
Веб-сайт	www.fastrad.net

FASTRAD — это инструмент, предназначенный для расчета радиационного воздействия (доза и повреждение от смещения) на электронику. Программное обеспечение используется в физике высоких энергий и ядерных экспериментах, в медицинских областях, а также в исследованиях ускорительной и космической физики , хотя в основном оно используется при проектировании спутников.

История

FASTRAD — это радиационный инструмент, предназначенный для анализа и проектирования радиационно-чувствительных систем. Проект был создан в 1999 году, через пять лет после создания материнской компании TRAD. и с тех пор находится в активной разработке.

Со временем радиационная стойкость , которую смогли предложить производители спутников, значительно возросла. Как оптимизация космических систем с точки зрения соотношения мощности и массы , так и миниатюризация электронных устройств имеют тенденцию повышать чувствительность этих систем к космической радиационной среде. Чтобы смягчить влияние на процесс радиационной стойкости, первым решением является замена грубого анализа защиты точной оценкой реальных радиационных ограничений в системе. Исторически сложилось так, что FASTRAD мог помочь этой отрасли.

Основная цель программного обеспечения — снизить прибыль, возникающую из-за консервативного подхода к оценке радиационного анализа, одновременно сокращая время цикла внесения изменений в механическую конструкцию для оптимизации защиты. В некоторых случаях его можно использовать для обоснования использования нерадиационно-стойких деталей и экономии затрат и планирования оборудования для космических программ.

Для космических приложений программное обеспечение способно моделировать всю спутниковую систему.

Интерфейс радиационного САПР

Основные возможности САПР инструмента:

• Создание нескольких простых примитивов
• Вставка сложной трехмерной геометрии из STEP или IGES. файлов формата
• Стандартный набор инструментов моделирования ( плоскость отсечения , 2D-проекция, инструмент измерения, цвета, обзорный снимок и т. д.)

Ядром программного обеспечения является средство 3D-моделирования радиации. Цель движка — создать реалистичную модель любой механической конструкции. Основным разделом интерфейса является окно дисплея, где пользователь может манипулировать своим дизайном.

3D-тела можно определить либо с помощью панели инструментов компонента, либо импортировав их из другого программного обеспечения сторонних производителей ( CATIA , Pro/Engineer ...) в стандартном формате STEP или IGES. Библиотека Open Cascade , включенная в FASTRAD, обеспечивает расширенные возможности визуализации, такие как операции резки, сложное управление формами, а также модули обмена форматами STEP и IGES. Расширенный модуль STEP позволяет импортировать информацию об иерархии, имени и цвете. Полная 3D-модель дизайнера затем управляется FASTRAD (визуализация, расчет радиации, постобработка).

Рис. 1) Диалоговые окна модуля определения материала. Интерактивная таблица периодических элементов упрощает создание материалов.

Свойства материалов являются одной из наиболее важных частей радиационного моделирования. Интерфейс позволяет задать свойства материала каждого твердого тела 3D-модели, такие как плотность и соотношение масс каждого элемента (составного) материала, путем определения его химического состава (см. рис. 1.). Список предопределенных материалов может быть расширен пользователем.

Имитированные детекторы излучения могут быть размещены на 3D-модели. Таким образом, радиационные эффекты можно оценить в любой точке 3D-модели с использованием алгоритма Монте-Карло для точного расчета энерговыделения за счет взаимодействия частиц с веществом (см. ниже «Расчет дозы и экранирование») или для трассировки лучей. подход.

В интерфейс включено еще несколько функций (отображение локальной рамки, интерактивный инструмент измерения, контекстные меню и т. д.).

Расчет дозы и экранирование

После завершения создания радиационной модели пользователь может выполнить оценку осажденной дозы с помощью модуля секторного анализа программного обеспечения. Этот модуль трассировки лучей объединяет информацию, поступающую из модели радиации, с информацией о радиационной среде, используя кривую глубины дозы. Эта кривая глубины дозы показывает дозу, осажденную в материале мишени (в основном кремнии для электронных устройств) за алюминиевой сферической защитой. Этот расчет выполняется для каждого детектора , помещенного в 3D-модель. Даже для сложных геометрических форм расчет предоставляет два вида информации:

• масса трехмерного распределения вокруг каждого детектора
• расчетная депонированная доза в среде изотропного излучения

Рис. 2) Скриншот инструмента FASTRAD во время полного спутникового анализа (с разрешения CNES)

Используя постобработку этих результатов, FASTRAD предоставляет информацию об оптимальном расположении экранирования, используя несколько типов просмотра. На рисунке 2 представлена ​​карта распределения массы, видимая одним компонентом электронной платы. Красная область указывает критические направления с точки зрения толщины защиты.

Пользователь имеет возможность оптимизировать размер дополнительной защиты, с помощью которой можно уменьшить получаемую дозу на исследуемом детекторе .

Основным преимуществом этого процесса является короткое время, необходимое для выполнения этой задачи, и четко определенное решение по механической защите, обеспечиваемое постобработкой секторного анализа.

Алгоритм Монте-Карло

Для расчета дозы в программе используется модуль Монте-Карло. (разработано в сотрудничестве с CNES ). Этот алгоритм можно использовать как в прямом, так и в обратном процессе. В первом случае программное обеспечение управляет транспортом электронов и фотонов (включая вторичные частицы) от 1 кэВ до 10 МэВ в 3D-модели. Учитывается рождение вторичных фотонов и электронов. любой тип энергетического спектра Можно определить и геометрию источника. Чувствительные объемы (SV) выбираются пользователем, и FASTRAD рассчитывает энергию, выделяемую внутри SV. Модуль обратного Монте-Карло предназначен для расчета дозы из-за изотропного облучения электронов в сложной и многомасштабной геометрии, и в результате прямой алгоритм может привести к большому времени вычислений. Принцип обратного метода заключается в использовании:

1. Метод прямого слежения за частицами в окрестности НКА
2. Метод обратного отслеживания частиц от НКА к внешнему источнику.

Рис. 3) Скриншот треков электронов при обратном расчете Монте-Карло на электронном оборудовании.

Метод обратного Монте-Карло для электронного транспорта учитывает энерговыделение первичных электронов и вторичных фотонов.

Модуль Монте-Карло был успешно проверен путем сравнения с результатами GEANT4 для прямого алгоритма и с форматом США для обратного метода. Одним из примеров является часть электронного оборудования в спутниковой структуре. Радиационная обстановка соответствует энергетическому спектру электронов геостационарной миссии (от 10 кэВ до 5 МэВ).

Интерфейс к Geant4

Geant4 — это набор инструментов для взаимодействия частиц и материи, поддерживаемый международным сотрудничеством ученых и инженеров-программистов. Эта библиотека C++ содержит широкий спектр данных и моделей сечений взаимодействия вместе с механизмом отслеживания частиц через трехмерную геометрию.

Интерфейс Geant4 , реализованный в программном обеспечении FASTRAD, предоставляет инструмент, позволяющий создавать трехмерную геометрию, определять источник частиц, устанавливать список физики и создавать все результирующие исходные файлы в готовом к компиляции проекте Geant4 . Инструмент полезен молодым инженерам, которых необходимо погрузить в мир Geant4 и которые могут использовать FASTRAD в качестве учебного пособия, или экспертам, которые не хотят тратить время на создание файлов C++ , описывающих геометрию, материал, и базовая физика, а также кто может использовать проект Geant4, созданный FASTRAD, в качестве основы, которую можно расширить за счет конкретных функций, связанных с их физическим применением. Интерфейс Geant4 предоставляет программному обеспечению широкий спектр областей, связанных с радиацией, поскольку Geant4 уже используется в космических, медицинских, ядерных, авиационных и военных приложениях. Возможности радиационного САПР облегчают инженерный процесс для анализа любой радиационно-чувствительной системы.

Технические характеристики

FASTRAD был разработан с использованием C++ с OpenGL для управления 3D-библиотекой и библиотекой Open Cascade для импорта STEP и логических операций. Он был протестирован под Mac и LINUX с использованием эмулятора ОС (PowerPC, VMware...).

Требования к компьютеру: Конфигурация: Windows Vista/XP/NT/2000 – 512 МБ ОЗУ – 50 МБ жесткого диска.

См. также

• НОВИЧОК (EMPC) ( [1] )
• Geant4 — геометрия и отслеживание
• IGES — первоначальная спецификация обмена графикой
• CATIA — компьютерное трехмерное интерактивное приложение
• защелка
• RayXpert - программное обеспечение для 3D-моделирования, которое рассчитывает мощность дозы гамма-излучения по методу Монте-Карло.

Внешние ссылки

• FASTRAD распространяется компанией TRAD. Официальный сайт ТРАД
• Официальный сайт ФАСТРАД