Cosa e` FLUKA

Cosa e’ FLUKA
FLUKA e’ un codice Monte Carlo che simula la propagazione
e l’interazione nella materia di particelle (adroni, ioni,
elettromagnetiche) , da energie LHC a neutroni termici
 Proprieta’ congiunta ( 50%-50%) e copyright CERN-INFN
 Sviluppo, mantenimento, applicazioni: collaborazione
internazionale
 INFN : parte di MC-INFN (FLUKA and GEANT4)

Dose
2 p Beams
In head geometry
From CT scan
Strumento nato e tuttora incentrato sulla ricerca ma giá
applicato ad aree “TT “ , vedi esempi nel seguito
 Facile da usare, non necessita programmazione, ha
strumenti gia’ pronti per buona parte delle applicazioni

Apr 22
P. Sala TT meeting
1
The FLUKA international Collaboration
M. Brugger, M. Calviani, F. Cerutti, A. Fedynitch, Alfredo Ferrari, L.Esposito, R.Esposito, R.
GarciaAlia, P. GarciaOrtega, L. Lari, A. Lechner, M.Magistris, C. Mancini, A. Manousos,
A.Mereghetti, E. Nowak, S. Roesler, P. Schoofs, L. Skordis, N. Shetty, G. Smirnov,
C. Theis, T. Viana Miranda, Heinz Vincke, Helmut Vincke, V. Vlachoudis, J.Vollaire, C.Weiss
CERN Switzerland
M. Chin , M.Nozar , A. Trudel , M. Trinkzec TRIUMF Canada
A. Fassò, , R. Versaci ELI beamlines, Czech
J. Ranft, Univ. of Siegen, Germany
T. Boehlen, MedAustron, Austria
P. Degtiarenko, G. Kharashvili , JLAB,USA
G. Battistoni, F. Broggi, M. Campanella, S. Muraro, P.R. Sala, INFN Milano, Italy
A. Margiotta, M. Sioli, Univ. and INFN Bologna, Italy
V. Patera Univ. Roma La Sapienza, Italy
V. Boccone Switzerland
M. Pelliccioni, INFN Frascati & CNAO, Italy
A. Mairani, CNAO, Italy
M. Santana, SLAC, USA
M.C. Morone, Univ. Roma II, Italy
I. Rinaldi, K. Parodi, G. Dedes LMU Munich, Germany and HIT, Heidelberg, Germany
A. Empl, S. Hoang, J. Idarraga M.Kroupa, L. Pinsky, B. Reddell, Houston Univ., USA
A.A.Bahadori, K.T. Lee, N. Stoffe , E. Semones, N. Zapp, NASA-Houston, USA
S. Trovati, PSI Switzerland
S. Rollet, A.Sipaj AIT, Austria
M. Lantz, Uppsala Univ., Sweden
G. Lukasik, Poland
E. Gadioli, M.V. Garzelli, Italy
L. Sarchiapone, INFN Legnaro, Italy
P.Colleoni, Ospedale Papa Giovanni XXIII Bergamo, Italy
A. Fontana V.E. Bellinzona INFN Pavia
Anna Ferrari, S. Mueller HZDR, Germany
C. Cuccagna TERA Foundation,
F. Fiorini CRUK and MRC Oxford Institute for Radiation Oncology
Apr 22
P. Sala TT meeting
2
Applicazioni - adroterapia
Depth-dose-
distributions of p
@ CNAO
Uso “clinico” a CNAO e HIT per
- Produzione database treatment planning
system (parte del TPS SIEMENS e di
TPS-INFN
- Verifica piani di trattamento
- Research
Depth-dosedistributions of 12C @
Cortesia gruppo fisica medica CNAO
Apr 22
CNAO
P. Sala TT meeting
3
Applicazioni adroterapia: pet-online, prompt 
Photon yield
V. Rosso et al 2013 JINST 8
C03021
A new PET prototype for
proton therapy: comparison of
data and Monte Carlo
simulations
E> 2 MeV,
within few ns
from spill
Blue: Fluka
Red: data
Green: dose
profile
GANIL: 900 photon yields by 95
MeV/n 12C in PMMA  in-beam
monitoring
MC-INFN
4
Z (mm)
Applicazioni terapia “convenzionale”

Studi su dosimetria MC adattata al paziente nella
CT
terapia con radionuclidi
PET
DOSE Maps:
Example*: Bone, 90Y
Courtesy F.Botta
Istituto Europeo
Oncologia
VOXEL Dosimetry
Apr 22
Monte Carlo (109 particles)
~8% lower (as expected)
P. Sala TT meeting
5
Applicazioni: “shielding”: ovunque al al CERN
Esempio: soluzione dei
Modifications during shutdown 2007/08:
problemi di radition
move as much electronics as possible out of CNGS tunnel area
damage alla partenza di
Create radiation safe area for electronics which needs to stay in CNGS
CNGS
High-E (>20 MeV) hadron
Simulated shielding attenuation
fluence for a nominal year
factors between 103 and 106
2006/07
2008
107  109 h/cm2/yr
< 106 h/cm2/yr
for
•Absorbed dose
•1-MeV equivalent neutrons
•High energy hadrons
for comparison: h >20MeV from
cosmic rays at sea level : ≈ 105/ cm2/y
Dose monitors in electronics
areas:
No counts above the background
coming from activated air !
Apr 22
PaolaP.Sala
Salafor
TT the
meeting
CNGS SBWG
6
Applicazioni “shielding”: ELI, altre facility Laser
Anche a The HelmholtzBeamline at the European
XFEL
Possibile interessamento
industriale
Il codice é applicabile a
qualunque problema di
shielding, per esempio in
campo medico
Apr 22
P. Sala TT meeting
7
Applicazioni “Radiation Damage”
Betatron cleaning insertion (IR7)
[cm-2]
The LHC project
RADIATION TO
ELECTRONICS
[K. Roedd et al]
Progetto e caratterizzazione della facility
HiRadMat al CERN
Single Event Upsets in 2010
La capacità di valutare il danno da
radiazioni ha applicazioni in molti settori,
come descritto questa mattina
Apr 22
P. Sala TT meeting
8
8
DPA: ITER, blanket module
Max. 3 DPA
blanket
Vacuum
vessel
10%<err.<20%
Stat. error > 20%
Stat. error < 10%
Consulenza chiesta da ITER al CERN
9
Applications: space
IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, VOL. 61, NO. 6, DECEMBER 2014 3363
FLUKA Calculation of the Neutron Albedo Encountered at Low Earth Orbits
Collaboration CERN - CEA
This model can be used to
predict the temporal
variation of the neutron
flux encountered along the
orbit, and thus constrain
the determination of the
instrumental background
noise of space experiments
in low earth orbit
Modulo “raggi cosmici”
inserito nel codice
Applicabile per esempio a
studi di rad damage o dose
anche per viaggi
interplanetary
(possibile collaborazione
con ESA)Apr 22
P. Sala TT meeting
10
Applications: dosimetria
Accettato come standard internazionale :
 From the ICRP website
“The fluence to effective dose conversion coefficients have been published by Pelliccioni
(2004) for isotropic neutron and incidence and form the basis for considering the
effects of the changes in wR for dose equivalent measurement””


Applicazione a dosimetria su aerei di linea
Ambient dose equivalent from neutrons at solar
maximum on commercial flights from Seattle to
Hamburg and from Frankfurt to Johannesburg.
Solid lines: FLUKA simulation
Roesler et al.,
Rad. Prot. Dosim.
98, 367 (2002)
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P. Sala TT meeting
11
User friendly
Graphical Geometry
Editor/Debugger
…

Everything can be managed with a few clicks
from Flair, powerful graphical interface!





Geometry input, debugging, visualization (2D/3D)
Material, physics, scoring input
Run submission and management
Analysis and plots of the results
Patient CT scan import
Videos available:
www.youtube.com/
user/Flair4Fluka
… with no programming skill or file editing requirement!
Input creation
Running / Processing / Analyzing
Running
on multi-cores
November, 21st
FLAIR main application window
Hypertext
FLUKA Manual
Alfredo Ferrari
Gnuplot output
12
FLAIR: CT voxels translation and plotting
2D projections
3D
Distribuzione

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






Il codice e’distribuito dal sito www.fluka.org e dalla NEA data bank
Il download e’ovviamente libero per usi accademici e ricerca
Prima del download gli utenti devono registrarsi sul sito e accettare la licenza
Una procedura semi-automatica “approva” gli utenti sulla base dell’indirizzo e-mail
Si distribuisce una libreria pre-compilata + user routines
Su richiesta, il source code e’ disponibile, ma
FLUKA non e’ “open source” nel senso che l’utente non può modificare la fisica
FLUKA non e’ un “toolkit”: l’utente non ha bisogno di scegliere una physics list
Per gli utenti “commerciali” che vogliano provare il codice e’disponibile una versione
“Trial “gratuita con limitazione di CPU
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P. Sala TT meeting
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Utenti e supporto utenti
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

8000 utenti registrati da tutti i continenti
Corsi per utenti , due ogni anno (l’ultimo a Frascati)
Supporto via mailing list (con turni di responsabilita’ per le risposte)
1750 sottoscritti alla mailing list
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P. Sala TT meeting
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Applicazioni Commerciali

Standard template per la licenza commerciale FLUKA e’ stato approvato da
INFN and CERN
Il costo e’ negoziato caso per caso, a seconda dello scopo.
In generale, una somma iniziale piu’ una percentuale annua (10%) per il
mantenimento
Tre licenze firmate e pagate, alcune altre in vari stadi della negoziazione

Finora interesse da
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

Adroterapia, sia per TPS che per schermature di facilities
Schermature
Valutazione di attivazione dei materiali
Rivelatori di radiazione
Apr 22
P. Sala TT meeting
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E ora?





FLUKA ha gia’ sviluppato delle aree di TT
Ci sono anche idee per facilitare ulteriormente l’uso per applicazioni specifiche, per
esempio una interfaccia web per la simulazione di piani di irraggiamento, ma
servirebbero competenze e fte addizionali
E’ importante mantenere e spingere lo sviluppo della “modellistica “, (MC-INFN in
comm. V).
Pubblicita’sul sito TT INFN ?
Valutare una maggiore flessibilita’sul prezzo della licenza, abbiamo perso qualche
cliente, soprattutto piccole societa’
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P. Sala TT meeting
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