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M.G. Pia
Attività 2000Attività 2000Programma di lavoro 2001Programma di lavoro 2001
Maria Grazia PiaINFN Genova
Commissione Calcolo, 13 marzo 2001
M.G. Pia
Geant4: releases e milestones 2000Geant4: releases e milestones 2000
Releases di produzione Releases di produzione – Geant4 2.0, 30 Giugno 2000
– Geant4 3.0, 15 Dicembre 2000
– Prossimi releases previsti: estate 2001, fine 2001
Milestones della Collaborazione per l’anno 2000Milestones della Collaborazione per l’anno 2000
– Progetti congiunti con gli esperimenti per confronti fra simulazioni basate su Geant4 e dati sperimentali
– Creazione del Geant4 Training Kit e preparazione di corsi per utenti
– Software Process Improvement
Documentazione sulle milestones 2000 della Collaborazione in http://wwwinfo.cern.ch/asd/geant4/milestones/Milestones.html
M.G. Pia
Gruppo Gruppo Geant4Geant4italianoitaliano
S. Agostinelli (IST Genova) Low Energy Electromagnetic Physics
L. Bellagamba (Bologna) Hadronic Physics
A. Brunengo (Genova) Hadronic Physics
A. Brunetti (Sassari) Low Energy Electromagnetic Physics
G. Cabras (Udine) Low Energy Electromagnetic Physics
S. Chauvie (Torino) Low Energy Electromagnetic Physics
A. De Angelis (Udine) Low Energy Electromagnetic Physics
B. De Longo (Udine) Low Energy Electromagnetic Physics
E. Di Salvo (Genova) Hadronic Physics
G. Fedel (Trieste) Low Energy Electromagnetic Physics
S. Garelli (IST Genova) Low Energy Electromagnetic Physics
R. Giannitrapani (Udine) Low Energy Electromagnetic Physics
B. Golosio (Sassari) Low Energy Electromagnetic Physics
E. Lamanna (Cosenza) Low Energy Electromagnetic Physics
F. Longo (Trieste) Low Energy Electromagnetic Physics
S. Magni (Milano) (in aspettativa) Geometry
E. Milotti (Udine) Low Energy Electromagnetic Physics
G. Nicco (Torino) Low Energy Electromagnetic Physics
M.G. Pia (Genova) Hadronic Physics, Low Energy Electromagnetic Physics Low Energy Electromagnetic Physics Coordinator Technical Steering Board Representative
V. Rolando (Novara-Torino) Geometry, Low Energy Electromagnetic Physics
G. Santin (Trieste) Low Energy Electromagnetic Physics
A. Solano (Torino) Low Energy Electromagnetic Physics
Nuovi laureandi: S. Dussoni, E. Guardincerri, A. Mantero (Genova)
M.G. Pia
Attività del gruppo Geant4-INFN Attività del gruppo Geant4-INFN
Low Energy Electromagnetic Low Energy Electromagnetic PhysicsPhysics – Di interesse esperimenti “underground”,
LHC, astrofisica, scienze spaziali, fisica medica, etc.
– Coordinamento e stretta collaborazione INFN-ESA
– 9 membri aprile 2001, ora 50 membri Hadron Kinetic ModelHadron Kinetic Model
– Modello di trasporto intranucleare, fondamentale per vari esperimenti
– Di totale responsabilità italiana
Photon EvaporationPhoton Evaporation – Modello di deeccitazione nucleare – Di totale responsabilità italiana
Geometria Geometria – Interfaccia a TAC
Analysis ToolsAnalysis Tools– Collaborazione con il gruppo AIDA e con
Lizard– Advanced examples per l’integrazione
simulazione/analisi/visualizzazione/GUI
Training Training – Coordinamento e sviluppo del
Geant4 Training Kit
– Lezioni a Villa Gualino (TO) Progetto Geant4-DNAProgetto Geant4-DNA
– Collaborazione internazionale User SupportUser Support
– A vari esperimenti INFN ed altri
sostanziale contributo al management generale della Collaborazione
M.G. Pia
Attività del gruppo Geant4-INFN (2)Attività del gruppo Geant4-INFN (2)
Trasferimento di tecnologieTrasferimento di tecnologie In ambiente medico-ospedaliero,
industriale e spaziale– Istituto Nazionale per la Ricerca sul
Cancro (IST Genova)
– AIRCC (Candiolo)
– Centre Hôpitalier de l’Université de Montreal
– Istituto Oncologico Portoghese
– RX TEC
– General Electric
– ESA, DERA
Contratti ESA Contratti ESA – Assegnato:
Simulation of radiation damage at the cellular and DNA level
– In corso di assegnazione:
OOAD di Low Energy Electromagnetic Physics
– In discussione, open competition:
400 K euro per studi di simulazione per esperimenti in ambiente spaziale
M.G. Pia
Presentazioni a conferenze di collaboratori INFN -1Presentazioni a conferenze di collaboratori INFN -1
Maria Grazia Pia, CERN/IT and INFN Genova
Electromagnetic PhysicsElectromagnetic Physics
Maria Grazia PiaCERN/IT and INFN Genova
S. Chauvie, V. Grichine, P. Gumplinger, V. Ivanchenko, R. Kokoulin,
S. Magni, M. Maire, P. Nieminen, M.G. Pia, A. Rybin, L. Urbanon behalf of the Geant4 Collaboration
Budker Inst. of PhysicsIHEP ProtvinoMEPHI MoscowPittsburg University
MC2000 ConferenceMC2000 Conference, Lisbon, 20-23 October 2000
http://www.cerninfo.cern.ch/asd/geant4/geant4.html
MEDICALAPPLICATIONS
S. Agostinelli1, S. Chauvie2,5, F. Foppiano1,S. Garelli1, F. Marchetto2, P. Nieminen3, M.G. Pia4,
V. Rolando2, A. Solano2
1 Istituto Nazionale per la Ricerca sul Cancro, Italy2 Univ. of Torino and INFN Sezione di Torino, Italy
3 ESA/ESTEC, The Netherlands4 INFN Sezione di Genova, Italy and CERN, Switzerland5 IRCC Institute for Cancer Research and Treatment, Italy
MC2000 MC2000 (Lisbona)(Lisbona)
+ co-autori INFN in “Space applications of the Geant4 Toolkit”
Invited talk
CALOR2000 CALOR2000 (Annecy)(Annecy)
Maria Grazia Pia, INFN Genova and CERN 1
Geant4 Hadron Kinetic Modelfor intra-nuclear transport
Maria Grazia PiaCERN/IT and INFN, Sezione di Genova
L.Bellagamba1, A. Brunengo2, E. Di Salvo2
1INFN, Sezione di Bologna and 2INFN, Sezione di Genova
M.G. Pia
1M.G. Pia et al.
The application of GEANT4 simulation code The application of GEANT4 simulation code for brachytherapy treatmentfor brachytherapy treatment
Maria Grazia PiaINFN Genova, Italy and CERN/IT
F. Foppiano1, S. Agostinelli1,2, S. Garelli1, G. Paoli1, P. Nieminen3
1National Cancer Institute and 2Physics Dept. of Genova, 3European Space Agency
IXthInternational Conference on Calorimetry in High Energy Physics
Annecy, 10 October 2000
M.G. Pia
M.G. Pia
Presentazioni a conferenze di collaboratori INFN -2Presentazioni a conferenze di collaboratori INFN -2
Simulation of Interactions of Radiation with Biological Systems at the Cellular and DNA Level
Based on
Sponsored by Activity of
S. Agostinelli, S. Chauvie, N. Crompton, R. Corvó, F. Foppiano, S. Garelli, M. Krengli, F. Marchetto, P. Nieminen, M.G. Pia, V. Rolando, A. Solano, G. Sanguineti
Maria Grazia Pia, INFN Genova and CERN 1
Geant4 Hadron Kinetic Modelfor intra-nuclear transport
Maria Grazia PiaL.Bellagamba, A. Brunengo, E. Di Salvo
for the Geant4 Collaboration
CHEP2000 CHEP2000 (Padova)(Padova)
+ co-autori INFN in
“Geant4 Status and Results”
“Geant4 and ESA”
Presented by M G Pia (CERN, INFN)
Authors:
P Truscott & F Lei
(Defence Evaluation & Research Agency, UK)
C Ferguson & R Gurriaran (University of Southampton, UK)
P Nieminen & E Daly
(ESA /ESTEC)
J Apostolakis, S Giani, M G Pia (CERN, Switzerland)
L Urban (KFKI Hungary)
M Maire (LAPP, France)
Maria Grazia Pia 1
Overview of the
Geant4 OO Simulation Toolkit
Maria Grazia PiaINFN Genova, Italy and CERN/IT
S. Agostinelli, S. Chauvie, F. Foppiano, P. Nieminen, S. Garelli, R. Gotta, V. Rolando
32nd Meeting of the Proton Therapy Cooperative Group
Uppsala, 16 April 2000
http://www.ge.infn.it/geant4/talks/Uppsala/index.html
PTCOG PTCOG (Uppsala)(Uppsala)
Invited talk
Congresso Congresso SIRR SIRR (Frascati)(Frascati)
M.G. Pia
Presentazioni a conferenze di collaboratori INFN -3Presentazioni a conferenze di collaboratori INFN -3
Congresso AIRO Congresso AIRO (Pisa)(Pisa)
1
Applicazione del codice Montecarlo GEANT4 per la dosimetria di trattamenti brachiterapici
Garelli S.1, Foppiano F.1, Agostinelli S.1,2, Scolaro T.3, Franzone P.3,
Tropeano M.4, Pia M.G.5, 6, Nieminen P.7
1Fisica Medica 3Oncologia RadioterapicaIstituto Nazionale per la Ricerca sul Cancro di Genova
2Istituto Nazionale di Fisica della Materia di Genova
4Dipartimento di Fisica di Genova
5Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Genova
6European Organization of Nuclear Research, Geneva
7European Space Agency
ESTRO Congress ESTRO Congress (Istanbul)(Istanbul)
The application of GEANT4 simulation code to the verification of a brachytherapy
calibration procedure
F. Foppiano1, S. Garelli1, P. Moresco1, G. Paoli1, S. Agostinelli2
1 Istituto Nazionale per la Ricerca sul Cancro di Genova, Italia
2INFM and Dipartimento di Fisica di Genova, Italia
With the collaboration of Maria Grazia Pia3and Matteo Tropeano4
3 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Genova, Italia4 Dipartimento di Fisica di Genova, Italia
ICCR ICCR (Heidelberg)(Heidelberg)
Totale: 11 presentazioni a conferenze di collaboratori INFN
3 presentazioni con co-autori INFN
Seminari: Univ. di Udine, Lab. Naz. di Frascati
Karolinska Institutet (Stoccolma)
M.G. Pia
Pubblicazioni in corso con autori INFNPubblicazioni in corso con autori INFN Geant4 Collaboration,The Geant4 Simulation Toolkit Geant4 Collaboration, Geant4 Software Process
S. Chauvie, V. Ivanchenko, P. Nieminen, M.G. Pia Geant4 Simulation of Energy Losses of Low Energy Hadrons S. Chauvie, J.M. Fernandez Varea, V. Ivanchenko, P. Nieminen, M.G. Pia Geant4 Simulation of Energy Losses of Slow Negative Charged Hadrons E. Daly, C. Ferguson, R. Gurriaran, F. Lei, R. Nartallo, P. Nieminen, M.G. Pia, P. Truscott Geant4 Modules for Space Radiation Studies
D. Ferrero-Merlino, R. Giannitrapani, F. Longo, R. Nartallo, P. Nieminen, A. Pfeiffer, M.G. Pia, G. Santin, An Object Oriented Simulation Toolkit for Space Experiments and applications to X and Telescopes D. Ferrero-Merlino, R. Giannitrapani, F. Longo, R. Nartallo, P. Nieminen, A. Pfeiffer, M.G. Pia, G. Santin, S.
Tanaka, H. Yoshida Design and architecture of collaborating frameworks L. Bellagamba, A. Brunengo, E. Di Salvo, A. Feliciello, G. Folger, M.G. Pia, J.-P. Wellisch The Geant4 Hadron Kinetic Model P. Nieminen and M.G. Pia Il progetto Geant4-DNA (pubblicato sulla Rivista AIRO)
M.G. Pia
Obiettivi nel 2000Obiettivi nel 2000
Hadron Kinetic Model– Primo release
Training– Elaborazione del programma di training e
contributo al Geant4 Training Kit
Low Energy Electromagnetic Physics– Ulteriori estensioni dei processi fisici– Sviluppo di una suite di test, test di software e fisica– Sviluppo di esempi per applicazioni tipiche,
distribuiti in Geant4 releases– Iterazione di design– Software process improvement
Tutti raggiunti
Documentati in http://www.ge.infn.it/geant4/lowE/
Sostanziale progresso, release posticipato al 2001
Principale causa: problemi finanziari per missioni, 1 sola persona al CERN in Geant4 release phase con carico di lavoro insostenibile!
Causa aggiuntiva: insufficiente manpower
Tutti raggiunti
Documentati in http://www.ge.infn.it/geant4/training
M.G. Pia
New New LowE LowE physicsphysics
New model for positive charged hadrons (Ziegler 1985) Improvements on straggling (hadrons and ions) Introduction of a dynamic dependence on effective charge into the
range calculation Improvements in the validity range of ray production New models for ion energy loss fluctuations New model for negative charged hadrons
– first model was limited to a set of materials
– then extended to all elements, based on theoretical calculations
OO Analysis started for positrons
M.G. Pia
Software Process ImprovementSoftware Process Improvement in the LowE WG in the LowE WG
Huge effort invested into SPI– started from level 0 (inherited)
– chaotic, left to heroic improvisation
On-going process– the results of the assessment are
probably already quite obsolete for the LowE e.m. WG...
A sample of the improvements:– establishment and management
of User Requirements Document
– establishment and documentation of procedures
– design before coding
– designs and testing under configuration management
– identification of tasks and responsibilities
– tracking
...too long to list all the improvements
The WG was created in April 2000
M.G. Pia
LowE LowE DesignDesign
Initial situation (inherited):
– no architectural nor detailed design
– no design process
Massive improvement of the design and design process needed spiral cyclic process design iteration in the hadron/ion domain design documentation
Reverse engineering of existing classes
Further design iterations already planned
Education to design and design process in the WG
M.G. Pia
Design:Design:hadrons, ionshadrons, ions
from...
(reverse engineering...)
M.G. Pia
to...
M.G. Pia
Pixel Ionisation Chamber
Relative dose with 6 MV photons beam
Dosimetric Studies
Deposited energy vs Depth in water
and experimental data
M.G. Pia
Photon attenuation coefficientPhoton attenuation coefficient
Comparison with NIST data
Standard Standard electromagnetic package
and Low EnergyLow Energy extensions0.01 0.1 1 10
0.01
0.1
1
10
100
1000
Geant4 LowEn NIST
/
(cm
2 /g
) in
iron
Photon Energy (MeV)
Fe
0.01 0.1 1 10-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Delta = (NIST-G4EMStand) / NIST
Delta = (NIST-G4LowEn) / NIST
Del
ta (
%)
Photon Energy (MeV)
water water
M.G. Pia
-ray telescope advanced example-ray telescope advanced example
The main features of this example are
Macros for the visualization of geometry and tracks with OpenGL, VRML and DAWN drivers
Implementation of messengers to change some parameters of the detector geometry, the particle generator and the analysis manager (if present) runtime
Readout geometry mechanism to describe a high number of subdivisions of the planes of the tracker (strips) without affecting in a relevant way the simulation performance
Histogramming for Linux and Solaris platform via the Lizard system through AIDA interfaces
User interfaces via Xmotif or normal terminal provided
M.G. Pia
The Hadron Kinetic ModelThe Hadron Kinetic Model
M.G. Pia
Overview of the cross sectionsOverview of the cross sections
All cross sections are handled through the same abstract interface
Transparent way of handling total cross sections
directly calculated when known
otherwise summed over the channels
Composite patternComposite pattern
M.G. Pia
NN cross sectionsThe user is exposed to the physics models and data sources throughout the Model
Different algorithms and data sources are used over the validity range of the Model
M.G. Pia
***N*, N*N*, N N*, N*, *N, * cross sections
Theoretical models and parameterisations (from experimental data or from analytical calculations)
can be mixed and matched in a transparent way
M.G. Pia
proton neutron np-elastic * * * * ) **, *** *) AQM-string
proton proton NN-elastic N )p N*)N *) ) ) * * *, *** *) AQM-string
N elastic N NN N AQM-string
N* N elastic pp NN* AQM-inelastic AQM-string
N• elastic• pp N *• AQM-inelastic•AQM-string
• elastic• NN• N• AQM-inelastic• AQM-string
N*• elastic• pp N* • AQM-inelastic• AQM-string
• elastic• pp • AQM-inelastic• AQM-string
N*, N* N*• elastic• pp **, N*N*, N**• AQM-inelastic• AQM-string
M.G. Pia
meson baryon• elastic• MB B’• MB 1 string (s-channel) • MB 2 string (t-channel)
meson meson• elastic• MM M’• MB 1 string (s-channel) • MB 2 string (t-channel)
baryon antibaryon BBbar annihilation BBbar elastic BBbar annihilation
baryon baryon (generic)• elastic• AQM-string
It is a good approximation to assume that 2-body channels saturate the total cross section
M.G. Pia
Geant4 Training KitGeant4 Training Kit
Electromagnetic Physics
Authors: M. Maire, P. Nieminen, M.G. Pia, L. Urban
Introduction
Author: Maria Grazia Pia
Coordination of the Geant4 Training Project
Editor of the Geant4 “Academic lectures” course
27 March, 2000 Version 3
PROPOSAL OF TRAINING REQUIREMENTS
M. G. Pia INFN Genova and CERN
E. Daly, P. Nieminen & R. Nartallo ESA/ESTEC, Space Environments and Effects Analysis Section
1 INTRODUCTION 1.1 Purpose of this document 1.2 General description 1.3 General capabilities 1.4 Definitions
2 REQUIREMENTS 2.1 Scope and general features of the training plan 2.2 Training objectives 2.3 Audience of the Training Programmes 2.4 Type of Training Programmes 2.5 Content of the Training Programmes 2.6 Training evaluation and tracking 2.7 Training schedule and prerequisites 2.8 Student selection and enrollment procedures 2.9 Trainers 2.10 Requirements on the Organisation
1 INTRODUCTION
1.1 Purpose of this document
This document proposes the Requirements for a Geant4 Training Kit, to be developed as part of Geant4 Milestones for year 2000.
1.2 General description
The set of training requirements listed in this document derive from:
direct requirements elicitation in the Geant4 user communities,
collection and analysis of data on Geant4 training across the last 15 months.
Please note that all the direct interviews indicated the improvement of the User Documentation as the top priority of a training plan.
M.G. Pia
Obiettivi 2001Obiettivi 2001
Low Energy Electromagnetic Physics Nuovi modelli di fisica
– Polarizzazione– Positroni– Modello alternativo di Compton
scattering– Fluorescenza indotta da protoni– Effetto Auger
Estensione della suite di tests SPI
– Testing – Documentazione di procedure– Tracing
OOAD– Iterazione di design in data domain– Iterazione di design in e/ domain– Iterazione di design in energy loss
domain (intera fisica elettromagnetica di Geant4)
Hadron Kinetic Model Primo release pubblico
Training Implementazione di training Estensione del Training Kit
Advanced examples Underground physics & detector PIXE & X-ray fluorescence Semiconductor detectors Digitisation & Trigger AIDA ntuples RadioTerapia IntraOperatoria Sovrapposizione e fusione di
immagini anatomiche
M.G. Pia
Richieste finanziarieRichieste finanziarie
L’esperienza di 2 anni ha ampiamente dimostrato che il sistema attuale per le missioni (prestiti dai direttori + richiesta di rimborso inoltrata dalle direzioni)
non funziona
Le conseguenze sono state gravi sul gruppo Geant4-INFN e sull’intera collaborazione
Per poter lavorare efficacemente, chiediamo:Per poter lavorare efficacemente, chiediamo:
Aprire una sigla GEANT4 su cui accedere ai Aprire una sigla GEANT4 su cui accedere ai finanziamenti come un normale esperimento finanziamenti come un normale esperimento
Avere i finanziamenti ad inizio annoAvere i finanziamenti ad inizio anno
Inoltre i finanziamenti inventariabile + consumo sono disponibili di fatto a ottobre: di conseguenza non abbiamo risorse finanziarie per la maggior parte dell’anno.
Il gruppo Geant4-INFN ha dimostrato le proprie capacità scientifiche, tecnologiche e di management, nonché la validità del progetto ed il suo interesse per l’INFN.
M.G. Pia
Motivazioni delle richieste finanziarieMotivazioni delle richieste finanziarie preliminaripreliminari
Hardware– Disco AFS per Genova per distribuzione,
documentazione, web – PC Cosenza, PC Genova
Consumo– Normale metabolismo dei gruppi
Missioni estere– Meetings Technical Steering Board,
Working Group Coordinators– Meetings Low Energy Electromagnetic
Physics– OOAD e Integrazione software– Releases (System Testing)– Lavoro e meetings per Training Kit– Partecipazione a CHEP, Eurosim 2001
Missioni interne– Partecipazione al Geant4 Annual
Workshop – Presentazioni a Commissioni Nazionali
INFN– Meetings Low Energy Electromagnetic
Physics– Riunioni di collaboratori italiani – Invited talk a Conferenza di Villa Olmo
Training– Frequenza di corso SPICE (ISO15504) di
Software Process
Licenza Rational ROSE– Licenze floating espirate– Nuova versione installata al CERN – Essenziale per OOAD– 1 licenza Genova?
