檢視 Geant4 的原始碼

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<small>[https://image.so.com/ai/large/view?end=60&id=da35fb1ffa3f6bd8ff86311b68a644ad&q=Geant4&tab=all&srcg=imglist_img 来自 360智图 的图片]</small>
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'''Geant4'''是由[[欧洲核子研究中心]]（CERN）主导开发并维护的[[开源软件框架]]，全称为"GEometry ANd Tracking"（几何与跟踪）。该框架以[[C++]]为编程语言，基于[[蒙特卡洛方法]]，用于模拟[[基本粒子]]在物质中的[[输运过程]]及与之伴随的各类[[粒子相互作用]]，是[[高能物理]]、[[核物理]]以及[[空间辐射]]效应模拟领域应用最广泛的工具之一。

== 核心功能 ==

Geant4提供了极其完备的[[物理过程]]数据库，覆盖从[[可见光光子]]到[[TeV能区]]的宽广能区范围。其支持的物理过程包括：[[电磁相互作用]]（如[[电离能量损失]]、[[韧致辐射]]、[[康普顿散射]]、[[光电效应]]等）、[[强子相互作用]]（基于[[二进制级联模型]]、[[预平衡模型]]和[[裂变]]/[[俘获]]模型）、以及[[衰变过程]]（[[α衰变]]、[[β衰变]]、[[电子俘获]]等）。

在[[几何建模]]方面，Geant4采用[[构造实体几何]]（CSG）和[[边界表示]]（BRep）相结合的建模方式，使用者可以通过[[布尔运算]]灵活构建从单个[[硅探测器模块]]到整个[[粒子对撞机探测器]]的任意复杂几何结构。对于每一种材料，用户需要定义其[[元素组成]]、[[密度]]和[[辐射长度]]等物理属性，Geant4据此计算[[相互作用长度]]和[[平均自由程]]。

== 模拟流程架构 ==

一个完整的Geant4模拟程序通常包括[[初始化]]、[[事件循环]]和[[数据输出]]三个阶段。在初始化阶段，程序读取用户定义的[[物理列表]]（Physics List）、[[探测器构造]]（Detector Construction）和[[初始粒子生成]]（Primary Generator）等模块，并完成[[截面积分]]表的预计算。

进入[[事件循环]]后，对于每个[[事件]]（Event），Geant4从[[初始粒子]]出发，通过[[步长积分]]的方式追踪粒子在介质中的运动轨迹。当粒子到达[[相互作用点]]时，依据对应的[[微分截面]]随机抽样决定下一个[[物理过程]]及其运动学参数，产生[[次级粒子]]并继续追踪，直到所有粒子被[[吸收]]、[[逃逸出几何体]]或[[能量低于阈值]]。

模拟产出的原始数据通常以[[ROOT数据分析框架]]的[[TTree]]格式存储，包含每个[[击中]]（Hit）的[[位置]]、[[沉积能量]]、[[到达时间]]等信息，供后续[[重建算法]]和[[物理分析]]使用<ref>[https://juejin.cn/post/7071938682726383623 Geant 4 Linux 下环境搭建]，稀土掘金，2022-03-06</ref>。

== 应用领域 ==

除了[[大型强子对撞机]]（LHC）上各实验的[[探测器设计]]和[[物理分析]]外，Geant4还被广泛应用于[[空间科学]]领域。例如，[[欧洲空间局]]（ESA）和[[美国国家航空航天局]]（NASA）在空间[[载荷]]的[[辐射效应评估]]中均使用Geant4模拟[[银河宇宙射线]]和[[太阳粒子事件]]在航天器电子器件中引发的[[单粒子翻转]]（SEU）和[[总电离剂量]]（TID）效应。

在[[医用物理]]领域，Geant4被用于[[放射治疗]]中的[[剂量计算]]、[[正电子发射断层扫描]]（PET）和[[计算机断层扫描]]（CT）的[[成像系统建模]]，以及[[质子治疗]]和[[重离子治疗]]的[[束流传输]]模拟<ref>[https://www.opticsjournal.net/m/articles/ojd6d63c027c7aa357/fulltext 输运问题蒙特卡罗模拟方法回顾及展望]，中国光学期刊网，2022-01-26</ref>。

== 版本演进与社区 ==

Geant4自1994年启动开发以来，目前已发布至11.x系列，持续引入[[多线程并行]]支持、[[GPU加速]]接口以及更精确的[[量子电动力学]]（QED）和[[量子色动力学]]（QCD）模型。其开发和维护由[[Geant4合作组]]协调，成员来自全球数十个[[研究实验室]]和[[高等院校]]，源代码以[[GNU通用公共许可证]]（GPL）发布。

==参考资料==
[[Category:330 物理學總論]]