EGS4程序介绍与安装

EGS4程序介绍与安装EGS4程序介绍与安装核技术应用2011082709李福龙1、EGS程序介绍EGS是英文Electron-GammaShower的缩写，它是一个利用蒙特卡罗方法模拟在任意几何中，能量从几个KeV到几个TeV的电子-光子发射过程的通用程序包。EGS4作为利用蒙特卡罗方法进行模拟计算的一个主要程序已经公布很长一段时间。在这段时间里中，有很多人为EGS4的发展贡献了自己的力量。尤其是在辐射治疗方面的进展突飞猛进，对于精确定位治疗的模拟计算成为当今科技发展中一个热门的领域。伴随计算机速度的发展，也同时由于网络的发展，模拟计算成为解决问题的一种主要方法和手段。EGS4程序的改进：对EGS4物理模型的修改：为改善剂量精度，改进了物理模型，提供了一些特殊算法（如PRESTA，EDGSET等）和宏，并考虑了电磁场对正负电子的影响。PRESTA（theParameterReducedelectron-StepTransportAlgorithm）改善了电子路程的修正算法（PLC）、侧面相关算法（LCA）和边界穿越算法（BCA），解决了电子步长和计算精度的矛盾，在保持计算精度的情况下，增大了电子步长，提高了计算速度；EDGSET使EGS4考虑了物质K线和L线的荧光发射。工具和技术的改进：修正了截面数据库，并且为了提高计算精度，为PEGS4增加APRIM选项，以使电子在单位步长内能量损失（Electronradiativestoppingpower）符合ICRU-37标准。还开发了如绘图工具，PEGS工具，随机数产生器等。系统和其它的支持：提供了几何库和一些对计算结果进行数据处理及图形显示的工具，如EGS-Windows（NRCC1991）和EGS4PICT（KEK1994）等。EGS4程序的特点：元素和介质材料齐全：可以模拟在任何元素、化合物、或者混合物中的电子（正电子和负电子）、或者光子辐射传输过程。数据预处理包——PEGS4可以产生1到100号的元素的反应截面表供EGS4使用。粒子输运方式是随机的：带电粒子和光子的输运采用随机游动方式（random）进行，而非离散（discrete）步长。能量范围广泛：带电粒子动能范围从几十KeV到几千GeV。尽管更高的能量范围可能有效，但是其物理有效性待检验。对于更低的能量，需要对反应截面数据和步长等进行特殊处理。光子的能量范围从1KeV到几千GeV。开放式结构：允许用户自己编写程序完成对源粒子特征的定义、几何关系处理、结果的记录和对EGS4系统程序的调用。涉及的物理过程比较全面，包括：o轫致辐射（不包括对低能的Elwert修正）。o正电子的飞行和静止湮灭。oMolière多重散射（例如：原子核的Coulomb散射），减小的角度以连续分布而不是离散分布方式进行抽样，通过任意步长，随机选定来实现。避免过大或者过小而与理论冲突。oMller（e-e-）和Bhabha（e+e-）散射。使用了精确的而不是渐进的公式。o在离散反应之间对带电粒子使用了连续能量损失跟踪急速。o对产生。o康普顿散射。o可以通过选项将瑞利散射包括进来。o光电效应PEGS4是一个包含了12个子程序和85个函数的离线处理进程。输出数据直接可以被EGS4使用。oPEGS4在大量能量间隔之间进行了精确的线性拟和。o一般来说，用户只需使用一次PEGS4来获得EGS4所需的媒质数据文件。EGS4是一个具有灵活使用者接口的增加了块（block）数据的子程序包。o不需要用户对其内部代码非常熟悉。o引入了宏，避免用户代码对EGS4代码构成bug。任何给定问题的几何本质在用户写的子程序HOWFAR中给定，在HOWFAR中可以使用附加的子程序。oEGS4代码系统为不想写平面（plane）、圆柱体（cylinder）、圆锥（cone）、球（sphere）等标准几何形状的用户代码的用户提供了EGS4代码子程序。o上面子程序的宏在EGS4MAC文件可以得到，使用这些宏可以获得更快的模拟运行速度o可将MORSE-CG程序的组合几何包引入到子程序HOWFAR中使用（见UCSAMPCG文件）。但是，经验表明，这样做可能模拟速度很慢（大约慢四个量级）。o可以通过在HOWFAR中写一个特殊的子程序模拟在磁场中的传输。使用者的记录和输出信息可以在用户写的子程序AUSGAB中记录。o实用程序ECNSV1用于监视和保存能量变化轨迹。o实用程序NTALLY用于保存事件。o实用程序WATCH用于按事件或按步模拟。EGS4允许对重要抽样和其它变量衰减技术进行补充。（例如，主粒子偏移抽样，俄国轮盘赌与分裂技巧，步长偏移抽样等。）辐射传输的初始化：o可以初始化对-0衰减的光子。（在CALLSHOWER中设置IQI=2）。o可以对单能粒子进行模拟，也可以从已知分布中进行抽样（例如同步辐射光谱）。o可以从有球形或者角分布的源开始模拟。2、EGS4的安装安装LaheyFortran尽管可以安装其他的Fortran编译，但是建议能够安装LaheyFortran。这样可以避免编译时不必要的麻烦。利用Windows的资源管理器双击install.exe文件。则进入LaheyFortran安装程序。1.选择INSTALLF77L—EM/32，则进入下一步，如图2.1。2.在这一步中可以选择将LaheyFortran安装到那个硬盘驱动器，建议选择安装到EGS4要安装的驱动器。例如E：，利用键盘的方向键移动到DriveE：然后按回车键进入下一步，如图2.2。3.默认的文件夹是\F77L3，可以修改，这里我们按默认文件夹安装。按回车进入下一步，如图2.3。4.这一步是让用户选择要安装的语言组件，默认值为NO，按Y就可以都变成YES，用户也可以利用方向键并按空格选择特定的选项，我们安装按Y处理，按回车进入下一步，如图2.4。5.这一步是选择安装的语言，选择默认值English，并按回车，如图2.5。6.这一步是提示用户是否安装其他的语言，默认值为NO，我们安装默认值处理，按回车进入下一步。7.这一步系统开始复制文件到E:\F77L3,当复制完后会提示用户换第二章磁盘，将第一张磁盘取出，然后插入第二张磁盘并按任意键即可，如图2.6。8.安装后会提示用户是否修改Autoexec.bat和config.sys文件，选择Y即可。然后安装程序会配置库（LIB），最后推出到DOS提示符。安装完之后将E:\F77L3\SRC目录下的Demo.for文件拷贝到E:\F77L3\BIN目录下，并在BIN目录下的DOS提示符下利用f77l3demo和386linkdemo命令来编译并连接Demo.for文件生成Demo.exe文件，在DOS提示符下运行Demo.exe文件，可以看看是否安装正确，如图2.7。图2.1LaheyFortran安装图——安装F77L3图2.2LaheyFortran安装图——选择驱动器图2.3LaheyFortran安装图——选择文件夹图2.4LaheyFortran安装图——选择要安装的语言组件图2.5LaheyFortran安装图——选择安装的语言图2.6LaheyFortran安装图——换第二章磁盘图2.7LaheyFortran安装图——运行Demo.exe文件安装EGS4利用EGS4arc.exe来安装EGS4，先在EGS4要安装到的磁盘上建立一个目录，例如E:\pcegs，然后将EGS4arc.exe拷贝到该目录下。自动解压，解压后生成如下目录结构：图2.8EGS4arc.exe解压后生成的目录EGS4的配置EGS4的安装相对简单，但是对环境的设置和可执行程序的生成相对复杂些。EGS4所带的都是源程序，包括Fortran语言的源程序和EGS4所使用的Mortran语言的源程序。如果没有设置好环境，就不能使用EGS4arc解压出来的批处理文件，则运行EGS4就非常不方便。1.在展开的EGS4文件夹中，利用资源管理器进入Egs4子目录，找到Egs4env.bat文件，利用文本编辑器打开进行编辑。此时可以设置Fortran编译器和EGS4的根目录。根据安装的Fortran和EGS4根目录进行修改，假设我们的根目录为e:，则修改如下：找到：if"%HEN_HOUSE%NULL"=="NULL"setHEN_HOUSE=c:\HENHOUSE改为：if"%HEN_HOUSE%NULL"=="NULL"setHEN_HOUSE=e:\pcegs找到：remsetFortran_Path=c:\f77l3\bin\remsetLink_Path=c:\f77l3\bin\改为：setFortran_Path=e:\f77l3\bin\setLink_Path=e:\f77l3\bin\并将最后的exit删除，或者前面加上rem。remexit3.创建一个与EGS4、Mortran3、Pegs4等同地位的文件夹，如图2.8所示，起名为User，这样可以在User文件夹中进行运算，避免以后不知道该删除哪个文件，当然也可以不设置这个文件夹，该文件夹只是为了清洁。将…\EGS4\Tutor\目录下的machine.mac和Myconf.bat、Null.inp三个文件拷贝到User目录下。4.编写一个Do.bat文件，内容大致如下：SETPATH=e:\F77L3\BIN;e:\pcegs;e:\pcegs\egs4;e:\pcegs\mortran3;e:\pcegs\user;cdpcegs\user该文件的目的就是为了在DOS下能够找到Fortran编译器和EGS4目录下的一些批处理文件，因为以后要使用这些批处理文件，并将Do.bat文件放置到E:\目录下，即与F77l3目录和EGS4的上级目录并列。5.首先运行Do.bat文件，并输入Path来看路径是否已经设置。然后进入Mortran3目录下。运行Makemor3.bat文件，在输入了Makemor3并按回车之后，出现了一个屏幕显示EGS4的根目录和Fortran编译器的目录，可以检验该目录是否正确。如果正确则按任意键，则可以生成Mortran3.exe文件，说明路径设置完全正确。6.在Mortran3目录下运行Rawtohex.bat文件，如果正确，则生成了mortran3.dat文件，利用文本编译器后者将mortran3.dat的第一行："v....2CUSERF7711JUN85"产品信息删除，并将第二行按照移动到第一行，且保存该文件。7.现在就可以使用EGS4了，但是还可以先生成Pegs4.exe文件。转到Pegs4目录下，运行Makepegs.bat文件，则可以生成Pegs4.exe文件。8.将…\EGS4\TUTOR\目录下的Tutor1.mor文件拷贝到User目录下9.转到User目录下，输入mftutor1并按回车，mf和tutor1之间有一个空格，mf是EGS4目录下的一个批处理文件，可以将EGS4使用的Mortran语言源文件转换成Fortran语言源文件，并进行编辑和连接。10.如果一切顺利，则生成了Tutor1.exe文件，现在可以输入extutor1nullhi并按回车，ex、tutor1、null、hi之间都有一个空格，ex也是EGS4目录下的一个批处理文件，用于执行生成的可执行程序。Null.inp是User目录下的一个空文件，以后可以利用该文件同可执行程序通讯，hi是…\Pegs4\dat目录下自带的一个媒质数据文件hi.dat，包含tutor1所用的媒质数据。则运行完后用户可以看到在User目录下生成了tutor1