Пакет предназначен для широкого круга исследований в астрофизике и физике околоземного космического пространства!
Исследования в области физики космических лучей требуют не только теоретических моделей, но и мощных инструментов моделирования, способных воспроизводить поведение частиц в самых экстремальных условиях Вселенной. Мы представляем GT Simulation — гибкий, высокопроизводительный пакет с открытым исходным кодом, написанный на Python, разработанный для высокоточного моделирования распространения космических лучей и заряженных частиц в электромагнитных полях и веществе. Его работа основана на методе частиц-в-ячейках: численном интегрировании уравнений движения для каждой отдельной частицы (Бунамана-Бориса, Рунге-Кутты). Это позволяет отслеживать индивидуальную историю частиц, что невозможно при использовании диффузионных приближений.
Пакет имеет модульную архитектуру, позволяющую гибко настраивать начальные условия, параметры среды и конфигурации магнитных полей. Он включает готовые модели магнитосферы Земли (IGRF, Цыганенко и др.), гелиосферы и Галактики, а также инструменты для реализации пользовательских моделей. Вычислительное ядро поддерживает различные схемы интегрирования, включая метод Бориса (Бунамана-Бориса), известный своей высокой стабильностью и сохранением энергии, методы Рунге-Кутты и другие. Для моделирования физических процессов взаимодействия с веществом (ядерные реакции, ионизационные потери, генерация вторичных частиц) используется модуль, реализованный на C++ на основе фреймворка Geant4.
Благодаря своей гибкости, GT Simulation уже успешно применяется для широкого круга астрофизических исследований:
Высокая точность, гибкость и интеграция для моделирования разных процессов Вселенной.
Вычислительное ядро основано на методе Бориса (включая его классическую реализацию Бунамана-Бориса, а также современные модификации Вэя и Игера-Кэри) — фактическом стандарте в физике плазмы. Этот алгоритм обеспечивает превосходную долгосрочную стабильность и сохранение энергии, что критически важно для моделирования релятивистских частиц в сильных полях. Для задач, требующих специфических подходов, также доступны классические интеграторы Рунге-Кутты 4-го и 6-го порядков.
Архитектура пакета построена на принципе независимых модулей, что позволяет пользователям легко адаптировать моделирование под конкретную физическую задачу. Вы можете использовать встроенные решения или реализовать свои собственные классы для:
Одной из главных особенностей GT Simulation является его глубокая интеграция с фреймворком Geant4. Модуль взаимодействия написан на C++ для максимальной производительности.
Система работает следующим образом:
Это позволяет моделировать не только траектории, но и каскады частиц, радиационные потери (включая синхротронное излучение) и распад нестабильных ядер.
Репозиторий: Доступен на GitHub. Документация и примеры: В репозитории вы найдете подробные инструкции и готовые скрипты (examples), позволяющие воспроизвести все описанные выше физические эффекты.
GT Simulation — это проект с открытым исходным кодом.
Мы приглашаем сообщество не только использовать пакет для своих исследований, но и вносить вклад в его развитие.
Создавайте точные модели Вселенной с GT Simulation!