Ученые Московского физико-технического института (МФТИ) создали революционный код, многократно ускоряющий моделирование взрыва атомных ядер. Обновленная модель, написанная на современном C++, превосходит версию 2008 года (Geant4 v9.2), ускоряя расчет образования легких ядерных осколков в 20 раз. Эта инновация жизненно важна для тяжелой ионной терапии рака и исследований на Большом адронном коллайдере.
Признание на мировой арене и внедрение
Достижение представлено на крупнейшем мировом форуме CHEP-2026 в Бангкоке, посвященном вычислительным методам в физике высоких энергий. Технология уже интегрирована в официальный релиз международной библиотеки Geant4 версии 11.4, ключевого инструмента для расчетов в ядерной медицине и физике высоких энергий.
Ключевые области применения
Александр Светличный, замдиректора Центра научного программирования МФТИ, подчеркнул: ""Эта разработка критически важна в двух направлениях. Во-первых, для тяжелой ионной терапии рака, где Geant4 моделирует фрагментацию пучков легких ядер в тканях. Быстрый и точный расчет вторичных фрагментов необходим для оценки радиобиологических эффектов. Во-вторых, для изучения столкновений малых систем на Большом адронном коллайдере (LHC), где проводятся эксперименты с ядрами кислорода-16 и неона-20. Спектаторные фрагменты, возникающие при фрагментации, могут двигаться по ускорительному кольцу вместе с исходными ядрами"".
Практическая польза в медицине
Клиническая значимость разработки очевидна. При облучении опухоли пучком ионов углерода или кислорода часть ядер распадается внутри тела пациента. Осколки (альфа-частицы, протоны, легкие ядра) доставляют непредсказуемую дозу радиации к здоровым тканям. Новая модель МФТИ позволяет значительно быстрее вычислить траектории этих фрагментов и скорректировать план лечения.
Проверка точности и эффективности
Точность модели подтверждена сравнением с эталонным Fortran-кодом (используемым с 1970-х) и экспериментальными данными по фрагментации ядер неона. Результаты совпали! Алгоритм полностью переписан на современный C++, что повысило эффективность: финальная версия занимает менее 25 мегабайт памяти и работает гораздо быстрее. Пользователи Geant4 получат возможность выполнять сложные симуляции быстрее без ущерба точности.
Вклад молодого ученого
Значительную часть кода модели написал Артемий Новиков, магистрант кафедры "Научное программное обеспечение" МФТИ.
Тестирование и перспективы
""Основное тестирование проводилось на кластерах Института ядерных исследований РАН, — прокомментировал Артемий Новиков. — Модель проверяли на десятках тысяч событий, сравнивая старую Fortran и новую C++ версии, а также интегрируя ее в код модели Abrasion-Ablation Monte Carlo Colliders. Результат — в среднем 20-кратное ускорение, достигающее 300-кратного для отдельных каналов распада. Тысячи ученых мира, использующих Geant4, ускорят свои расчеты!"".
Команда не останавливается на достигнутом. Разработчики Geant4 запросили оптимизацию самой ресурсоемкой модели — статистической мультифрагментации, описывающей распад тяжелейших ядер. Эта задача актуальна для двух практических сфер:
Радиационная безопасность космоса: Тяжелые ядра космических лучей, сталкиваясь с обшивкой корабля, дробятся на вторичные осколки, увеличивая радиационную нагрузку на экипаж. Новая модель поможет точнее предсказать дозу облучения.
Ядерная энергетика: В ускорителях протоны бомбардируют тяжелые мишени (свинец, висмут), вызывая их дробление для получения редких изотопов и ""сжигания"" радиоактивных отходов. Расчет этих процессов сейчас крайне длителен и требует ускорения.
Информация предоставлена пресс-службой МФТИ
Источник фото: captainvector / ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
